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電子發(fā)燒友網(wǎng)報(bào)道（文/李寧遠(yuǎn)）隨著對(duì)電力需求的不斷上升，國(guó)內(nèi)電力消費(fèi)規(guī)模逐年增長(zhǎng)，社會(huì)用電量持續(xù)增加。可以看到現(xiàn)在國(guó)家正在持續(xù)加大電力設(shè)施的投入和能源結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，這些增長(zhǎng)也給智能電表行業(yè)帶來了很多發(fā)展機(jī)遇。

智能電表的核心器件——電能計(jì)芯片在智能電表中實(shí)現(xiàn)以微電子電路為基礎(chǔ)的電能數(shù)據(jù)計(jì)量，直接關(guān)系到智能電表的計(jì)量精度和工作可靠性、穩(wěn)定性等產(chǎn)品品質(zhì)。它能實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)功能是電能計(jì)量，也就是用電設(shè)備的電壓、電流和所消耗電能這些參數(shù)的測(cè)量。還有一些電能計(jì)芯片，在基礎(chǔ)功能之外還可以測(cè)量功率因素、過零點(diǎn)等參數(shù)。

智能電表市場(chǎng)規(guī)模與發(fā)展

智能電表的架構(gòu)由電能計(jì)量芯片、主控芯片和載波通信芯片組成。根據(jù)美通社數(shù)據(jù)，2022年全球智能電表市場(chǎng)約為114億美元，預(yù)計(jì)到2026年達(dá)到152億美元，以6.7%的年復(fù)合增長(zhǎng)率增長(zhǎng)。而根據(jù)頭豹研究院數(shù)據(jù)，2021年我國(guó)智能電表行業(yè)規(guī)模達(dá)到了195億元，未來將保持在6%的年復(fù)合增長(zhǎng)率。

數(shù)據(jù)來源：頭豹研究院，電子發(fā)燒友網(wǎng)制圖

智能電表內(nèi)，電能計(jì)量芯片可以分為單芯片產(chǎn)品和SoC芯片產(chǎn)品，更細(xì)分一點(diǎn)則是三相電能計(jì)量芯片、單相電能計(jì)量芯片、單相電能表SoC芯片。單芯片就只包含了電能計(jì)量模塊，SoC芯片則集成了MCU、RTC等等其他功能模塊。

根據(jù)普華有策對(duì)國(guó)內(nèi)智能電表電能計(jì)芯片的市場(chǎng)容量統(tǒng)計(jì)，2021年三相計(jì)量芯片市場(chǎng)容量在1.2億元，單相SoC市場(chǎng)容量在1.6億元、單相計(jì)量芯片市場(chǎng)容量在0.9億元。國(guó)內(nèi)單相計(jì)量芯片的需求是最大的，因?yàn)榧彝ビ玫闹悄茈姳頂?shù)量龐大，不過價(jià)格上就相對(duì)一些，三相主要應(yīng)用在工業(yè)上。

從芯片角度來說，電能計(jì)本身也屬于數(shù)?；旌?a target="_blank">集成電路，在多功能、低功耗、低成本的發(fā)展趨勢(shì)上和其他數(shù)?；旌霞呻娐繁容^類似，同時(shí)其朝SoC架構(gòu)發(fā)展的趨勢(shì)也很明顯。單一功能的計(jì)量芯片不再吃香，集成其他功能的SoC芯片開始獲得大量的市場(chǎng)機(jī)會(huì)。其實(shí)電能計(jì)芯片也開始擴(kuò)展到電表以外的智能儀表應(yīng)用上，比如分布式電源、電動(dòng)汽車充電樁等，在儀表設(shè)備上實(shí)現(xiàn)智能計(jì)量的功能。

交流電能計(jì)量與直流電能計(jì)量

目前市面上，計(jì)量交流電的芯片居多，直流計(jì)量芯片很少。傳統(tǒng)的電能計(jì)都是測(cè)量交流電，最早的交流計(jì)量使用電壓和電流線圈的組合在旋轉(zhuǎn)鋁盤中感應(yīng)渦流，慢慢發(fā)展到后來升級(jí)到可以監(jiān)測(cè)絕對(duì)精度的更先進(jìn)的交流計(jì)量。

但是隨著電力應(yīng)用需求的發(fā)展，精確地直流電能計(jì)量開始變得越來越重要，特別是涉及電能計(jì)費(fèi)的地方。以現(xiàn)在最火熱的電動(dòng)汽車為例，標(biāo)準(zhǔn)的電動(dòng)汽車充電器在交流側(cè)進(jìn)行計(jì)量，這樣就存在一個(gè)問題，無法測(cè)量交流到直流轉(zhuǎn)換過程中損失的電能。隨著氮化鎵和碳化硅器件的發(fā)展，現(xiàn)在電動(dòng)汽車很多快充直接連接到汽車電池，電能以直流方式傳輸，這顯然需要在直流側(cè)實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)計(jì)量的。

