Tổng quan về IC sử dụng trong việc đo lường năng lượng điện trong các công tơ điện tử thông minh 1 pha

Ngô Phương Thanh Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 188(12/2): 93 - 97 
93 
TỔNG QUAN VỀ IC SỬ DỤNG TRONG VIỆC ĐO LƯỜNG NĂNG LƯỢNG 
ĐIỆN TRONG CÁC CÔNG TƠ ĐIỆN TỬ THÔNG MINH 1 PHA 
Ngô Phương Thanh* 
Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp – ĐH Thái Nguyên 
TÓM TẮT 
Độ chính xác trong đo lường, an ninh, và thông tin liên lạc là những yếu tố cốt lõi của một công tơ 
điện tử thông minh. Các công ty chế tạo vi mạch điện tử đã đưa ra các giải pháp hoàn chỉnh, đã 
được kiểm chứng nhằm giải quyết các yêu cầu về tính linh hoạt, độ chính xác cao, tính hiệu quả và 
rút ngắn thời gian đưa thiết bị ra thị trường. Kết hợp các giải pháp này với các vi mạch tương tự 
hiệu suất cao của các công ty giúp cho việc tạo ra các thiết bị đo hoàn chỉnh, hoạt động tin cậy ở 
bất kỳ vị trí địa lý nào. Nghiên cứu này tập trung vào cái nhìn tổng quan về các IC được sử dụng 
trong việc chế tạo các công tơ điện tử thông minh tại Việt Nam cũng như trên thế giới. 
Từ khóa: Lưới điện thông minh; hạ tầng đo lường tiên tiến; công tơ điện tử thông minh; điện 
áp;dòng điện; công suất tác dụng 
ĐẶT VẤN ĐỀ* 
Công tơ điện tử thông minh-Smart Energy 
Meter (SEM) đang phát triển nhanh chóng với 
các kiến trúc khác nhau (cũng như thỏa mãn 
các quy định khác nhau) được sử dụng trong 
các thị trường cung cấp năng lượng điện trên 
toàn thế giới. Do con số SEM đang được chế 
tạo để cung cấp cho khách hàng lên tới hàng 
trăm triệu chiếc, việc thiết kế chế tạo SEM 
đang thu hút được sự quan tâm rất lớn từ các 
nhà sản xuất. 
SEM là nền tảng để triển khai thành công 
công nghệ lưới điện thông minh, vì chúng cải 
thiện độ tin cậy trong vận hành lưới điện và 
kiểm soát mức tiêu thụ của người dùng và 
giảm trộm cắp điện. 
Ở dạng cơ bản nhất, các SEM cung cấp phép 
đo năng lượng và công suất, truyền dữ liệu, 
duy trì đồng hồ thời gian thực và hiển thị dữ 
liệu trên mặt trước của đồng hồ. Yêu cầu thiết 
kế chính cho SEM bao gồm: (1) chúng cần 
hoạt động ở mức năng lượng thấp để chúng 
có thể chạy trong thời gian dài khi sử dụng 
pin, và (2) chúng phải được tích hợp các tính 
năng bảo mật để có thể bảo vệ nội dung 
truyền thông và sự an toàn của dữ liệu được 
lưu trữ. 
*
Tel: 0915 660599,Email: phuong-thanh.ngo@tnut.edu.vn 
SEM ở dạng cơ bản thường cung cấp kiểu 
liên lạc một chiều, cho phép các nhà bán điện 
đọc chỉ số đồng hồ tự động và từ xa bằng 
cách sử dụng các giải pháp truyền thông khác 
nhau bao gồm truyền dẫn dữ liệu không dây 
RF, truyền qua đường dây điện (PLC) và 
truyền dữ liệu sử dụng giao thức GPRS. 
Công tơ đo thông minh với kiến trúc tiên tiến 
Advanced Metering Infrastructure (AMI) 
cung cấp phương thức truyền thông hai chiều 
và mang lại nhiều lợi ích về độ tin cậy và độ 
chính xác cao, khả năng giám sát tình trạng 
mất điện và cung cấp khả năng ngắt kết nối từ 
xa cũng như tùy chọn thêm mức giá bán điện 
biến đổi theo giờ cao điểm/thấp điểm. Công 
tơ thông minh cũng có thể giao tiếp trực tiếp 
với các thiết bị đo khác và với các thiết bị 
hiển thị trong nhà để cho phép cả các nhà 
cung cấp điện và khách hàng của họ quản lý 
tốt hơn mức tiêu thụ năng lượng. 
