SSP1837

SSP1837 内置时钟单相插座表计量电路 概述 IN SSP1837 是一颗宽量程单相多功能电能计量芯片，适用于单相插座表、单相插排、智 能家电控制电路等应用，具有较高的性价比。 SSP1837 集成了 2 路高精度 Sigma-Delta ADC，参考电压，电源管理等模拟电路模块， 以及处理有功功率、电流电压有效值等电参数的数字信号处理电路。 SSP1837 能够测量单相有功能量、有功功率、电流电压有效值等参数；能够充分满足 插座表、单相插排、智能家电等领域的需要。 SSP1837 具有专利防潜动设计，配合合理的外部硬件设计，可通过 0.5mT 外部强磁场 干扰实验。另在大于 48 小时的潜动实验中，确保不出大于 1 个脉冲。 O 特点 SI PR 高 精 度 ， 在 输 入 动 态 工 作 范 围 2500:1 （ 其 它 表 述 方 式 ： 2500W:1W 或 12A:4.8mA@2mohm 采样电阻，4000W:1.6W 或 18A:7.2mA@1mohm 采样电阻）内， 非线性测量误差小于±0.5% 大信号稳定性，采样电流 300mA 点，CF 输出跳动小于±0.2% 小信号稳定性，采样电流 50mA 点 CF 跳动小于±0.3% 芯片给出电压和电流的有效值，电流测量范围（4mA~30A） 芯片具有双重防潜动设计，确保在大于 48 小时的潜动实验中，不出大于 1 个脉冲 芯片上有电源电压监测电路，检测掉电状况 芯片内置 1.2V 参考电压源 芯片内置振荡电路，时钟约 2MHz 芯片单工作电源 3.3V，低功耗 10mW（典型值） 系统框图 VDD Power On/Reset Internal Clock IP IN PGA ADC RMS DSP VP PGA WATT ADC Reference Voltage Voltage to Frequency Converter 1.25V SSP1837 SEL CF1 CF SSP1837 内置时钟单相插座表电能计量芯片 引脚特征 1 IP 2 IN 3 VP 4 SSP1837 VDD 8 SEL 7 CF1 6 CF 5 GND 图（1） 引脚排列图（SOP8 封装） 引脚描述 号 VDD 2，3 IP，IN 4 VP 5 GND 6 CF 7 CF1 8 SEL 明 芯片电源（+3.3V），正常工作时电压应保持在+3.0V~3.6V 之间。 电流通道的模拟输入，管脚的最大差分电压±50mV。由于内部有 ESD 保护 电路，如果电压过压在±1.5V 时，仍然不会出现太大的破坏。 电压信号正输入端，最大差分电压±200mV。 （同上，信号最大幅度为±1.5V） 芯片地。 1) 有功功率高频脉冲输出，输出脉宽固定为 32us，频率与功率值成正比 2) 过流指示脚。当过流时，输出 8KHz 的脉冲 SEL=0 时,输出电流有效值,输出脉宽固定为 32us,频率与电流值成正比 SEL=1 时,输出电压有效值, 输出脉宽固定为 32us,频率与电压值成正比 SI PR 1 说 IN 符 O 引脚号 配置有效值输出引脚,带下拉。 电气特性 （VDD =3.3V，GND＝0V，片上基准电压源，2MHz 晶振，常温） 测量项目 符号 测量条件 电源 VDD VDD 功耗 Iop VDD=3.3V 有功功率测量误 差 （绝对误差） WATTerr 2500:1 输入动态 范围 CF 0.3 0.5 % 有功功率测量跳 动 （大信号） Δ @6%Ib,Ib=5A 300mA 输入@ 1mohm 采样电 阻，测试 2 圈平 均 CF 0.1 0.2 % 有功功率测量跳 动 （小信号） Δ@1%Ib， Ib=5A 50mA 输入@ 1mohm 采样电 阻，测试 1 圈 CF 0.15 0.3 % 通道间相角引起 测量误差（容性） PF08err 相位超前 37 （PF=0.8） 0.5 % 通道间相角引起 测量误差（感性） PF05err 相位滞后 60 （PF=0.5） 0.5 % AC 