不過在直流電能計(jì)量上也有不少設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)，比如電壓測(cè)量上需要重點(diǎn)考量組件的溫度系數(shù)和電壓系數(shù)以確保在整個(gè)溫度范圍內(nèi)具有所需的精度，需要關(guān)注分流器的連接和所產(chǎn)生熱量的分布情況與確保精度不會(huì)下降等等。

不論是傳統(tǒng)的還是現(xiàn)在更為先進(jìn)的交流計(jì)量，還是越來越重要的直流計(jì)量，都是根據(jù)其每千瓦時(shí)脈沖常數(shù)和百分比等級(jí)精度進(jìn)行分類的。每千瓦時(shí)脈沖數(shù)表示電能更新率，即分辨率。等級(jí)精度表示電能的最大計(jì)量誤差，我們?cè)陉P(guān)注電能計(jì)時(shí)也會(huì)最先關(guān)注芯片計(jì)量的精度。目前國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上，國(guó)產(chǎn)電能計(jì)市占率很不錯(cuò)，也反映出國(guó)產(chǎn)電能計(jì)性能的優(yōu)秀。

電能計(jì)國(guó)內(nèi)主要玩家

在電能計(jì)量芯片上，國(guó)內(nèi)主流玩家有上海貝嶺（銳能微）、鉅泉光電、智芯微等，這幾家基本上占據(jù)了國(guó)內(nèi)絕大部分市場(chǎng)份額。其中上海貝嶺（銳能微）、鉅泉光電不論是在單芯片產(chǎn)品還是SoC產(chǎn)品上都非常強(qiáng)勢(shì)。

上海貝嶺（銳能微）

上海貝嶺的電能計(jì)量芯片產(chǎn)品覆蓋范圍非常廣，從單相計(jì)量、三相計(jì)量、單相SoC到智能計(jì)量均有細(xì)分產(chǎn)品矩陣。智能計(jì)量這一類別屬于電源管理 IC，這里不做統(tǒng)計(jì)。

單相計(jì)量上有三個(gè)料號(hào)，主要是封裝和通信接口有差異，其動(dòng)態(tài)范圍均為8000：1，有功/無功誤差、電流電壓誤差均為0.1%，頻率為0.2%，參數(shù)性能絕對(duì)的領(lǐng)先。

三相計(jì)量上只有一顆RN8302，集成了7路高精度 ADC，具備高達(dá)5000:1的動(dòng)態(tài)范圍，能夠同時(shí)測(cè)量基波和全波的有功功率、無功功率和視在功率，也可提供功率因數(shù)、電壓電流有效值、電壓電流相角、諧波計(jì)算等。此外還提供零線防竊電、全失壓低功耗自動(dòng)測(cè)量、二次側(cè)互感器開短路檢測(cè)等防竊電功能。單相SoC上有一顆RN821X，內(nèi)嵌32位ARM Cortex-M0核，集成了計(jì)量、硬件溫補(bǔ)RTC、LCD、EEPROM、加密模塊等，滿足單相智能表計(jì)量需求。

在直流計(jì)量上，上海貝嶺同樣也有布局，料號(hào)RN7302，一款多功能高精度的三相、直流計(jì)量專用芯片，適用于三相四線和三相三線應(yīng)用。具體的性能參數(shù)并未在官網(wǎng)上公布。

上海貝嶺（銳能微）的電能計(jì)量產(chǎn)品廣泛應(yīng)用在各類電表應(yīng)用上，不論是單、三相計(jì)量芯片、還是SoC芯片其市占率在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)均在前三。據(jù)悉，上海貝嶺非常重視直流計(jì)量技術(shù)，在深入研究和儲(chǔ)備，以滿足高精度直流計(jì)量的需求。

鉅泉光電

鉅泉光電的主要產(chǎn)品包括了智能電表相關(guān)的計(jì)量芯片、MCU和電力載波芯片，是國(guó)內(nèi)市場(chǎng)發(fā)展勢(shì)頭非常強(qiáng)勁的廠商，同時(shí)也在今年成功上市。這里我們重點(diǎn)關(guān)注計(jì)量芯片，尤其是它旗下的三相電能計(jì)芯片。因?yàn)楦鶕?jù)鉅泉光電公布的2021年?duì)I收統(tǒng)計(jì)，三相電能計(jì)芯片是鉅泉光電的最主要營(yíng)收。