Khi các yêu cầu về triển khai ứng dụng và 
kiến trúc trở nên tinh vi hơn, SEM yêu cầu bộ 
vi xử lý mạnh hơn và bộ nhớ flash nhiều hơn 
cho lưu trữ phần mềm, giao thức truyền thông 
và cập nhật phần mềm. Công tơ cũng có chứa 
giao diện truyền thông. Tại Hoa Kỳ, nhiều 
công ty đã chọn mạng không dây ZigBee để 
liên kết đến các nhà cung cấp điện, trong khi 
ở châu Âu, một số nhóm các nhà cung cấp đã 
sử dụng các giao tiếp qua đường dây điện 
Ngô Phương Thanh Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 188(12/2): 93 - 97 
94 
PLC. Tại việt Nam, ngành điện lực sử dụng 
mạng RF-Spider [1, 2, 3] cho các SEM đã 
mang lại hiệu quả cao trong công tác vận 
hành mua bán điện. 
Hình 1 thể hiện kiến trúc của một sản phẩm 
tiêu chuẩn cho ứng dụng cụ thể - Application-
Specific Standard Product (ASSP) cho các 
SEM có khả năng phát hiện các trường hợp 
ăn trộm điện, được sử dụng bởi nhiều nhà sản 
xuất. ASSP chứa bộ AFE để chuyển đổi tín 
hiệu đầu vào tương tự từ cảm biến dòng điện 
và điện áp thành các thông tin số hóa. Có thể 
nói ASSP là phần tử cơ bản để chế tạo ra 
SEM, trong khi AFE là phần tử cơ bản trong 
ASSP. 
CÁC IC ANALOG FRONT END (AFE) 
Hàng năm, các công ty điện lực có kế hoạch 
bổ sung thêm hàng trăm triệu SEM cho các 
tòa nhà và tất cả các thiết bị khác. Không có 
gì ngạc nhiên khi AMI đã nhận được sự chú ý 
của ngành công nghiệp điện tử. Rất nhiều các 
công ty trên thế giới đã tập trung nghiên cứu 
và sản xuất ra nhiều chủng loại IC phục vụ 
cho việc sản xuất các SEM. Phần tiếp theo sẽ 
đi phân tích một số loại IC điển hình được các 
nhà sản xuất sử dụng rộng rãi trên thế giới 
cũng như ở Việt Nam. 
Họ IC ADE ANALOG DEVICES 
Họ IC Analog Devices ADE7116/ADE7156/ 
ADE7166/ADE7169/ADE7566/ADE7569 đã 
tích hợp các IC đo năng lượng (ADE- Analog 
Devices Energy) dạng tương tự của hãng 
Analog Devices cùng với một DSP có chức 
năng chuẩn với một lõi MCU 8052 nâng cao, 
một bộ thời gian thực RTC, một bộ điều 
khiển LCD và tất cả các linh kiện phụ trợ 
khác để tạo nên một SEM cùng với một màn 
hiển thị LCD trong một phần tử duy nhất. 
Một chip đo lường ADE chứa các chức năng 
đo lường năng lượng tác dụng, phản kháng và 
biểu kiến cũng như các đại lượng dòng điện 
và điện áp hiệu dụng. Các thông tin này được 
truy cập phục vụ quá trình thanh toán tiền sử 
dụng điện bằng cách sử dụng các đại lượng 
năng lượng vô hướng đã được tích hợp sẵn. 
Các chức năng giám sát năng lượng điện như 
sụt áp, giá trị đỉnh và giá trị cắt qua 0 đã được 
tích hợp trong DSP đo năng lượng nhằm đơn 
giản hóa việc thiết kế SEM. Họ IC này có thể 
tạo ra SEM có độ chính xác cấp 2. Chúng 
cũng đo được năng lượng tác dụng và phản 
kháng đạt tới độ chính xác 0,1%. 
Ở Việt Nam, Công ty Điện lực Miền trung đã 
sản xuất các dòng SEM DT01P80-RF, 
DT01P60-RF sử dụng các IC ADE này. 
