基于STPM32交流电源电量计方案

STPM3x系列产品是专门为电力系统中高精度功率和能量测量而设计的专用芯片，可使用RogowsKi线圈、电流互感器或分流电流传感器进行电流采样。STPM3x可提供瞬时电压和电流波形，并计算有功功率、无功功率、视在功率和能量数据以及电压和电流的RMS值。在这个系列中，有3个型号分别满足1路电压+1路电流输入/1路电压+2路电流输入/2路电压+2路电流输入。本方案着重讲解STPM32以及它的评估测试环境。

STPM32方案面向数字电源应用的高精度计量，支持：

• 交流电源中单相功率检测和能量分析，功率从几千瓦到几十千瓦不等。
• iTHD, 以及15阶逐次谐波分析，可扩展到31阶。
• 在服务器电源应用中，精度满足AI 服务器电源ORv3 标准。
• (更多性能参数参见下图)

ST专门为STPM32设计一款demo，用于工程师快速测试评估。它分为两块板：

1.  Demo主板，其上有STPM32电量计，STM32C031 MCU，隔离光耦以及外围电路组成

   ① STPM32：电量计，模拟部分包括最多两个可编程增益低噪声低偏移放大器、最多四个2阶24位Σ-ΔADC、两个具有独立温度补偿的带隙电压参考、一个低压降稳压器和多个DC缓冲器。数字部分包括一个数字滤波级、一个硬连线DSP、一个DFE输入调制器，以及一个串行通信接口(UART或SPI)

   ② STM32C031：核心算法，通过SPI采集STPM32数据，实时计算电源电压、电流、功率因数、谐波THD等。ST有成熟的二进制固件库支持客户直接应用，在合适商务模式下可开发二进制代码给到客户做二次开发。

2.  底板，其上有AC主电源输入输出接口，采样铜电阻，USB to PC转换芯片和USB接口等。

   应用中，将demo主板插入底板，底板按正确接法串入用户电源，同时USB连接PC

3. demo提供PC端APP软件，用户在可视化界面中操作，并且获得电源参数和波形

demo主板架构和接口

开发者文档，包括demo原理图、硬件设计指南、软件固件库hex以及USB驱动、STM32 cube programmer等工具软件。

开发与设计：

电源客户可借助该demo板快速获取电源参数，同时也可以将该参数与实际电流参数对比，以评估STPM32的准确率。在开发过程中，ST可提供STPM32 demo板及周边硬件电路设计参考以提高客户的硬件设计速度。STM32C031有成熟固件库，客户若选择STPM32+STM32C031的设计方案，基本无需自主开发，便能获得一套完整的电量计方案。

►场景应用图

►展示板照片

►方案方块图

►核心技术优势

• 双模视在能量计算

• 瞬时和平均功率计算

• RMS和瞬时电压、电流

• 电压、电流THD

• 欠压和过压检测(起伏)和监控

• 过流检测和监控

• UART和SPI串行接口，具有可编程CRC多项式验证功能

• 可编程LED和中断输出

• 四个独痈立的24位2阶∑△ ADC

• 两个可编程增益稳定斩波低噪声和低偏移放大器

►方案规格

有功功率精度:

• 5000:1动态范围内误差<0.1%

• 10000:1动态范围内误差<0.5%

• 50-60 Hz EN 50470-x、IEC 62053-2x、ANSI12.2x标准对交流电表的要求

无功功率精度:

• 2000:1动态范围内误差<0.1%

• -3 dB时带宽为3.6 kHz

• Vcc供电电压范围3.3V±10%

• Icc供电电流4.3 mA(STPM32)

• 时钟频率为16 MHz，采用晶振或外部信号源

• 双精度电压参考:具有独立可编程TC的1.18V，典型值为30 ppm/°C

• 内部低压降稳压器，电压为3V(典型值)

• QFN封装 • 工作温度-40°C至+105°C

► 技术文档

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