圖源：鉅泉光電

總的來看，鉅泉光電旗下的計(jì)量IC均可應(yīng)用于0.2S級(jí)有功精度要求和1級(jí)無功精度要求的電表，并提供智能電表所需的高精度電參數(shù)，提供用于諧波分析的參量，并具有防惡意干擾正常計(jì)量的防竊電模式。

單相計(jì)量里的兩款目前已經(jīng)量產(chǎn)出貨的只有HT7017。HT7017動(dòng)態(tài)范圍達(dá)到了8000：1，整個(gè)精度也做到了0.1%級(jí)別。比較亮眼的是所有參數(shù)都是內(nèi)部硬件算法直接進(jìn)行運(yùn)算的，精度可靠。

單相SoC上共7個(gè)料號(hào)，集成的32位處理器并未詳細(xì)信息，配了128K Flash、8K SRAM、單相EMU單元等等，因?yàn)槠浞栏`電功能，在海外出口上很吃香，占有率有逐步攀升到出口市場(chǎng)第一位的趨勢(shì)。

三相計(jì)量，一共有7個(gè)料號(hào)，精度都在0.1%。鉅泉光電的三相計(jì)量芯片內(nèi)集成了多路二階sigma-delta ADC、參考電壓電路以及所有功率、能量、有效值、功率因數(shù)及頻率測(cè)量的數(shù)字信號(hào)處理等電路，能夠測(cè)量各相以及合相的有功功率、無功功率、視在功率、有功能量及無功能量。這些三相計(jì)量芯片可以支持純軟件的校表、提供瞬時(shí)基波有功功率信息用于基波的校正，并提供兩類視在功率、能量計(jì)量方式，非常靈活，有很強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。

鉅泉光電目前也在電能計(jì)量SoC芯片的技術(shù)經(jīng)驗(yàn)上延伸拓展智能電表MCU領(lǐng)域，同時(shí)在雙芯模組化智能電表計(jì)量芯片研發(fā)上加大了投入。

萬高科技

萬高的計(jì)量產(chǎn)品集中在單相計(jì)量上，單相計(jì)量AFE共6個(gè)料號(hào)，能在5000：1的動(dòng)態(tài)范圍里有功計(jì)量誤差小于0.1%，無功計(jì)量誤差小于0.2%，電壓/電流有效值誤差小于0.5%，在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)和上海貝嶺、鉅泉光電同屬第一梯隊(duì)。

圖源：萬高科技

SoC系列產(chǎn)品三個(gè)料號(hào)，集成了Cortex-M0內(nèi)核，5000:1 動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)，全波/基波有功能量計(jì)量誤差小于 0.1%，全波/基波無功能量計(jì)量誤差小于0.2%，全波/基波電壓/電流有效值誤差小于 0.5%。作為國(guó)網(wǎng)下屬公司，在資本、技術(shù)和規(guī)模上具有不少優(yōu)勢(shì)。

中微愛芯

中微愛芯在電能計(jì)量賽道上屬于新玩家，今年發(fā)布了一款防竊電專用計(jì)量芯片AiP8209，單相計(jì)量芯片。

AiP8209在1500：1的動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)提供0.1%的精度，在400：1動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)誤差小于0.5%，動(dòng)態(tài)范圍相對(duì)上面兩家行業(yè)龍頭來說還是稍遜一籌。能同時(shí)提供兩路獨(dú)立的有功功率和有效值、電壓有效值、線頻率、過零中斷等，可以實(shí)現(xiàn)靈活的防竊電方案。

芯?？萍?/u>

芯海科技在電能計(jì)上的布局集中在單相多功能電能計(jì)量芯片上，目前有CSE7759和CSE7761兩個(gè)系列。

CSE7761在5000：1的動(dòng)態(tài)范圍下能提供小于0.1%的有功電能誤差，內(nèi)部集成了3路 sigma-delta ADC、功率計(jì)算器、能量頻率轉(zhuǎn)換器，提供高速的電壓、電流的波形數(shù)據(jù)，非常適合高性能功率測(cè)量應(yīng)用。

小結(jié)

作為智能電表重要組成部分的電能計(jì)，其國(guó)產(chǎn)化也是非常重要的，目前看來電能計(jì)行業(yè)的集中度還是非常高的，而且國(guó)內(nèi)市場(chǎng)受國(guó)網(wǎng)、南網(wǎng)招標(biāo)計(jì)劃影響很大。

從技術(shù)角度來看，現(xiàn)在單一功能的電能計(jì)量芯片逐步被集成了MCU及其他功能的SoC芯片取代。隨著物聯(lián)網(wǎng)、新能源、和直流輸電技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，市場(chǎng)對(duì)直流計(jì)量功能的需求也在日益增長(zhǎng)。

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