电源抑制 （输出频率幅度 ACPSRR IP/N=100mV 0.1 % 2/6 测量点 最小 典型 3.0 最大 单位 3.6 V 3 mA SSP1837 内置时钟单相插座表电能计量芯片 变化） DC 电源抑制 （输出频率幅度 变化） DCPSRR 电压有效值测量 精度（相对误差） VRMSerr 电流有效值测量 精度（相对误差） IRMSerr VP/N=100mV 0.1 Ib % CF1 0.3 % CF1 0.3 % 模拟输入电平 （电流） 电流差分输入 （峰值） 50 mV 模拟输入电平 （电压） 电压差分输入 （峰值） 200 Mv 模拟输入阻抗 VP/IP/IN 370 kΩ SEL（下拉） 62 kΩ 模拟输入带宽 （-3dB） 3.5 kHz 1.218 V 内部电压基准 Vref IN SEL 下拉电阻 VREF VDD=3.3V± 5% 逻辑输入低电平 VDD=3.3V± 5% 逻辑输出高电平 VDD=3.3V± 5% IOH=5mA 逻辑输出低电平 VDD=3.3V± 5% IOL=5mA 过流阈值 1mΩ电流采样 电阻 SI PR O 逻辑输入高电平 过流指示频率 过流响应时间 2.6 V 0.8 VDD-0.5 V 0.5 V 24 A 8 KHz 100 极限参数（T=25℃） VDD 相当于 GND 电压 ． ． ． ． ． ． ． ． ． ．． ．．．． ．．．． ．．．． ． ．．．．．． ．．．-0.3V～+4V 模拟输入 IP,IN,VP 相当于 GND 电压．．． ．．． ． ．．．． ．．． ．．．．．． ．．．- 4V～+4V 数字输入 SEL 相当于 GND ． ． ． ． ． ． ．．． ．．．． ．．．．． ．． ．．．．．． ．．．． ．-0.3V～VDD+0.3V 数字输出 CF、CF1 相当于 GND ． ． ．． ．．．． ．．．． ．． ． ．．．．．． ．．．． ．-0.3V～VDD+0.3V 工作温度范围：工业级． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ．． ．．．． ．．．． ．．．． ． ．．．．．． ．．．-40℃～+85℃ 存储温度范围 ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ．． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ．-55℃～+150℃ 结温 ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ．． ．．．． ．．．． ．．．． ． ．．．．．． ．．．+150℃ SOP8 散耗功率． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ．． ．．．． ．．．． ．． ． ． ． ．．．． ．． ．．．． ．10mW 焊接温度汽相焊接（60 秒） ． ． ． ． ． ．． ．．．． ．．． ． ． ． ． ． ． ．．．． ．． ．．．． ．+215℃ 红外焊接（15 ．． ． ．．．．．． ．．．+220℃ 3/6 V ms SSP1837 内置时钟单相插座表电能计量芯片 工作原理  有功计算原理 电能计量主要把输入的电压和电流信号按照时间相乘，得到功率随着时间变化的信息， 假设电流电压信号为余弦函数，并存在相位差Ф，功率为： p(t )  V cos(wt )  I cos(wt  ) 令  =0 时： p(t) = 令   0 时： VI ( 1 cos2(wt) 2 p (t )  V cos(wt )  I cos(wt   )  V cos(wt )  I cos(wt ) cos( )  sin( wt ) sin(  ) VI (1  cos(2wt )) cos( )  VI cos(wt ) sin( wt ) sin(  ) 2 VI VI  (1  cos(2wt )) cos( )  sin( 2wt ) sin(  ) 2 2 IN  SI PR O p(t)称为瞬时功率信号，理想的 p(t)只包括两部分：直流部分和频率为 2ω的交流部分。 