基于PL3223的三相電能表設計計算方法
摘要：詳細敘述了采用PL3223專用數字電能表芯片設計三相電能表過程中的相關參數設計計算方法，并結合具體實例給出了測試驗證結果。
關鍵詞：PL3223 三相電能表 計量設計
0 引言
隨著用戶用電負荷的增加，三相電能表的使用范圍得到了擴大；同時對供電質量要求的提高，供電部門需要了解用戶的各種用電參數，如功率、電壓、電流、頻率等，這使得三相電能測量專用IC獲得了快速發展，從國外的ADI公司到國內各芯片廠家，都先后推出了各自的專用三相電能計量IC。專用電能計量IC提供了高精度和高穩定的技術指標，簡單的外圍電路設計也大大降低了生產成本。
PL3223是一款最新推出的三相數字電能表集成專用計量芯片，采用專用硬件電路設計實現：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測量，適用于各類多功能三相電能表方案。
1. 芯片計量特性介紹
PL3223內部集成有二階Σ-Δ ADC, 參考電壓源, 溫度傳感器, 電源檢測，有功/無功電能計量、電壓/電流有效值、頻率測量的數字信號處理模塊。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、無功功率脈沖輸出, 帶有可自定義分頻比的字輪驅動脈沖輸出；芯片采用QFP44 引腳封裝，主要管腳見表1（略，詳見《電工儀表與公用表計行業信息》第3期）。
1.2 計量特性
PL3223芯片的計量標準符合IEC678/61036、GB/T 17882有關規定；主要計量特性如下：
（1）在1000:1的動態范圍內，有功電能計量誤差小于0.1%，無功誤差小于0.2%
（2） 無功電能計量精確測量至21次諧波
通過SPI總線，實現與MCU的接口，芯片內部提供電能的多個參數量，如電網頻率、電壓/電流有效值、斷相/欠壓/過壓告警、三相電壓/電流的實時采樣值。
PL3223支持電阻網絡校表；同時提供全數字的校準功能，配合單片機可以完成高效精密的校準任務。
2 三相電能計量設計方法
三相電能表根據使用條件，分為互感器式、直入式。對于大電流用戶，采用外接一次互感器，按標準其電流輸出為5A；相應三相電能表為最常見的互感器式、電流規格1.5/6A。
2.1 三相電能計量的設計條件
（1）電壓規格：220V/380V，三相四線
（2）電流規格：1.5/6A，及基本電表為1.5A，最大電流6A
2.2 選擇PL3223作為主計量芯片，根據設計要求初步選定的條件
（1）三相四線模式：TF=0
（2）選用各相電能代數和模式：MOD=0
（3）三相電流輸入：最大電流6A時，輸入信號為Vrms=200mv，保證一定的電流過載能力
（4）三相電壓輸入：220V時，輸入信號為Vrms=180mv，保證120%Ue時的計量線性度
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歐姆負載，精密度0.1級；電流取樣參考圖1(略，詳見《電工儀表與公用表計行業信息》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±100ppm/℃的精密電阻；RA3、RA4為輸入電阻，阻值為1K；CA1、CA2為互感器相差補償電容。取樣電阻值選擇為4.3Ω，計算結果見表2
表2 電流取樣電路取值
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