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U2996 发布时间 时间:2025/12/27 8:08:17 查看 阅读:25

U2996是一款由STMicroelectronics(意法半导体)推出的高性能、高精度的模拟前端(Analog Front-End, AFE)集成电路,专为电能计量应用而设计,广泛应用于单相和三相电能表中。该芯片集成了多通道ADC(模数转换器)、数字信号处理单元、参考电压源以及通信接口,能够实现对电压、电流信号的高精度采集与处理,支持有功功率、无功功率、视在功率、功率因数、电能累计等多种电参数的计算。U2996采用先进的CMOS工艺制造,具备低功耗、高稳定性与抗干扰能力强的特点,适用于工业级温度范围(-40°C至+85°C),满足智能电网、智能电表、能源管理系统等对高可靠性与长期稳定运行的需求。该器件通常与微控制器(MCU)配合使用,通过SPI或UART接口进行数据交换,实现电能数据的实时监控与远程传输。此外,U2996内置自诊断功能,可检测系统异常,提升整体系统的安全性与可靠性。

参数

型号:U2996
  制造商:STMicroelectronics
  封装类型:LQFP-48
  工作电压:2.7V 至 5.5V
  工作温度范围:-40°C 至 +85°C
  ADC分辨率:24位 Sigma-Delta
  ADC通道数:3个独立差分输入通道(支持电压和电流测量)
  采样速率:最高可达8 kSPS(每秒千次采样)
  内部参考电压:2.5V ± 1%
  通信接口:SPI、UART
  集成功能:电能计量引擎、RMS计算器、相位校正、增益校正、电能累加器
  非易失性存储支持:支持外部EEPROM或内部寄存器存储校准参数
  功耗:典型值为15mW(3.3V供电)
  符合标准:IEC 62053-21、IEC 62053-22、ANSI C12.16等电能表国际标准

特性

U2996的核心特性之一是其高精度的24位Sigma-Delta ADC架构,能够在宽动态范围内实现高达1000:1的动态范围,确保在负载变化极大的应用场景下仍能保持测量精度。该ADC采用差分输入结构,有效抑制共模噪声,提升抗干扰能力,特别适用于电力线路中常见的电磁干扰环境。每个ADC通道均可独立配置增益(可编程增益放大器PGA,增益范围1至128倍),便于适配不同类型的电流传感器(如分流器、电流互感器CT、罗氏线圈等)和电压传感器(如电阻分压网络)。这种灵活性使得U2996可以广泛应用于多种电能计量拓扑结构。
  芯片内置专用的数字信号处理引擎,能够实时执行电压和电流的有效值(RMS)计算、有功功率、无功功率、视在功率及功率因数的运算,并支持电能量的累加(正向和反向有功电能),满足双向电能计量需求,适用于分布式能源接入场景(如光伏并网系统)。该处理引擎还具备相位补偿和频率跟踪功能,可通过软件校准消除由于传感器延迟或PCB布局引起的相位误差,从而显著提高功率测量的准确性。
  U2996集成了一个高精度、低温漂的2.5V参考电压源(典型温漂为±10ppm/°C),保证了长时间运行下的测量稳定性,避免因参考电压漂移导致的计量偏差。此外,芯片支持多种校准模式,包括增益校准、偏置校准和相位校准,用户可通过主控MCU写入校准系数并存储于外部EEPROM中,实现出厂标定和现场维护。
  通信方面,U2996提供SPI和UART双接口,支持与主流微控制器无缝连接。SPI接口用于高速配置寄存器和读取实时测量数据,UART则可用于异步传输电能累计值或报警信息。芯片还具备中断输出引脚,可在过流、欠压、电能超限等异常情况下触发中断,提升系统响应速度。
  安全与可靠性方面,U2996内置上电复位(POR)电路、看门狗定时器和寄存器校验机制,防止程序跑飞或配置错误。同时支持CRC校验通信数据,确保数据完整性。其LQFP-48封装便于自动化贴装,符合RoHS环保要求,适合大规模工业生产。

应用

U2996主要应用于各类智能电能表和能源管理系统中,尤其是在单相和三相交流电能计量设备中表现优异。它被广泛用于住宅、商业和工业领域的电表设计,支持符合国际标准的精确电能计量,适用于国网、南网等电力公司的智能抄表系统(AMI)。在家庭智能电表中,U2996能够实现用电量的精确统计、峰谷电价计费、远程断电控制等功能,配合通信模块(如PLC、LoRa、NB-IoT)实现数据上传至云端平台。
  在工业自动化领域,U2996可用于配电柜中的多功能电力仪表,监测电压、电流、功率、电能、功率因数等关键参数,帮助实现能耗分析、设备状态监控和节能优化。其高精度和稳定性也使其适用于数据中心、轨道交通、医院等对供电质量要求较高的场所的电力监控系统。
  此外,U2996还可用于新能源系统中的并网逆变器电能计量模块,例如太阳能光伏发电系统和风力发电系统,用于测量并网电量、自发自用电量和上网电量,支持“自发自用、余电上网”的运营模式。在储能系统中,该芯片可用于电池充放电电能的双向计量,结合BMS(电池管理系统)实现能量流动的精细化管理。
  由于其支持多种传感器输入和灵活的校准机制,U2996也适用于第三方电能计量模块、便携式电能分析仪、电能质量分析仪等测试设备。在科研和教学实验中,该芯片常被用作高精度数据采集平台的核心组件,用于电力电子、智能电网等相关课题的研究与开发。

替代型号

STPM32
  ATM90E32AS
  BL0942

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