BL6502 [BELLING]
BL6502;
| 型号： | BL6502 |
| 厂家： | 
BELLING |
| 描述： | BL6502 |
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集成振荡器单相双电流
采样电能计量芯片
BL6502
ꢀ 概述
ꢀ
特点
ꢁ
高精度，在输入动态工作范围（500:1）内，非
BL6502 集成电路是电子电度表的核心芯片，
基于此芯片设计的电子电度表具有外围电路简单、
精度高、稳定性好等特点，适用于单相两线电力用
户的电能计量。利用 BL6502 可以制成单相反窃电
功能的电子电度表，这种电度表以同一方向计量计
算正向或负向的有功功率，累计用电量。
线性测量误差小于 0.1%
ꢁ
ꢁ
校表过程中高稳定性，输出频率波动小于 0.1%
精确测量正、负两个方向的有功功率，且以同
一方向计算电能
ꢁ
有两个电流采样端，分别采样火线和零线电
流，取两个电流采样端中的较大值作为计量，即使
在错误用电时
BL6502 具有两个电流采样端，分别采样火线
和零线电流，当电流误差超过 12.5%时，表明有窃
电行为或错误接线，Pin15（FAULT）发出指示信
号，并按照两个电流中大的一个电流值计量。
BL6502 基于数字信号处理，有测量负向有功
功率的功能。它能把负向有功功率转换成与正向有
功功率方向一致的脉冲输出。Pin18（CF）输出较
高频率的脉冲，用于计量和计算机数据处理，Pin20
（F1）和 Pin19（F2）输出较低频率的脉冲用于驱
动脉冲电机，间接驱动机械字轮计度器，记录用电
量。在测量负向功率时 Pin16（REVP）有负电平输
出，用于指示该时的功率为负方向。
ꢁ
电流通道增益可变，在电流通道输入端可以使
用小的分流电阻
ꢁ
慢速输出脉冲能直接驱动电机工作，快速输出
脉冲可用于计算机数据处理
ꢁ
防窃电功能，逻辑输出脚 REVP、FAULT 用于
显示反向用电或者错误用电状况
ꢁ
ꢁ
ꢁ
芯片上有电压检测电路，检测掉电状况
具有防潜动功能
芯片上带参考电压源 2.5V±8%（温度系数典
型值 30ppm/℃），也可以使用外部电压源
ꢁ
ꢁ
ꢁ
ꢁ
片上内置时钟晶振
BL6502 着重考虑了校表过程中读数误差的稳
定性的需求，成品测量数据表明在小信号 5%Ib
（Ib=5A）情况下输出校表脉冲信号的稳定度在
0.1%以内。
单工作电源 5V
低功耗 25mW（典型值）
采用 0.35um CMOS 工艺，批量的一致性和产
品可靠性得到进一步提高。
相关专利申请中
ꢀ 管脚与框图
1
20 F1
VDD
V1A
V1B
VREF
AVDD
19
2
3
F2
input contron
internal
oscillator
power
detector
voltage
reference
18
CF
V1A
V1B
V1N
NC
17
BL6502
4
V1N
V2N
analog
to
digital
high
pass
filter
current
sampling
FAULT
REVP
CF
BL6502
REVP
digital
to
frequency
and
16
5
6
digital
multiplic
ation
low
pass
filter
15 FAULT
V2P
NC
analog
to
digital
high
pass
filter
V2P
V2N
F1
voltage
sampling
output
7
14
G0
F2
GND
8
9
13 G1
12 S0
11
logic contron
VREF
10
S1
SCF
G0
G1
SCF
S0
S1
DIP/SSOP 20
BL6502 系统图
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集成振荡器单相双电流
采样电能计量芯片
BL6502
ꢀ 管脚描述
管脚号
符号
说明
1
VDD
正电源（+5V），正常工作时电源电压应该保持在 5V±5%之间。
两路电流采样信号的正输入脚。对 V1N 端的最大差分输入电压分别为
±660mV。
2，3
V1A，V1B
4
5，6
7
V1N
电流采样信号的负输入脚。
V2N，V2P 电压采样信号的负、正输入脚。最大差分输入电压为±660mV。
NC
空脚
8
GND
内部电路的接地点。
参考电压调整端，片内基准电压标称值在 2.5±8%，温度系数典型值为
30ppm/°C。允许使用外部 2.5V 电压输入。
9
VREF
SCF