Họ IC Teledyne e2v 
Công ty, Teledyne e2v ở Vương quốc Anh, đã 
cung cấp các IC ASIC tùy chỉnh cho các ứng 
dụng AMI liên quan đến các phép đo, điều 
khiển và truyền thông RF. Các IC được sản 
xuất tại chi nhánh của công ty ở Grenoble, 
Pháp. Những Chip ASIC này bao gồm các 
ADC sigma-delta 20 bit, các bộ vi xử lý 32 
bit và các khối RF. Gần đây, e2V đã bắt đầu 
thử nghiệm một chip IC tiêu chuẩn có tên là 
EV8452 và đang trong quá trình ứng dụng nó 
cho các ứng dụng quản lý năng lượng. 
Họ IC Cirrus Logic 
Cirrus Logic đang cung cấp một cặp IC đo 
năng lượng có chính xác cao nhắm vào các 
cấu trúc AMI ở thị trường Ấn Độ, Nhật Bản 
và các thị trường phát triển nhanh khác cho 
các ứng dụng dân sự. CS5464 chứa các bộ 
ADC sigma-delta 24 bit bậc 4 mà công ty 
Cirrus tuyên bố chúng có khả năng tăng 
cường tính cạnh tranh trong lĩnh vực IC đo 
năng lượng điện. 
CS5467 là một phiên bản khác nhắm vào thị 
trường Nhật Bản, với hai kênh đo dòng điện 
và hai kênh điện áp cho phép đo một lúc hai 
pha đồng thời. Cả 2 loại chip này đều chứa 
các đặc tính hiệu chuẩn ở mức hệ thống, cảm 
biến nhiệt độ, đo độ sụt điện áp, phát hiện lỗi 
dòng điện và có khả năng bù pha. 
Họ IC Austriamicrosystems 
Một nhà sản xuất IC đầu cuối tương tự để đo 
năng lượng khác là Austriamicrosystems. Hai 
IC AS8118 và AS8168 được thiết kế để đo 
Ngô Phương Thanh Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 188(12/2): 93 - 97 
95 
đếm năng lượng tức thời / trung bình một pha 
và bao gồm lập trình và hiệu chuẩn kỹ thuật 
số trên chip. Chúng có độ chính xác 0,1% trên 
dải đo 1000:1 và chứa các bộ ADC sigma-
delta, bộ lọc kỹ thuật số, DSP và mạch điều 
khiển và mạch điện công suất. Công ty này 
cũng cung cấp một cặp SoC là AS8218 và 
AS8228 cho ứng dụng đo dòng điện một pha 
trên hai dây. 
Họ IC Maxim 
Công ty Maxim Integrated Products sản xuất 
IC MAX11046, chứa một bộ ADC lấy mẫu 
đồng thời 8 kênh 16 bit nhằm vào các ứng 
dụng đo thông minh. Kiến trúc đang chờ cấp 
bằng sáng chế của nó cung cấp điện áp âm 
trên chip với nhiễu cực thấp mà chỉ sử dụng 
một nguồn cung cấp bên ngoài dương. Chip 
này đảm bảo tốt hơn các yêu cầu quy định đối 
với Class 2.0 (0,2% với điện áp 220 V) bắt 
buộc theo tiêu chuẩn 62053 của Ủy ban Kỹ 
thuật Điện Quốc tế (IEC) cũng như tiêu chuẩn 
EN 50160. 
Họ IC Freescale Semiconductor 
Freescale Semiconductor cung cấp một danh 
mục nhiều các IC đo thông minh. Chúng bao 
gồm các bộ tập trung dữ liệu, các IC truyền 
thông không dây, các thiết bị truyền thông 
qua dây điện (PLC), các IC đo một pha và ba 
pha, và các thiết bị chống ăn trộm điện. Chip 
thông minh mới MCF51EM128/256 của công 
ty dựa trên bộ vi xử lý lõi 32-bit ColdFire V1. 
Nó bao gồm một bộ điều khiển LCD nhúng, 
ADC 16-bit, và các thiết bị ngoại vi đo lường 
cụ thể được tối ưu hóa cho các ứng dụng đo 
thông minh. 
Họ IC Texas Instruments 
Texas Instruments (TI) cũng cung cấp một 
loạt các bộ vi điều khiển tín hiệu hỗn hợp dựa 
trên nền tảng MCU MSP430 được sử dụng 
rộng rãi có thể xử lý các tác vụ AMI. Gần 
đây, công ty đã giới thiệu 16 MCU MSP430 
mới cung cấp các phép đo chính xác 0,1%, 
giám sát an ninh năng lượng, tiêu thụ điện 
năng cực thấp và tăng dung lượng bộ nhớ cho 
các ứng dụng cần nhiều bộ nhớ. 
