计量芯片HLW8112典型应用设计

HLW8112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。

该器件内部集成了三个∑-Δ型ADC和一个高精度的电能计量内核。第二路通道可同时测量零线电流，支持窃电检测和漏电检测。各输入通道都支持灵活的PGA设置，因此HLW8112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。

HLW8112可以通过多种通讯接口访问片内寄存器，包括SPI和UART。

HLW8112包含两个可配置的脉冲输出引脚，可以通过INT1和INT2引脚获取过流、过压、过零和漏电检测等功能。

HLW8112电能计量IC采用3.3V或5.0V电源供电，内置振荡器，采用16脚SSOP封装。

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/SPI通讯方式

ü  SSOP16封装

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

HLW8112在HLW8110单通道基础上增加一路电流检测通道用于检测设备漏电状况。下图是HLW8112的应用电路，A通道用于检测负载设备的功率、电压、电流和用电量，通过UART或SPI接口传输数据至MCU，通过INT1引脚对过载和过压等异常状态进行指示。B通道通过电流互感器对负载设备进行漏电检测，当负载设备发生漏电时，会及时判断出危险状态，通过INT2快速切断设备电源。

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

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.

电流系数和电压系数的计算方法

HLW8112电流通道B还可以作为比较器的信号输入，当输入信号的峰峰值超过内部比较器设定的阈值125mV，比较器就会输出高电平，比较器输出的信号可通过INT1/INT2 以中断方式输出。

当B通道用作漏电检测通道使用时，需关闭B通道的电流检测开关，使能比较器功能。

当输入B通道的电压信号大于250mV（正负125mV峰峰值）时，HLW8112会产生一个中断信号，用于漏电提醒功能，反应时间约在30ms左右。

芯片内部两个比较器分别检测正半波与负半波，比较器的比较电压VIH-VIL=250mV，漏电计算公式如下：

N表示线圈的砸数比，I表示设置的漏电电流，那么理论计算值如下：

    说明:X表示A通道或B通道;

    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;  

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;

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;

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;

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;

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。

    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。

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。

向02寄存器地址写入0x12和0x34数据:

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。

当HLW8112的SPIEN引脚接高电平时，HLW8112为SPI通讯方式。

SPI是四线制：SCSN、SDI、SDO和SCLK，包括一个读寄存器RDATA和一个写寄存器WDATA。所用数据传输错作均与SLCK同步，HLW8112在上升沿将数据从SDO引脚输出，在下降沿从SDI引脚读取数据。在SCSN为低期间，能够对寄存器进行连续读写操作。在SPI操作期间如果当两个SCLK上升沿超过9.15ms时复位SPI模块。

主机在SCSN 有效后，先通过SPI 写入命令字节，HLW8112收到读命令后，在SCLK 的上升沿将数据按位从SDO 引脚输出。注意：

1、以字节为单位传输，高比特在前，低比特在后；

2、多字节寄存器，先输出高字节内容，再传输低字节内容；

3、主机在SCLK 上升沿写命令字节，从机在SCLK 上升沿将数据从SDO 输出；

主机在SCSN有效后，先通过SPI写入命令字节，再写入数据字节。注意:

1，以字节为单位传输，高比特在前，低比特在后；

2，多字节寄存器，先传输高字节内容，再传输低字节内容；

3，主机在SCLK上升沿写数据，从机在SCLK下降沿读取数据；

4，数据字节之间的时间t1要大于等于半个SCLK周期；

5，最后一个字节的LSB传送完毕，SCSN由低变高结束数据传输。SCLK下降沿和SCSN上升沿之间的时间t2要大于等于半个SCLK周期。

注意：有写保护功能的寄存器在写操作之间要先写入写使能命令。

读取02寄存器地址的数据：

1、发送数据:02;

2、返回数据:10 00;

说明:

10 00 表示02地址的寄存器数据:0x1000;

向02寄存器地址写入0x12和0x34数据:

发送数据：82 12 34;

12 34 表示写入02地址的寄存器的数据

下表是使用HLW8112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。

下表是使用HLW8112的实际测量数据，采用5A/2.5mA互感器作为电流采样，最小测量电流在1-3mA左右。

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