基于HLW8110的交流測(cè)量原理及校準(zhǔn)方法
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來源： 電子發(fā)燒友
發(fā)布時(shí)間：2020-03-12 09:38
基于HLW8110的交流測(cè)量原理及校準(zhǔn)方法
---消費(fèi)類電子產(chǎn)品篇
芯片介紹
HLW8110是一款高精度的電能計(jì)量IC,它采用CMOS制造工藝，該器件內(nèi)部集成了三個(gè)∑-Δ型ADC和一個(gè)高精度的電能計(jì)量內(nèi)核。
HLW8110用于單相交流應(yīng)用，也可以測(cè)量直流信號(hào)。
HLW8110采用UART通訊接口訪問片內(nèi)寄存器。
HLW8110電能計(jì)量IC采用3.3V或5.0V電源供電，內(nèi)置振蕩器，采用SOP8封裝。
交流典型應(yīng)用
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(cè)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(cè)電壓過零點(diǎn)。
為什么需要校準(zhǔn)
HLW8110用于交流測(cè)量時(shí)，由于出廠做過交流信號(hào)的校準(zhǔn)，在對(duì)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(jì)量收費(fèi)，是一定要校準(zhǔn)的。
某些產(chǎn)品不涉及計(jì)費(fèi)，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(jìn)行校準(zhǔn)。
以上圖為例，交流測(cè)量系統(tǒng)的誤差來源于以下幾個(gè)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、 HLW8110：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(cè)量的誤差，需要對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行增益校準(zhǔn)。
如何校準(zhǔn)
校準(zhǔn)一共有2個(gè)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(shí)，從EEPROM內(nèi)讀取校準(zhǔn)數(shù)據(jù)，用于計(jì)算。
增益校準(zhǔn)
增益校準(zhǔn)是為了解決HLW8110內(nèi)部PGA的增益誤差，在進(jìn)行增益校準(zhǔn)時(shí)，需要給系統(tǒng)輸入一個(gè)穩(wěn)定的負(fù)載，一般建議取量程的1/3。比如，如果測(cè)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(jì)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(jì)算值，實(shí)際是這個(gè)值和10A是有一定偏差的。
那么我們?cè)谛?zhǔn)時(shí)，需要增加一個(gè)系數(shù)D_CAL_A_I,叫做校準(zhǔn)電流系數(shù)，這個(gè)公式就更新為，將理論值和實(shí)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(shí)，
這樣，我們就可以計(jì)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(jì)算公式如下:
, K1表示電流系數(shù),K2表示電壓系數(shù);
同電流的校準(zhǔn)流程，實(shí)際電能的計(jì)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(hào)，計(jì)算出1100W消耗0.01度電的時(shí)間:
T = (1W*3600S)/1100W = 32.73S;
為了節(jié)省校準(zhǔn)時(shí)間，可以減少統(tǒng)計(jì)電量的時(shí)間，比如統(tǒng)計(jì)0.001度電消耗的時(shí)間，那么,
通過以上公式，我們可以計(jì)算出
的值，并存入EERPOM內(nèi)。
小結(jié)
校準(zhǔn)完成后，需要重新上電，對(duì)HLW8110進(jìn)行初始化，在配置完成功能寄存器后，需要讀取EEPROM內(nèi)存儲(chǔ)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(jì)算公式更新為如下：
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