10
高频校验脉冲选择端，与 S1，S0 组合起来选择 CF 的输出频率，见后面。
通过 S1，S0 的组合可以针对不同的电表常数选择不同的输出频率，为电
表设计提供更大的选择范围。
11，12
13，14
15
S1，S0
G1，G0
FAULT
用来选择电流通道的系统增益，增益选择具体数值见后面。
高电平指示错误用电。当 V1N 和 V1B 输入信号相差 12.5%时，有指示。
在 V1N 和 V1B 恢复平衡后，FAULT 不再指示，并对输出清零。
负向有功功率指示信号，当电流通道和电压通道输入信号的相位差大于
90°时，该脚输出高电平。
16
17
18
REVP
NC
空脚。
高速校验脉冲输出脚，输出频率正比与瞬时有功功率的大小，可以有多
种选择。
CF
低速逻辑脉冲输出脚，其输出频率正比于平均有功功率的大小，F1、F2
为非交叠输出，可以驱动机电式计度器或两相步进电机。输出频率见
BL6502 计算公式。
19，20
F1，F2
ꢀ 极限范围
( T = 25 ℃ )
项目
符号
VDD
Vv
极值
-0.3~+7(max)
VSS+0.5≤Vv≤VDD-0.5
VSS+0.5≤Vi≤VDD-0.5
-20~+70
单位
V
电源电压 VDD
输入电压(相对于 GND)
输入电压(相对于 GND)
工作温度
V
Vi
V
Topr
Tstr
℃
贮藏温度
-55~+150
℃
功耗（DIP20）
400
mW
ꢀ 电参数
（T=25℃,VDD= 5V, 片内振荡器)
测量项目
符号
测量条件
测量点
Pin1
最小
典型
最大
单位
1 电源电流
IVDD
2
5
6.5
mA
2 逻辑输入脚
G0,G1,SCF,S0,S1
Pin14,13
,12,11,10
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BL6502
VDD=5V
输入高电平
输入低电平
输入电容
VIH
VIL
CIN
2
V
V
1
10
pF
4 逻辑输出脚
F1,F2
Pin20,19
输出高电平
输出低电平
输出电流
VOH1
VOL1
IO1
IH=10mA
IL=10mA
4.4
0.5
10
V
V
mA
5 逻辑输出脚
CF,REVP,FAULT
输出高电平
输出低电平
输出电流
Pin18,16
,15
VOH2
VOL2
IO2
IH=10mA
IL=10mA
4.4
0.5
10
V
V
MA
V
6 基准参考电压
温度系数
Vref
VDD=5V
Pin9
2.3
30
2.5
30
2.7
60
ppm/°C
7 模拟输入脚
V1A,V1B,V1N
V2N,V2P
Pin2,3,4,
5,6
最大输入电平
直流输入阻抗
输入电容
VAIN
V
Kohm
pF
±1
330
6
10
8 精度
电流通道的非线性
测量误差
增益为 1
ENL1
ENL2
ENL8
ENL16
电压通道输入
±660mV;
Pin18
Pin18
Pin18
Pin18
0.1
0.1
0.1
0.1
%
%
%
%
增益为 2
电流通道满刻度
±660mV
增益为 8
增益为 16
动态范围 500:1 内
两个通道相位误差
电流超前 37°C
(PF=0.8 容性)
电流滞后 60°C
(PF=0.5 感性)
9 启动电流
Pin18
Pin18
Pin18
0.1
0.1
0.3
0.3
%
%
A
ISTART
Ib=5A ,C=3200,
cosϕ=1
0.2%Ib
电压通道±110mV
电流通道增益为 16
Vv=±110mV,
10 正、负向有功功
率误差%
ENP
Pin18
0.3
%
V(I)=2mV, cosϕ=1
Vv=±110mV,
V(I)=2mV, cosϕ=-1
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BL6502
11 增益误差
Gain error
Vdown
Pin18
%
%
V
±5
12 增益匹配误差
13 电源监控电路检
测电平(掉电检测电
平)
Pin18
Pin18
0.2
3.9
1
电源从 3.5V~5V 变
化，电流电压通道满
幅输入
4
4.1
ꢀ
指标说明
1）非线性误差%
BL6502 的电压通道输入固定 Pin6（V2P），Pin5（V2N）之间交流电压 V(V)为±110mV，功率因数 cosϕ=1，
Pin3（V1B）与 Pin4（V1N）之间电压 V(I)在对应与 5%Ib~800%Ib 范围内，任何一点输出频率相对于 Ib 点
