基于PL3223的三相電能表設(shè)計(jì)計(jì)算方法

　　摘要：詳細(xì)敘述了采用PL3223專用數(shù)字電能表芯片設(shè)計(jì)三相電能表過(guò)程中的相關(guān)參數(shù)設(shè)計(jì)計(jì)算方法，并結(jié)合具體實(shí)例給出了測(cè)試驗(yàn)證結(jié)果。

　　關(guān)鍵詞：PL3223 三相電能表 計(jì)量設(shè)計(jì)

0 引言

　　隨著用戶用電負(fù)荷的增加，三相電能表的使用范圍得到了擴(kuò)大；同時(shí)對(duì)供電質(zhì)量要求的提高，供電部門需要了解用戶的各種用電參數(shù)，如功率、電壓、電流、頻率等，這使得三相電能測(cè)量專用IC獲得了快速發(fā)展，從國(guó)外的ADI公司到國(guó)內(nèi)各芯片廠家，都先后推出了各自的專用三相電能計(jì)量IC。專用電能計(jì)量IC提供了高精度和高穩(wěn)定的技術(shù)指標(biāo)，簡(jiǎn)單的外圍電路設(shè)計(jì)也大大降低了生產(chǎn)成本。

　　PL3223是一款最新推出的三相數(shù)字電能表集成專用計(jì)量芯片，采用專用硬件電路設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)：包括多路高精度A/D、可編程增益放大器（PGA）、Hilbert濾波器等；具備齊全的多功能電參數(shù)測(cè)量，適用于各類多功能三相電能表方案。

1. 芯片計(jì)量特性介紹

　　PL3223內(nèi)部集成有二階Σ-Δ ADC, 參考電壓源, 溫度傳感器, 電源檢測(cè)，有功/無(wú)功電能計(jì)量、電壓/電流有效值、頻率測(cè)量的數(shù)字信號(hào)處理模塊。單5V供電，晶體專配為9.6M。

1.1 PL3223管腳

　　 PL3223支持SPI接口，具有有功、無(wú)功功率脈沖輸出, 帶有可自定義分頻比的字輪驅(qū)動(dòng)脈沖輸出；芯片采用QFP44 引腳封裝，主要管腳見(jiàn)表1（略，詳見(jiàn)《電工儀表與公用表計(jì)行業(yè)信息》第3期）。

1.2 計(jì)量特性

　　PL3223芯片的計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)符合IEC678/61036、GB/T 17882有關(guān)規(guī)定；主要計(jì)量特性如下：

　　（1）在1000:1的動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)，有功電能計(jì)量誤差小于0.1%，無(wú)功誤差小于0.2%

　　（2） 無(wú)功電能計(jì)量精確測(cè)量至21次諧波

　　通過(guò)SPI總線，實(shí)現(xiàn)與MCU的接口，芯片內(nèi)部提供電能的多個(gè)參數(shù)量，如電網(wǎng)頻率、電壓/電流有效值、斷相/欠壓/過(guò)壓告警、三相電壓/電流的實(shí)時(shí)采樣值。

　　PL3223支持電阻網(wǎng)絡(luò)校表；同時(shí)提供全數(shù)字的校準(zhǔn)功能，配合單片機(jī)可以完成高效精密的校準(zhǔn)任務(wù)。

2 三相電能計(jì)量設(shè)計(jì)方法

　　三相電能表根據(jù)使用條件，分為互感器式、直入式。對(duì)于大電流用戶，采用外接一次互感器，按標(biāo)準(zhǔn)其電流輸出為5A；相應(yīng)三相電能表為最常見(jiàn)的互感器式、電流規(guī)格1.5/6A。

2.1 三相電能計(jì)量的設(shè)計(jì)條件

　　（1）電壓規(guī)格：220V/380V，三相四線

　　（2）電流規(guī)格：1.5/6A，及基本電表為1.5A，最大電流6A

2.2 選擇PL3223作為主計(jì)量芯片，根據(jù)設(shè)計(jì)要求初步選定的條件

　　（1）三相四線模式：TF=0

　　（2）選用各相電能代數(shù)和模式：MOD=0

　　（3）三相電流輸入：最大電流6A時(shí)，輸入信號(hào)為Vrms=200mv，保證一定的電流過(guò)載能力

　　（4）三相電壓輸入：220V時(shí)，輸入信號(hào)為Vrms=180mv，保證120%Ue時(shí)的計(jì)量線性度

2.3 三相電流二次互感器選擇

　　電表的二次互感器選擇：1.5-6A/5mA，20歐姆負(fù)載，精密度0.1級(jí)；電流取樣參考圖1(略，詳見(jiàn)《電工儀表與公用表計(jì)行業(yè)信息》第3期)。

　　其中RA1、RA2為電流回路的取樣電阻，必須選擇誤差1%、溫度系數(shù)±100ppm/℃的精密電阻；RA3、RA4為輸入電阻，阻值為1K；CA1、CA2為互感器相差補(bǔ)償電容。取樣電阻值選擇為4.3Ω，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2

表2 電流取樣電路取值