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計量芯片HLW8110的典型應(yīng)用
作者： hiliwi
來源：
發(fā)布時間：2020-03-19 09:17
計量芯片HLW8110的典型應(yīng)用1 芯片介紹1.1 芯片描述
HLW8110是一款高精度的電能計量IC,它采用CMOS制造工藝，主要用于單相計量應(yīng)用。它能夠測量線電壓和電流，并能計算有功功率，視在功率和功率因素。
該器件內(nèi)部集成了二個∑-Δ型ADC和一個高精度的電能計量內(nèi)核。輸入通道支持靈活的PGA設(shè)置，因此HLW8110適合與不同類型的傳感器使用，如電流互感器（CT）和低阻值分流器。
HLW8110電能計量IC采用3.3V或5.0V電源供電，內(nèi)置3.579M振蕩器，可以通過UART口進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊，波特率為9600bps，采用 8PIN的SOP封裝。
1.2 特性描述
ü 免校準(zhǔn)功能
ü 寬工作電壓，支持3.3V和5.0V電源供電
ü 測量有功功率、視在功率、電壓和電流有效值
ü 在5000：1的動態(tài)范圍內(nèi)，有功電能的測量誤差<0.1%
ü 在3000：1的動態(tài)范圍內(nèi)，有功功率的測量誤差<0.1%
ü 在1000：1的動態(tài)范圍內(nèi)，有效電壓的測量誤差<0.1%
ü 在1000：1的動態(tài)范圍內(nèi)，有效電流的測量誤差<0.1%
ü 提供有功功率過載信號指示
ü 提供電壓信號的過零檢測、過壓指示和欠壓指示
ü 提供電流信號的過零檢測，過流指示
ü UART通訊方式
ü SOP8封裝
ü 智能家電設(shè)備
ü 漏電檢測設(shè)備
ü 計量電表
ü 計量插座
ü WIFI插座
ü 充電樁
ü PDU設(shè)備
ü LED照明
ü 交通路燈
1.4 芯片管腳
|
腳序號 |
引腳名稱 |
輸入/輸出 |
描述 |
|
IAP |
模擬輸入 |
電流通道A模擬輸入。 |
|
|
2 |
IAN |
模擬輸入 |
電流通道A模擬輸入。 |
|
3 |
VP |
模擬輸入 |
電壓信號正輸入端 |
|
4 |
GND |
芯片地 |
芯片地 |
|
5 |
VREF |
模擬輸入/輸出 |
通過該引腳可以使用片內(nèi)基準(zhǔn)電壓，該引腳應(yīng)通過一個0.1uF電容并聯(lián)去藕 |
|
6 |
TX |
輸出 |
UART數(shù)據(jù)輸出口,波特率固定是9600bps |
|
7 |
RX |
數(shù)字輸入 |
UART數(shù)據(jù)輸入口,波特率固定是9600bps |
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8 |
VDD |
芯片電源 |
芯片電源，該引腳應(yīng)通過一個0.1uF電容并聯(lián)去藕 工作電壓1:3.0-3.6V,建議使用3.3V 工作電壓2:4.5V-5.5V ,建議使用5.0V |
2 硬件設(shè)計
2.1 原理圖設(shè)計
下圖是HLW8110的典型電路，外圍電路簡單，外圍器件非常少，單路通道可用于檢測負(fù)載設(shè)備的功率、電壓、電流和用電量，通過UART或接口傳輸數(shù)據(jù)至MCU，HLW8110內(nèi)部可以設(shè)置功率過載、電壓過載和電流過載閥值，通過內(nèi)部寄存器可以查詢，并可以檢測電壓過零點。
2.2 電流采樣電阻的選型
|
增益PGA |
滿量程輸入信號(峰峰值) |
滿量程輸入信號(有效值) |
采樣電阻計算公式 |
采樣電阻（MAX） |
取整選型 （建議值） |
|
1 |
800mV |
565mV |
R=(有效值/PGA)/Imax
|
18.8mR |
15mR |
|
2 |
400mV |
282mV |
9.4mR |
8mR |
|
|
4 |
200mV |
141mV |
4.7mR |
4mR |
|
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8 |
100mV |
70mV |
2.3mR |
2mR |
|
|
16 |
50mV |
35mV |
1.1mR |
1mR |
說明:Imax表示最大測量電流，以上假定最大測量電流是30A，Imax = 30A