的测量非线性误差小于 0.1%。
eNL%＝[（X 点误差%-Ib 点误差%）/（1+Ib 点误差%）]*100%
2）启动电流
在电表常数 C=3200，基本电流 Ib=5A、cosϕ=1、V(V)=±110mV、5％Ib 点电度表误差为正常范围的条
件下，能使 Pin18（CF）产生脉冲信号的电流回路中的最小交流电流。
3）正、负向有功功率误差%
在相等的有功功率条件下，在 V(V)=±110mV、V(I)对应 Ib 点，BL6502 测得的负向有功功率与正向有
功功率之间的相对误差：
eNP%=|[（eN%-eP%）/（1+eP%）]*100%|
eP%：正向有功功率误差；eN%：负向有功功率误差。
4）输入功率(正/负)
指 Pin6（V2P）与 Pin5（V2N）间的电压采样信号 V(V)与 Pin3（V1B）与 Pin4（V1N）间的电流通道
输入信号 V(I)乘积 V(V)*V(I)*cosϕ的符号, 大于零为正功，小于零为负功。
5）增益误差
由于工艺偏差造成的芯片与芯片的增益略有不同，这种偏离相对于标称值的百分比为增益误差。
6）增益匹配误差
同一芯片中，不同增益选择条件下，输出信号之间的非线性偏差可以看成系统增益的匹配误差。
7）电源监控电路检测电平（掉电检测电平）
片内电源监测电路检测电源变化情况，当电源电压低于 4 伏左右时，内部电路被复位。当电源电压超
过该值时，电路恢复工作在正常状态。
ꢀ 时序特性
（VDD=5V， GND=0V，片内基准电压源和片内时钟振荡器，温度-20~+70°C）
参数
数值
说明
t1
144ms
F1 和 F2 的低电平脉宽，在低功率时，F1，F2 输出定脉宽，
为 144ms。当计量大功率时，F1，F2 输出周期小于 550ms 时，
F1，F2 的脉宽为周期的一半。
t2
t3
t4
F1，F2 输出低速脉冲周期，见 BL6502 计算公式。
F1 下降沿到 F2 下降沿之间的时间。
t2 周期的一半
71ms
高速输出脉冲 CF 的高电平脉宽，在计量小功率时，CF 定脉
宽为 71ms。当计量大功率时，CF 输出周期小于 180ms 时，
CF 的脉宽为周期的一半。
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BL6502
当 SCF=0，S1=S0=1 的高频模式时，CF 的脉宽为 20us。
CF 输出高速脉冲频率，见 CF 与 F1，F2 之间关系及 BL6502
计算公式。
t5
t6
CLKIN/4
F1，F2 之间的最小时间间隔。
ꢀ 工作原理
ꢀ
电能计量原理
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 + Φ)
Φ
令
令
=0 时:
VI
p(t) =
(1+ cos(2wt)
2
Φ ≠
0 时:
p(t) = V cos(wt)× I cos(wt + Φ)
= V cos(wt)×
[I cos(wt)cos(Φ) + sin(wt)sin(Φ)
]
VI
=
=
(1+ cos(2wt))cos(Φ) +VI cos(wt)sin(wt)sin(Φ)
2
VI
VI
(1+ cos(2wt))cos(Φ) + sin(2wt)sin(Φ)
2
2
p(t)称为即时功率信号，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。
前者又称为即时实功率信号。即时实功率是电能表测量的首要对象。
ꢀ
电能计量信号流
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BL6502
电ꢀ
采ꢁ
模
转ꢄ
-
ꢃ
高ꢅ
滤ꢆ
I
CF
ꢃ数
频ꢉ
转ꢄ
-
ꢃ数
乘ꢇꢈ
低ꢅ
滤ꢆ
积ꢐ
F1
F2
电ꢂ
采ꢁ
模-
ꢃ
高ꢅ
滤ꢆ
V
转ꢄ
瞬ꢋꢏꢌꢉꢍꢎ
瞬ꢋꢌꢉꢍꢎp(t)
V*I
p(t)=i(t)*v(t)
其ꢊ
v(t)=V*cos(wt)
i(t)=I*cos(wt)
V*I
2
V*I
2
V*I
p(t)=
{1+cos(2wt)}
2
t
t
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，这就是电子电能表
的基本输出信号。输出的脉冲信号的频率与能量消耗的大小成正比。输出脉冲送到片外的计
数马达，并最终得到能量消耗的大小的计数值。
可以看出计算出的即时实功率与电压和电流信号的相位差的余弦值 cos(Ф)的有关，该
余弦值被称为这两路信号的功率因子。
ꢀ
