X-NUCLEO-PM33A1电能计量扩展板深度解析

STMicroelectronics X-NUCLEO-PM33A1扩展板是一款搭载STPM33计量芯片的扩展板，能够对交流和直流电源进行测量，精度高达0.1%。STM32 Nucleo开发板或外部电源 (3.3V) 可对其供电。利用板载分流器实现电流测量功能。该连接器可通过CT测量电流大小。

数据手册：*附件：STMicroelectronics 基于STPM33的X-NUCLEO-PM33A1扩展板数据手册.pdf

STMicroelectronics推出的X-NUCLEO-PM33A1扩展板能够轻松接入任何STM32 Nucleo开发板，并且兼容Arduino^®^ UNO R3连接器引脚配置。用户可以叠加其他扩展板，用以评估适用于计量的多种器件。

特性

• 基于STPM33的计量扩展板
• 用于电能计量的专用IC，精度为0.1%
• 能够对交流和直流电源进行测量
• 兼容 STM32 Nucleo 板
• 配有Arduino UNO R3连接器
• 外部供电或通过Arduino UNO R3连接器供电
• 用于STPM33的全面开发固件库及示例（免费），与STM32Cube固件兼容
• 板载EEPROM，用于保存计量数据
• UART及SPI连接上的板载数字隔离器，使用户能够将STPM33器件与MCU隔离开来，从而对其进行测评
• 连接到STPM33的LED，用于查看直接来自器件的脉冲
• 用于外部CT连接的连接器
• 符合 RoHS 标准

功能框图

‌X-NUCLEO-PM33A1电能计量扩展板深度解析‌

‌1. 核心特性与设计架构‌

• ‌高精度计量‌：基于STPM33专用计量芯片，支持AC/DC电源测量，精度达0.1%，符合IEC 62053-2x、EN 504070-x等国际标准。
• ‌灵活扩展性‌：通过Arduino® UNO R3接口与STM32 Nucleo开发板（如NUCLEO-L476RG）兼容，支持多板堆叠评估。
• ‌隔离通信设计‌：集成STISO620/621数字隔离器，确保UART/SPI信号与MCU电气隔离，提升系统抗干扰能力。

‌2. STPM33计量芯片关键技术‌

• ‌混合信号处理架构‌：
  • ‌模拟前端‌：包含可编程增益放大器（PGA）和24位Σ-Δ ADC，支持Rogowski线圈、电流互感器或分流器传感器。
  • ‌数字处理单元‌：内置硬连线DSP，实时计算电压/电流RMS值、有功/无功功率及能量累计。
• ‌校准与配置‌：支持单点全动态范围校准，简化生产流程。

‌3. 硬件设计要点‌

• ‌电流测量方案‌：
  • 默认使用板上分流电阻（3mΩ），可选外接CT（电流互感器）接口。
  • 电压检测电路采用270kΩ分压电阻与22nF滤波电容组合（见原理图VIP1/VIN1路径）。
• ‌隔离电源设计‌：
  • 3.3V_ISO隔离电源域为STPM33供电，通过47nF去耦电容降低噪声。
  • SPI/UART隔离采用STISO620（双向）和STISO621（单向）芯片，信号速率达100Mbps。

4.设计验证与调试建议‌

• ‌信号完整性检查‌：
  • 使用示波器监测SPI时钟（PA5）上升时间，确保符合STPM33的25MHz最大频率限制。
  • 验证隔离电源纹波（目标＜50mVpp）。
• ‌校准流程‌：
  1. 施加额定电压/电流输入；
  2. 通过PC终端工具读取原始ADC值；
  3. 写入校准系数至STPM33配置寄存器。