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物联网用电感知芯片BL0942 给智能插座一颗精准的计量芯

 随着智能家居的普及和物联网技术的高速发展,人们在享受科技为生活带来便捷的同时,对电能的依赖和消耗也逐渐增高。经测算,如果使用火力发电,每生产1度(千瓦时)电,需要燃烧0.4千克标准煤,并增加排放0.272千克碳和0.785千克二氧化碳。如何在不降低生活品质的同时,降低碳排放,助力人类可持续发展,已成为现阶段智能家居市场的迫切需求。

  在现实需求的驱动下,智能插排和智能插座的出现很好地解决了上述问题。智能插排和智能插座是在普通插排或插座中增加了专用的计量电路和通信电路(WIFI或ZigBee等),当用电器通过插排或插座用电时,计量电路即可实现对电器能耗的精准监测,用户可通过专用APP实时对用电器的能耗或电参量进行查看,可选择对智能插座进行开关控制,进而实现对用电器能耗的精确监控和使用时间的合理分配(图1),以达到节约能耗的目的

  目前APP与通信电路的设计已经十分成熟,智能插排或插座的设计难点在于用电信息感知电路的设计。在涉及电能计量的设计中,传统的做法是使用电能表计量芯片,通过电流电压采样,再经过标准台体的比对校准后,实现整个系统用电的精准计量。但在实际生产中,因为智能插排或插座的生产企业与电能表企业技术特点不同,智能插座的生产企业往往并不具备电表校准的技术储备。此外,因为生产流程的差异,将生产插座或插排的流水线改造到符合电表校准的标准,也需要一笔不菲的投入。校准技术门槛和生产工艺的差异,已成为制约智能插座或插排的大规模生产和推广的主要症结。

  上海贝岭基于对电能计量、信号处理、数模混合等技术的长期累积和反复实践,创新性地向市场推出了BL0939/BL0940/BL0942/BL0950/BL0956等一系列免校准物联网用电感知芯片,其中BL0942(如图2即为市场主流的智能插座拆解示意图)为1U1I(一路电压一路电流)感知芯片,其针对智能插排、智能插座等应用方案拥有独到之处。

  图2 市场主流方案拆解

  BL0942技术特点:

  1、免校准设计,解决智能插座和插排生产中校准的难题

  图3 智能插座方案

  由于BL0942在出厂测试时已经完成了计量校准,芯片批量误差也已经被控制在1%以内,客户在使用时仅需根据芯片设计指南选择确定精度的采样电阻,即可实现免校准,该方案无需增加其他冗余器件,设计简约。如图3所示,在上述主流的某智能插座中,选择精度为1%的1mΩ采样电阻,在无需校准的情况下整个智能插座的测量误差可控制在2%以内。

  2、全功能设计,实现电流电压功率等电参数的全采集

  图4 BL0942系统框图

  如图4所示,BL0942集成了2路高精度Σ-Δ ADC、参考电压基准、电源管理等模拟电路模组以及具备处理有功功率、电流电压有效值等功能的数字信号处理电路模组,因此BL0942不仅能够准确的测量出电流、电压有效值、有功功率、有功电能量等参数,还具备快速电流有效值输出(用于过流保护),波形输出等功能,能够充分满足智能插座、智能插排以及智能家居、智慧电工中各种电学参数大数据采集的需要。

  3、工业级品控,满足入墙设计和严酷环境使用需要

  BL0942以工业级电路标准设计,现已通过的可靠性验证如下:

序号

项目类型

测试条件

结论

1

Precondition

After MSL3,
Baking:125℃/24hrs
Soaking:30℃/60%RH,192hrs
IR Reflows:260℃+5/-0℃ 3 times
PASS

2

TH

1000hrs@85℃/85%RH
PASS

3

TC

HTS

500cycles@-65℃~150℃
1000hrs@150℃
PASS

4

UHAST

96hrs@130℃/85%RH/230Kpa
PASS

5

HTOL

1000hrs@125℃@3.3V
PASS

  注:最终数据以上海贝岭提供的质量承诺或产品质量考核报告为准。

  4、丰富的拓展功能,满足不同规格孔位的插排设计

  BL0942提供SSOP10L和TSSOP14L两种不同封装形式,其中TSSOP14L封装在具备上述所有功能外,还增加了UART片选地址位管脚,旨在解决多孔位插排(最多级联4颗),在仅使用1枚MCU时,即可实现对多个电源插孔(即多枚用电感知芯片)信息采集的功能,在降低MCU外设资源的同时减少了多孔位插板的布板空间,极大地降低了整个方案成本。

 
来源:上海贝岭官微

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