输入的直流成分对测量结果的影响
Φ
假设电压和电流输入直流成分分别是 Vos 和 Ios,且功率因子等于 1（ =0 度）
p(t)=(Vcos(wt)+Vos)*(Icos+Ios)
=V*I/2+Vos*Ios+Vos*Icos(wt)+Ios*Vcos(wt)+(V*I)/2*cos(2wt)
令 Ios=0
p(t)=(Vcos(wt)+Vos)*(Icos+0)
=V*I/2+Vos*0+Vos*Icos(wt)+0*Vcos(wt)+(V*I)/2*cos(2wt)
=V*I/2+Vos*Icos(wt)+(V*I)/2*cos(2wt)
从上面的计算看到：如果输入的两路信号同时具有直流成分，会给即时实功率，即乘积
的直流部分带来 Vos*Ios 的误差，还有在ω频率处出现 Vos*I+Ios*V 的分量，前者必然引起
测量误差，而后者也会当取直低通滤波器的对ω抑制不够时影响即时实功率的输出，带来大
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采样电能计量芯片
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的波动。
而当电压或电流中的一路经过数字高通滤波器后，如去掉电流采样信号的直流偏移项。
这时仅有一路输入有直流成分时，乘法的结果有了很大的改善：没有了直流误差，w 频率处
的分量也减少了。
ꢀ
电压通道输入
电压通道允许最大输入差分电压为±660mV，共模电压 100mV。然而，共模电压为 0V
时效果最好。
V1
V2P
V2N
+
-
+660mV
最ꢑꢒꢓꢔꢐ电ꢂꢕ±660mV
最ꢑꢒꢓꢖ模电ꢂ100mV
V1
V2
V2
AGND
-660mV
电压通道的典型连接电路如下图所示，其中，第一种是用 PT（电压互感器），第二种是
用电阻分压网络提供电压信号。
RF
CT
V2P
+
CF
±660mV
RF
AGND
-
V2N
CF
AGND
AGND
火 ꢗ
零 ꢗ
CF
Ra
Rb
Rv
AGND
AGND
±660mV
V2P
V2N
+
-
火 ꢗ
零 ꢗ
其 ꢊ
RF
AGND
CF
Ra >> RF
Rb+Rv=RF
AGND
AGND
ꢀ
电流通道输入
电流通道有两个电流输入端，然而，每一时刻，只有一个通道用来能量计量。电流通道
允许最大输入差分电压为±660mV，共模电压 100mV。然而，共模电压为 0V 时效果最好。
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采样电能计量芯片
BL6502
V1
V1A
+660mV
GAIN
+
V1
最ꢑꢒꢓꢔꢐ电ꢂꢕ±660mV
-
V2
V1N
-
V2
最ꢑꢒꢓꢖ模电ꢂ100mV
V1
-660mV
GAIN
+
V1B
AGND
电流通道的典型连接电路下图，其中，第一种是用两个 CT（电流互感器）分别采样火
线和零线的电流，Rb 作为负载电阻用来产生差分信号±660mV/gain，第二种是用 PT（电压
互感器）和电阻分压网络提供电压信号。
RF
CT
V1A
+
±660mV
GAIN
Rb
Rb
CF
-
IP
V1N
V1B
IN
AGND
-
±660mV
GAIN
CF
+
CT
RF
火 ꢗ
零 ꢗ
CF
Ra
其 ꢊ
Ra >> RF
Rb
Rv
Rb+Rv=RF
AGND
±660mV
V1A
V1N
V1B
+
-
AGND
IP
IN
AGND
-
±660mV
GAIN
Rb
CF
+
CT
RF
火 ꢗ
零 ꢗ
ꢀ
FAULT 检测
BL6502 有两个电流采样端，对火线和零线同时采样，当两个电流采样端的误差超过
12.5%时，表明有窃电行为或错误接线，Pin15（FAULT）发出指示信号，并按照两个中大的
一个电流计量。
上电时，BL6502 的输出脉冲与 V1A 和 V2 的乘积成正比，如果 V1A 和 V1B 的误差超
过 12.5％时， FAULT 指示灯在一秒左右变亮，而且如果 V1B 比 V1A 大，那么 BL6502 将
会选 V1B 作为计量。
当 V1A 大于 V1B 时，V1A 作为计量。如果 V1B 不断减小，当 V1B 小于 87.5％V1A 时
FAULT 指示会变亮，此时依然按照 V1A 进行计量。
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集成振荡器单相双电流
采样电能计量芯片
BL6502
V1A
V1B
FAULT
V1A
V1B
电ꢀ采ꢁ
