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基于HLW8112的交流測量原理及校準(zhǔn)方法
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發(fā)布時間：2020-04-02 09:36
基于HLW8112的交流測量原理及校準(zhǔn)方法
---消費類電子產(chǎn)品篇
芯片介紹
HLW8112是一款高精度的電能計量IC,它采用CMOS制造工藝，該器件內(nèi)部集成了三個∑-Δ型ADC和一個高精度的電能計量內(nèi)核。
HLW8112用于單相交流應(yīng)用，也可以測量直流信號。
HLW8112可以通過多種通訊接口訪問片內(nèi)寄存器，包括SPI和UART。
HLW8112電能計量IC采用3.3V或5.0V電源供電，內(nèi)置振蕩器，采用16腳SSOP封裝。
交流典型應(yīng)用
HLW8112在HLW8110單通道基礎(chǔ)上增加一路電流檢測通道用于檢測設(shè)備漏電狀況。下圖是HLW8112的應(yīng)用電路，A通道用于檢測負(fù)載設(shè)備的功率、電壓、電流和用電量，通過UART或SPI接口傳輸數(shù)據(jù)至MCU，通過INT1引腳對過載和過壓等異常狀態(tài)進行指示。B通道通過電流互感器對負(fù)載設(shè)備進行漏電檢測，當(dāng)負(fù)載設(shè)備發(fā)生漏電時，會及時判斷出危險狀態(tài)，通過INT2快速切斷設(shè)備電源。
為什么需要校準(zhǔn)
HLW8112用于交流測量時，由于出廠做過交流信號的校準(zhǔn)，在對精度要求不是非常高的情況下，可以免校準(zhǔn)。
產(chǎn)品在涉及到計量收費，是一定要校準(zhǔn)的。
某些產(chǎn)品不涉及計費，但又要求精度和一致性比較好，比如要求1%的精度，或者一致性要求比較高，要求2%或3%以內(nèi)的一致性，也需要進行校準(zhǔn)。
以上圖為例，交流測量系統(tǒng)的誤差來源于以下幾個方面：
1、 電壓采樣電路：分壓電路器件參數(shù)引起的誤差；
2、 電流采樣電路:1mR電阻的誤差；
3、 HLW8112：內(nèi)部1.25V Vref參考電源和PGA增益誤差，包括電流PGA和電壓PGA。
為減少系統(tǒng)帶來的測量的誤差，需要對整個系統(tǒng)進行增益校準(zhǔn)。
如何校準(zhǔn)
校準(zhǔn)一共有2個部分，增益校準(zhǔn)和電量校準(zhǔn)，校準(zhǔn)完成后，需要將校準(zhǔn)得到的數(shù)據(jù)寫入EEPROM內(nèi)，等系統(tǒng)上電初始化時，從EEPROM內(nèi)讀取校準(zhǔn)數(shù)據(jù)，用于計算。
增益校準(zhǔn)
增益校準(zhǔn)是為了解決HLW8112內(nèi)部PGA的增益誤差，在進行增益校準(zhǔn)時，需要給系統(tǒng)輸入一個穩(wěn)定的負(fù)載，一般建議取量程的1/3。比如，如果測量220V/30A的系統(tǒng)，可以選取220V/10A作為輸入負(fù)載用于增益校準(zhǔn)。在增益校準(zhǔn)前，應(yīng)將offset 校準(zhǔn)的數(shù)據(jù)提前寫入RMSIAOS REG 和 PAOS REG。
電流的計算公式如下，K1表示電流系數(shù):
現(xiàn)在的電流有效值，是理論計算值，實際是這個值和10A是有一定偏差的。
那么我們在校準(zhǔn)時，需要增加一個系數(shù)D_CAL_A_I,叫做校準(zhǔn)電流系數(shù)，這個公式就更新為，將理論值和實際的偏差通過校準(zhǔn)電流系數(shù)建立起關(guān)系，
那么,在輸入220V/10A時，
這樣，我們就可以計算出校準(zhǔn)電流系數(shù)D_CAL_A_I。
同樣，功率的校準(zhǔn)和電流的校準(zhǔn)方法是相同的。
電量校準(zhǔn)
電量的計算公式如下:
同電流的校準(zhǔn)流程，實際電能的計算公式應(yīng)該如下:
D_CAL_A_E是校準(zhǔn)電能系數(shù);
以220V/10A負(fù)載為輸入信號，計算出1100W消耗0.01度電的時間:
T = (1W*3600S)/1100W = 32.73S;
為了節(jié)省校準(zhǔn)時間，可以減少統(tǒng)計電量的時間，比如統(tǒng)計0.001度電消耗的時間，那么,
小結(jié)
校準(zhǔn)完成后，需要重新上電，對HLW8112進行初始化，在配置完成功能寄存器后，需要讀取EEPROM內(nèi)存儲的數(shù)據(jù)，D_CAL_A_I、D_CAL_U、D_CAL_A_P和D_CAL_A_E。
電參數(shù)的計算公式更新為如下：
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