MCU MSP430 được cho là tiêu hao lượng 
điện năng ít nhất so với bất kỳ thiết bị nào 
trong cùng lĩnh vực, chỉ 330 µA (ở mức 3 V 
và 1 MHz). Ở chế độ chờ, dòng tiêu thụ chỉ là 
0,1 µA. 
Ở Việt Nam, các công ty Hữu Hồng và 
GELEX đã sử dụng các IC MSP430 để sản 
xuất các SEM. 
Họ IC Microchip 
Công ty Microchip sản xuất nhiều loại IC đo 
năng lượng điện thông minh dựa trên các vi 
điều khiển PIC 8 bit và 16 bit. Một trong 
những thiết bị này là MCP3909, một IC giám 
sát năng lượng với hai bộ ADC sigma-delta 
16 bit. Nó có giao diện SPI, đầu ra xung, độ 
chính xác 0,1%, dải hoạt động 1000:1 và chứa 
bộ tham chiếu điện áp trên chip với độ lệch 
nhiệt độ cực thấp 15 ppm ° C. 
Hình 1. Sơ đồ khối của một công tơ thông minh [4]
Ngô Phương Thanh Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 188(12/2): 93 - 97 
96 
(a) 
(c) 
(b) 
(d) 
Hình 2. Một số IC: (a) ADE7569, (b) CS5464, (c) MSP430 và (b) MCP3909 (Nguồn Internet) 
KẾT LUẬN 
Bài báo đã cung cấp một cái nhìn tổng thể về 
các IC được sử dụng trong việc chế tạo các 
SEM. Các ưu điểm của từng loại IC đã được 
chỉ ra. Việc các công ty sản xuất SEM chọn 
loại IC nào còn phụ thuộc vào nhiều yếu tố 
như: yêu cầu về tiêu chuẩn kỹ thuật, yếu tố thị 
trường, giá cả, v.v... 
LỜI CÁM ƠN 
Bài báo này được tài trợ trong khuôn khổ đề 
tài nghiên cứu khoa học cấp đại học mã số 
ĐH2013-TN02-01. 
TÀI LIỆU THAM KHẢO 
1. EVNCPC, "Tổng công ty Điện lực Miền 
Trung," EVNCPC, 30 07 2015. [Online]. 
Available: 
https://emec.cpc.vn/TLKT/TLKT_DT01P60_RF_
mau2.pdf. [Accessed 20 08 2018]. 
2. EVNCPC, "EVNCPC," EVNCPC, 27 01 2016. 
[Online]. Available: 
https://emec.cpc.vn/TLKT/TLKT_DT03P05.pdf. 
[Accessed 20 08 2018]. 
3. EVNCPC, "EVNCPC," EVNCPC, 27 03 2018. 
[Online]. Available: 
https://emec.cpc.vn/TLKT/TLKT_RFSPIDER.PD
F. [Accessed 20 08 2018]. 
4. Design-reuse, Design-reuse, 06 2010. [Online]. 
Available: https://www.design-
reuse.com/articles/23746/multiplexed-energy-
metering-analog-front-end.html. [Accessed 20 08 
2018]
Ngô Phương Thanh Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 188(12/2): 93 - 97 
97 
SUMMARY 
OVERVIEW OF ICS USED IN MEASURING ELECTRICAL ENERGY 
IN SINGLE PHASE SMART METERS 
Ngo Phuong Thanh
1,* 
1University of Technology - TNU 
Accuracy in measurement, security, and communications are the core elements of a Smart 
Electricity Meter. Electronics industry have come up with proven solutions to address the 
requirements of flexibility, high accuracy, efficiency and shortening time to market. Combining 
these solutions with high-performance analog circuits enables companies to create complete and 
reliable measurements in any geographic location. This study focuses on the overview of ICs used 
in the manufacture of smart electronic meters in Vietnam as well as in the world. 
Keywords: Smart Grid; Advanced Metering Infrastructure; Smart Energy Meter; Voltage; 
Current; Active energy. 
Ngày nhận bài: 22/8/2018; Ngày phản biện: 25/9/2018; Ngày duyệt đăng: 12/10/2018
*
 Tel: 0915 660599, Email: phuong-thanh.ngo@tnut.edu.vn 
98