ꢃ模转ꢄ
0V
V1N
V1B < 87.5% V1A
如果开始时 V1A 作为计量，且 V1B 不断增加，当 V1B 大于 114％V1A 时，FAULT 指
示会变亮，此时将会按照 V1B 进行计量，并且只有当 V1A 大于 114％V1B 时才会重新按照
V1A 计量，但是只要 V1A 与 V1B 的差值小于 12.5％V1B，FAULT 指示不亮。
V1B
V1A
FAULT
V1A
V1B
V1N
电ꢀ采ꢁ
ꢃ模转ꢄ
0V
V1A < 87.5% V1B
ꢀ 工作方式
ꢀ
芯片工作计算公式
BL6502 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。以低电平有效的方式从 F1，F2 脚输出与功率相关的频率信号。
实际功率的输出脉冲（F1，F2）计算公式
5.74×V(V)×V(I)× gain× FZ
Freq =
VR2EF
Freq——引脚 F1，F2 输出脉冲频率
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
Gain——电流通道的系统增益，由 G0 和 G1 的逻辑输入决定。
Vref——基准电压（2.5±8%）
Fz——由主时钟分频获得，分频系数由 S0 和 S1 确定
S1
0
S0
0
Fz(Hz)
1.7
分频关系
CLKIN/2^21
CLKIN/2^20
CLKIN/2^19
CLKIN/2^18
0
1
3.4
1
0
6.8
1
1
13.6
ꢀ
工作模式选择
Pin10（SCF），Pin11（S1），Pin12（S0）是 BL6502 芯片模式选择管脚，可以通过接不
同的电压（+5V，0V）来调整芯片的工作模式，Pin18（CF），Pin20（F1），Pin19（F2）的
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集成振荡器单相双电流
采样电能计量芯片
BL6502
输出频率与 Pin10（SCF），Pin11（S1），Pin12（S0）输入脚关系如下表所示：
模式
SCF
1
S1
0
S0
0
CF 对 F1,F2 的频率比
1
2
3
4
5
6
7
8
128
64
64
32
32
16
16
8
0
0
0
1
0
1
0
0
1
1
1
0
0
1
0
1
1
1
0
1
1
ꢀ
系统增益选择
通过选择数字输入端 G0，G1 的输入电平（5V 或 0V），可以调整电流通道的系统增益，
在增大系统增益的同时，减小了输入的动态范围，具体选择见下表（缺省为 0）：
G1
1
G0
1
增益
1
最大输入差分电压
±660mV
1
0
2
±330mV
0
1
8
±82mV
0
0
16
±41mV
ꢀ
输入及输出范围
电流通道允许最大输入差分电压为±660mV，共模电压 100mV。
电压通道允许最大输入差分电压为±660mV，共模电压 100mV。
对应允许 CF，F1，F2 最高输出频率：
SCF S1 S0
Fz
F1,F2 最高输出
频率(Hz)
CF 最高输出频率(Hz)
直流
0.68
交流
0.34
直流
交流
1
0
1
0
1
0
1
0
0
0
0
0
1
1
1
1
0
0
1
1
0
0
1
1
1.7
1.7
3.4
3.4
6.8
6.8
128×F1,F2=87.04 128×F1,F2=43.52
0.68
1.36
1.36
2.72
2.72
0.34
0.68
0.68
1.36
1.36
2.72
2.72
64×F1,F2=43.52
64×F1,F2=87.04
32×F1,F2=43.52
32×F1,F2=87.04
16×F1,F2=43.52
16×F1,F2=87.04
8×F1,F2=43.52
64×F1,F2=21.76
64×F1,F2=43.52
32×F1,F2=21.76
32×F1,F2=43.52
16×F1,F2=21.76
16×F1,F2=43.52
8×F1,F2=21.76
13.6 5.44
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8/9/2006
集成振荡器单相双电流
采样电能计量芯片
BL6502
ꢀ
封装形式
1、DIP20
2、SSOP20
注：由于工艺和设计变化等原因所引起的以上规范的变化，不另行通知。请随时索取最新版
本的产品规范。
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