前者又称为瞬时实功率信号，瞬时实功率是电能表测量的首要对象。 在通过对电流电压信号高精度采样及模数转换后，电流电压信号通过数字乘法器得到瞬 态功率信号p(t)。让p(t)通过一个截至频率很低（如1Hz）的取直低通滤波器，把即时实功 率信号取出来。然后对该实功率信号对时间进行积分，得到能量的信息。如果选择积分时间 十分的短，可以认为得到的是即时能量消耗的信息，也可以认为是即时功率消耗的信息，因 为前后两者成正比关系。如果选择的较长的积分时间，得到的是平均的能量消耗的信息，同 样也可以认为是平均功率消耗的信息。 取直低通滤波器的输出会被送到一个数字-频率转换的模块，在这里即时实功率会根据 要求作长时或短时的积分（即累加计数），转换成与周期性的脉冲信号。输出的脉冲信号频 率与能量消耗的大小成正比。 同样，电压和电流有效值计算出来后也会被送到数字-频率转换模块，转换成一定频率 的脉冲信号，频率与电压电流有效值的大小成正比。  电源供电监视 芯片包含一块片上电源监视电路，能够连续检测电源（VDD） 。如果电源电压小于 2.7V ±5%，则芯片不被激活（不工作） ，也就是说当电源电压小于 2.7V 时，不进行能量累加。这 种做法可以保证设备在电源上电掉电时保持正确的操作。此电源监视电路有滞后及滤波机 制，能够在很大程度上消除由于噪声引起的错误触发。一般情况下，电源供电的去耦部分应 该保证在 VDD 上的波纹不超过 3.3V5%。 4/6 SSP1837 内置时钟单相插座表电能计量芯片 应用说明  SSP1837 典型应用 SSP1837 典型应用框图如下所示。采用 3.3V 供电。电流信号通过合金电阻采样后接入 SSP1837 的 IP 和 IN 管脚，电压信号则通过电阻分压网络后输入到 SSP1837 的 VP 管脚。CF、 CF1、SEL 直接接入到 MCU 的管脚，通过计算 CF、CF1 的脉冲周期来计算功率值、电流有效 值和电压有效值的大小。 N L 220V  3.3V  AC DC - VDD IP 68nF IN VP CF1 MCU CF GND 330k 330k 330k SI PR 6800P 22nF 510 330k  330k 330k 负载 SEL O 510 68nF SP8377 合金电阻 1mΩ IN 510 CF、CF1 的频率 SSP1837对输入的电压和电流两个通道的输入电压求乘积，并通过信号处理，把获取的 有功功率信息转换成频率；在这个过程中，同时通过运算计算出电压有效值和电流有效值并 转换成频率。有功功率、电压和电流有效值分别以高电平有效的方式从CF、CF1输出相关的 频率信号。 （1）实际功率的输出脉冲频率计算公式： FCF = 2618753 * V(V)*V(I) Vref2 （2）电压有效值输出脉冲计算公式： FCFU = 21500 * V(V) Vref （3）电流有效值输出脉冲计算公式： FCFI = 121800 * V(I) Vref V(V)——电压通道的输入电压的有效值 V(I)——电流通道的输入电压有效值 5/6 SSP1837 内置时钟单相插座表电能计量芯片 Vref——基准电压（1.218V）  防潜动 SSP1837 具有专利防潜动设计，配合合理的外部硬件设计，可通过 0.5mT 外部强磁场干 扰实验。另在大于 48 小时的潜动实验中，确保不出大于 1 个脉冲。  内置振荡器 芯片内置振荡电路，时钟约 2MHz  内置基准源 芯片内置 1.2V 参考电压源。 SI PR O IN 封装图（SOP8） 上海市翔殷路 128 号 1 号楼 C 座 2 楼 http://www.siproin.com 上海矽朋微电子有限公司 TEL：021-65106929 200433 FAX：021-65077897 6/6