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计量芯片HLW8110的典型应用
合力为小默 | 2019-07-17 15:43:59    阅读:1067   发布文章
计量芯片HLW8110的典型应用1    芯片介绍1.1 芯片描述

HLW8110是一款高精度的电能计量IC,它采用CMOS制造工艺,主要用于单相计量应用。它能够测量线电压和电流,并能计算有功功率,视在功率和功率因素。

该器件内部集成了二个∑-Δ型ADC和一个高精度的电能计量内核。输入通道支持灵活的PGA设置,因此HLW8110适合与不同类型的传感器使用,如电流互感器(CT)和低阻值分流器。

HLW8110电能计量IC采用3.3V或5.0V电源供电,内置3.579M振荡器,可以通过UART口进行数据通讯,波特率为9600bps,采用 8PIN的SOP封装。

1.2 特性描述

ü  免校准功能

ü  宽工作电压,支持3.3V和5.0V电源供电

ü  测量有功功率、视在功率、电压和电流有效值

ü  在5000:1的动态范围内,有功电能的测量误差<0.1%

ü  在3000:1的动态范围内,有功功率的测量误差<0.1%

ü  在1000:1的动态范围内,有效电压的测量误差<0.1%

ü  在1000:1的动态范围内,有效电流的测量误差<0.1%

ü  提供有功功率过载信号指示

ü  提供电压信号的过零检测、过压指示和欠压指示

ü  提供电流信号的过零检测,过流指示

ü  UART通讯方式

ü  SOP8封装

1.3 应用领域


 

ü  智能家电设备 

ü  漏电检测设备

ü  计量电表     

ü  计量插座

ü  WIFI插座

ü  充电桩

ü  PDU设备

ü  LED照明

ü  交通路灯


 

1.4 芯片管脚

HLW8110的典型应用01.png

 

脚序号

引脚名称

输入/输出

描述


IAP

模拟输入

电流通道A模拟输入。

2

IAN

模拟输入

电流通道A模拟输入。

3

VP

模拟输入

电压信号正输入端

4

GND

芯片地

芯片地

5

VREF

模拟输入/输出

通过该引脚可以使用片内基准电压,该引脚应通过一个0.1uF电容并联去藕

6

TX

输出

UART数据输出口,波特率固定是9600bps

7

RX

数字输入

UART数据输入口,波特率固定是9600bps

8

VDD

芯片电源

芯片电源,该引脚应通过一个0.1uF电容并联去藕

工作电压1:3.0-3.6V,建议使用3.3V

工作电压2:4.5V-5.5V ,建议使用5.0V

 

     2   硬件设计

2.1 原理图设计

下图是HLW8110的典型电路,外围电路简单,外围器件非常少,单路通道可用于检测负载设备的功率、电压、电流和用电量,通过UART或接口传输数据至MCU,HLW8110内部可以设置功率过载、电压过载和电流过载阀值,通过内部寄存器可以查询,并可以检测电压过零点。

  

HLW8110的典型应用02.png


2.2 电流采样电阻的选型

增益PGA

满量程输入信号(峰峰值)

满量信号(有效值)

采样电阻计算公式

采样电阻(MAX)

取整选型

(建议值)

1

800mV

565mV

 

 

R=(有效值/PGA)/Imax

 

18.8mR

15mR

2

400mV

282mV

9.4mR

8mR

4

200mV

141mV

4.7mR

4mR

8

100mV

70mV

2.3mR

2mR

16

50mV

35mV

1.1mR

1mR

说明:Imax表示最大测量电流,以上假定最大测量电流是30A,Imax = 30A

2.3 电压采样电阻

从图中可以看出电压信号通过5个0805封装的200K阻值的贴片电阻和1个1K的分压电阻串联后输入到HLW8110的VP引脚,以220V交流电压为例,

输入信号有效电压值是:220V*(1K/(5*200K + 1K))= 219.8mV

建议一般使用时电压通道的PGA设置为1。

2.4 电流系数和电压系数的计算方法2.4.1     电流系数K1的计算

HLW8110的典型应用16.png

2.4.2     电压系数K2的计算

HLW8110的典型应用--K2的计算.png

3   数据计算3.1 电流计算

HLW8110的典型应用05.png

 说明:X表示A通道或B通道,HLW8110只有A通道,所以,HLW8110的典型应用06.png

   