2.3 電壓采樣電阻
從圖中可以看出電壓信號通過5個0805封裝的200K阻值的貼片電阻和1個1K的分壓電阻串聯(lián)后輸入到HLW8110的VP引腳，以220V交流電壓為例，
輸入信號有效電壓值是：220V*（1K/(5*200K + 1K)）= 219.8mV
建議一般使用時電壓通道的PGA設(shè)置為1。
2.4 電流系數(shù)和電壓系數(shù)的計算方法2.4.1 電流系數(shù)K1的計算
2.4.2 電壓系數(shù)K2的計算
3 數(shù)據(jù)計算3.1 電流計算
說明:X表示A通道或B通道，HLW8110只有A通道，所以,
K1:電流系數(shù)；
RmsIA:通道A的電流有效值，寄存器地址是：0x24H；
RmsIAC:通道A的有效值轉(zhuǎn)換系數(shù)，寄存器地址是：0x70H；
如果計算出來的電流有效值 = 5.001，表示有效電流5.001A。
3.2 電壓計算
K2:電壓系數(shù)；
RmsU：電壓通道的電壓有效值，寄存器地址是：0x26H；
RmsUC:電壓通道有效值轉(zhuǎn)換系數(shù)，寄存器地址是：0x72H；
如果計算出來的電流有效值 = 22088.9，表示有效電壓220.889V。
3.3 有功功率計算
K1:電流系數(shù),K2:電壓系數(shù)
PowerPA：通道A有功功率有效值，寄存器地址是：0x2CH
PowerPAC: 通道A有功功率轉(zhuǎn)換系數(shù)，寄存器地址是：0x73H
如果計算出來的有功功率 = 100.9，表示有效電壓100.9W
3.4 電能計算
K1:電流系數(shù),K2:電壓系數(shù)
EnergyPA：通道A有功電能有效值，寄存器地址是：0x28H
EnergyPAC: 通道A有功電能轉(zhuǎn)換系數(shù)，寄存器地址是：0x76H
HFconst:脈沖頻率寄存器，寄存器地址是：0x02H
如果計算出來的電能 = 2.9，表示電能 = 2.9度
3.5 線性頻率計算
Ufreq:電壓頻率(L線)，寄存器地址是：0x23H；
如果計算出來的頻率 = 49.99，表示線性頻率 = 49.99HZ。
3.6 相角計算
Angle:電流與電壓之間的相角寄存器值，寄存器地址是：0x22H；
當(dāng)線性頻率50HZ時，采用公式1計算相角;當(dāng)線性頻率是60HZ時，采用公式2計算相角。
如果計算出來相角數(shù)據(jù) = 25.12，表示相角 = 25.12度。
4 通訊方式
HLW8110采用UART通訊方式，工作在從模式，半雙工，固定波特率為9600bps，符合標(biāo)準(zhǔn)的UART協(xié)議。
Uart口設(shè)置：9600bps,1位Start位，8位數(shù)據(jù)位，1位even偶校驗位，1位stop位。
4.1 字節(jié)格式
4.2 指令說明4.2.1 讀指令
讀取02寄存器地址的數(shù)據(jù)：
1、發(fā)送數(shù)據(jù):A5 02;
2、返回數(shù)據(jù):10 00 48;
說明:
1、10 00 表示02地址的寄存器數(shù)據(jù):0x1000;
2、48表示 A5 02 10 00 的CHECKSUM數(shù)據(jù);
3、CHECKSUM計算：CHECKSUM = ~（A5+02 + 10 + 00）,取低8位數(shù)據(jù)。
4.2.2 寫指令
向02寄存器地址寫入0x12和0x34數(shù)據(jù):
1、發(fā)送數(shù)據(jù)：A5 82 12 34 92。
說明：
1、92表示 A5 82 12 34的CHECKSUM數(shù)據(jù)；
2、CHECKSUM計算：CHECKSUM = ~（A5+82 + 12 + 34）,取低8位數(shù)據(jù)。
5 數(shù)據(jù)誤差5.1 電流采樣使用1mR采樣電阻
下表是使用HLW8110的實際測量數(shù)據(jù)，采用1mR的采樣電阻，最小測量電流在4-6mA左右。
5.2 電流采樣使用5A/2.5mA,2000:1的互感器的采樣數(shù)據(jù)
下表是使用HLW8110的實際測量數(shù)據(jù)，采用5V/2.5mA互感器作為電流采樣，最小測量電流在1-3mA左右。
關(guān)鍵詞：
2020-08-06
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