基于HLW8110的交流测量原理及校准方法

                                                                              ---消费类电子产品篇

芯片介绍

HLW8110是一款高精度的电能计量IC,它采用CMOS制造工艺，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。

HLW8110用于单相交流应用，也可以测量直流信号。

HLW8110采用UART通讯接口访问片内寄存器。

HLW8110电能计量IC采用3.3V或5.0V电源供电，内置振荡器，采用SOP8封装。

交流典型应用

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。

为什么需要校准

HLW8110用于交流测量时，由于出厂做过交流信号的校准，在对精度要求不是非常高的情况下，可以免校准。

      产品在涉及到计量收费，是一定要校准的。

      某些产品不涉及计费，但又要求精度和一致性比较好，比如要求1%的精度，或者一致性要求比较高，要求2%或3%以内的一致性，也需要进行校准。

以上图为例，交流测量系统的误差来源于以下几个方面：

1、 电压采样电路：分压电路器件参数引起的误差；

2、 电流采样电路:1mR电阻的误差；

3、 HLW8110：内部1.25V Vref参考电源和PGA增益误差，包括电流PGA和电压PGA。

为减少系统带来的测量的误差，需要对整个系统进行增益校准。

如何校准

      校准一共有2个部分，增益校准和电量校准，校准完成后，需要将校准得到的数据写入EEPROM内，等系统上电初始化时，从EEPROM内读取校准数据，用于计算。

            增益校准

      增益校准是为了解决HLW8110内部PGA的增益误差，在进行增益校准时，需要给系统输入一个稳定的负载，一般建议取量程的1/3。比如，如果测量220V/30A的系统，可以选取220V/10A作为输入负载用于增益校准。在增益校准前，应将offset 校准的数据提前写入RMSIAOS REG 和 PAOS REG。

      电流的计算公式如下，K1表示电流系数:

      现在的电流有效值，是理论计算值，实际是这个值和10A是有一定偏差的。

那么我们在校准时，需要增加一个系数D_CAL_A_I,叫做校准电流系数，这个公式就更新为，将理论值和实际的偏差通过校准电流系数建立起关系，

      那么,在输入220V/10A时，

      这样，我们就可以计算出校准电流系数D_CAL_A_I。

      同样，功率的校准和电流的校准方法是相同的。

      电量校准

      电量的计算公式如下:

        , K1表示电流系数,K2表示电压系数;

       同电流的校准流程，实际电能的计算公式应该如下:

      D_CAL_A_E是校准电能系数;

      以220V/10A负载为输入信号，计算出1100W消耗0.01度电的时间:

T = (1W*3600S)/1100W = 32.73S;

为了节省校准时间，可以减少统计电量的时间，比如统计0.001度电消耗的时间，那么,

通过以上公式，我们可以计算出的值，并存入EERPOM内。

小结

校准完成后，需要重新上电，对HLW8110进行初始化，在配置完成功能寄存器后，需要读取EEPROM内存储的数据，D_CAL_A_I、D_CAL_U、D_CAL_A_P和D_CAL_A_E。

电参数的计算公式更新为如下：

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