智能電表需求穩(wěn)步上漲，盤點高集中度的國產(chǎn)電能計量芯片

電子發(fā)燒友網(wǎng)報道（文/李寧遠）隨著對電力需求的不斷上升，國內(nèi)電力消費規(guī)模逐年增長，社會用電量持續(xù)增加?？梢钥吹浆F(xiàn)在國家正在持續(xù)加大電力設施的投入和能源結(jié)構的優(yōu)化，這些增長也給智能電表行業(yè)帶來了很多發(fā)展機遇。

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

智能電表市場規(guī)模與發(fā)展

智能電表的架構由電能計量芯片、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約為114億美元，預計到2026年達到152億美元，以6.7%的年復合增長率增長。而根據(jù)頭豹研究院數(shù)據(jù)，2021年我國智能電表行業(yè)規(guī)模達到了195億元，未來將保持在6%的年復合增長率。

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

根據(jù)普華有策對國內(nèi)智能電表電能計芯片的市場容量統(tǒng)計，2021年三相計量芯片市場容量在1.2億元，單相SoC市場容量在1.6億元、單相計量芯片市場容量在0.9億元。國內(nèi)單相計量芯片的需求是最大的，因為家庭用的智能電表數(shù)量龐大，不過價格上就相對一些，三相主要應用在工業(yè)上。

從芯片角度來說，電能計本身也屬于數(shù)?；旌?a target="_blank">集成電路，在多功能、低功耗、低成本的發(fā)展趨勢上和其他數(shù)?；旌霞呻娐繁容^類似，同時其朝SoC架構發(fā)展的趨勢也很明顯。單一功能的計量芯片不再吃香，集成其他功能的SoC芯片開始獲得大量的市場機會。其實電能計芯片也開始擴展到電表以外的智能儀表應用上，比如分布式電源、電動汽車充電樁等，在儀表設備上實現(xiàn)智能計量的功能。

交流電能計量與直流電能計量

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

但是隨著電力應用需求的發(fā)展，精確地直流電能計量開始變得越來越重要，特別是涉及電能計費的地方。以現(xiàn)在最火熱的電動汽車為例，標準的電動汽車充電器在交流側(cè)進行計量，這樣就存在一個問題，無法測量交流到直流轉(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)實現(xiàn)精準計量的。

不過在直流電能計量上也有不少設計挑戰(zhàn)，比如電壓測量上需要重點考量組件的溫度系數(shù)和電壓系數(shù)以確保在整個溫度范圍內(nèi)具有所需的精度，需要關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下降等等。

不論是傳統(tǒng)的還是現(xiàn)在更為先進的交流計量，還是越來越重要的直流計量，都是根據(jù)其每千瓦時脈沖常數(shù)和百分比等級精度進行分類的。每千瓦時脈沖數(shù)表示電能更新率，即分辨率。等級精度表示電能的最大計量誤差，我們在關注電能計時也會最先關注芯片計量的精度。目前國內(nèi)市場上，國產(chǎn)電能計市占率很不錯，也反映出國產(chǎn)電能計性能的優(yōu)秀。

電能計國內(nèi)主要玩家

在電能計量芯片上，國內(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)了國內(nèi)絕大部分市場份額。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)品上都非常強勢。

上海貝嶺（銳能微）

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

單相計量上有三個料號，主要是封裝和通信接口有差異，其動態(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)性能絕對的領先。

三相計量上只有一顆RN8302，集成了7路高精度ADC，具備高達5000:1的動態(tài)范圍，能夠同時測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、諧波計算等。此外還提供零線防竊電、全失壓低功耗自動測量、二次側(cè)互感器開短路檢測等防竊電功能。單相SoC上有一顆RN821X，內(nèi)嵌32位ARM Cortex-M0核，集成了計量、硬件溫補RTC、LCD、EEPROM、加密模塊等，滿足單相智能表計量需求。

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

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

鉅泉光電

鉅泉光電的主要產(chǎn)品包括了智能電表相關的計量芯片、MCU和電力載波芯片，是國內(nèi)市場發(fā)展勢頭非常強勁的廠商，同時也在今年成功上市。這里我們重點關注計量芯片，尤其是它旗下的三相電能計芯片。因為根據(jù)鉅泉光電公布的2021年營收統(tǒng)計，三相電能計芯片是鉅泉光電的最主要營收。

總的來看，鉅泉光電旗下的計量IC均可應用于0.2S級有功精度要求和1級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量的防竊電模式。

單相計量里的兩款目前已經(jīng)量產(chǎn)出貨的只有HT7017。HT7017動態(tài)范圍達到了8000：1，整個精度也做到了0.1%級別。比較亮眼的是所有參數(shù)都是內(nèi)部硬件算法直接進行運算的，精度可靠。

單相SoC上共7個料號，集成的32位處理器并未詳細信息，配了128K Flash、8K SRAM、單相EMU單元等等，因為其防竊電功能，在海外出口上很吃香，占有率有逐步攀升到出口市場第一位的趨勢。

三相計量，一共有7個料號，精度都在0.1%。鉅泉光電的三相計量芯片內(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)及頻率測量的數(shù)字信號處理等電路，能夠測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。這些三相計量芯片可以支持純軟件的校表、提供瞬時基波有功功率信息用于基波的校正，并提供兩類視在功率、能量計量方式，非常靈活，有很強的競爭優(yōu)勢。

鉅泉光電目前也在電能計量SoC芯片的技術經(jīng)驗上延伸拓展智能電表MCU領域，同時在雙芯模組化智能電表計量芯片研發(fā)上加大了投入。

萬高科技

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

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

中微愛芯

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

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

芯?？萍?/u>

芯?？萍荚陔娔苡嬌系牟季旨性趩蜗喽喙δ茈娔苡嬃啃酒?，目前有CSE7759和CSE7761兩個系列。

CSE7761在5000：1的動態(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量應用。

小結(jié)

作為智能電表重要組成部分的電能計，其國產(chǎn)化也是非常重要的，目前看來電能計行業(yè)的集中度還是非常高的，而且國內(nèi)市場受國網(wǎng)、南網(wǎng)招標計劃影響很大。

從技術角度來看，現(xiàn)在單一功能的電能計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、和直流輸電技術的進一步發(fā)展，市場對直流計量功能的需求也在日益增長。