    K1:电流系数;

RmsIA:通道A的电流有效值,寄存器地址是:0x24H;

    RmsIAC:通道A的有效值转换系数,寄存器地址是:0x70H;

    如果计算出来的电流有效值 = 5.001,表示有效电流5.001A。

3.2 电压计算

HLW8110的典型应用07.png


K2:电压系数;

RmsU:电压通道的电压有效值,寄存器地址是:0x26H;

    RmsUC:电压通道有效值转换系数,寄存器地址是:0x72H;

如果计算出来的电流有效值 = 22088.9,表示有效电压220.889V。

3.3 有功功率计算

HLW8110的典型应用08.png

K1:电流系数,K2:电压系数

PowerPA:通道A有功功率有效值,寄存器地址是:0x2CH

    PowerPAC: 通道A有功功率转换系数,寄存器地址是:0x73H

如果计算出来的有功功率 = 100.9,表示有效电压100.9W

3.4 电能计算

HLW8110的典型应用09.png

K1:电流系数,K2:电压系数

EnergyPA:通道A有功电能有效值,寄存器地址是:0x28H

    EnergyPAC: 通道A有功电能转换系数,寄存器地址是:0x76H

    HFconst:脉冲频率寄存器,寄存器地址是:0x02H

如果计算出来的电能 = 2.9,表示电能 = 2.9度

3.5 线性频率计算

HLW8110的典型应用10.png


Ufreq:电压频率(L线),寄存器地址是:0x23H;

如果计算出来的频率 = 49.99,表示线性频率 = 49.99HZ。

3.6 相角计算

HLW8110的典型应用11.png

Angle:电流与电压之间的相角寄存器值,寄存器地址是:0x22H;

当线性频率50HZ时,采用公式1计算相角;当线性频率是60HZ时,采用公式2计算相角。

如果计算出来相角数据 = 25.12,表示相角 = 25.12度。

 

 

4   通讯方式

   HLW8110采用UART通讯方式,工作在从模式,半双工,固定波特率为9600bps,符合标准的UART协议。

    Uart口设置:9600bps,1位Start位,8位数据位,1位even偶校验位,1位stop位。

4.1 字节格式

HLW8110的典型应用12.png

 

HLW8110的典型应用13.png



4.2 指令说明4.2.1     读指令

读取02寄存器地址的数据:

1、发送数据:A5 02;

2、返回数据:10 00 48;

说明:

1、10 00 表示02地址的寄存器数据:0x1000;

2、48表示 A5 02 10 00 的CHECKSUM数据;

3、CHECKSUM计算:CHECKSUM = ~(A5+02 + 10 + 00),取低8位数据。

4.2.2     写指令

向02寄存器地址写入0x12和0x34数据:

1、发送数据:A5 82 12 34 92。

说明:

1、92表示 A5 82 12 34的CHECKSUM数据;

2、CHECKSUM计算:CHECKSUM = ~(A5+82 + 12 + 34),取低8位数据。

5   数据误差5.1 电流采样使用1mR采样电阻

下表是使用HLW8110的实际测量数据,采用1mR的采样电阻,最小测量电流在4-6mA左右。

HLW8110的典型应用14.png

5.2 电流采样使用5A/2.5mA,2000:1的互感器的采样数据

下表是使用HLW8110的实际测量数据,采用5V/2.5mA互感器作为电流采样,最小测量电流在1-3mA左右。

 

HLW8110的典型应用15.png


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廖工  2019-11-07 17:03:27 

资料很详细,已下载

张工001  2019-09-19 11:46:58 

非常不错的资料,期待再次分享

袁浅  2019-07-31 17:40:01 

资料蛮实用的,学习一下

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