基于功率计量芯片HLW8012计量插座方案

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2014-12-10

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　　随着家用电器使用越来越多，能源消耗越来越大，尤其是由于人为习惯造成的待机功耗浪费更大。面对生活更加便利、电器更加智能、更加节能的要求，节能智能插座成为现在最有效提高人们生活品质、解决节能问题的方法，计量插座是其中一种节能插座。

　　一、引言

　　随着家用电器使用越来越多，能源消耗越来越大，尤其是由于人为习惯造成的待机功耗浪费更大。面对生活更加便利、电器更加智能、更加节能的要求，节能智能插座成为现在最有效提高人们生活品质、解决节能问题的方法，计量插座是其中一种节能插座。本方案使用深圳市合力为科技的功率计量芯片HLW8012设计。本文主要介绍计量插座的原理及硬件设计。

　　二、计量插座原理

　　1、计量插座方案结构图

　　计量插座主要包括6个部分：电源管理模块、功率计量模块、主控制器模块、显示模块、继电器模块及按键模块。如图1所示。

　　图1 计量插座方案结构框图

　　2、模块说明

　　(1)电源管理模块：非隔离电源。提供功率计量、主控制器、显示模块的工作电压;

　　(2)功率计量模块：计量芯片HLW8102采样电流、电压，计算电量、功率、电压、电流;

　　(3)主控制器模块：从功率计量模块获取功率、电量、电流、电压值;将数据送到显示模块;接收按键输入;

　　(4)显示模块：显示当前功率、电量、电压、电流，时钟等;

　　(5)按键模块：输入指令，设置各个定时;

　　(6)继电器模块：控制插座插孔电源关闭及打开;

　　(7)时钟模块：显示当前时钟，并提供时间数据给MCU，用于定时操作继电器闭合或切断;

　　三、计量插座硬件设计

　　计量插座硬件设计相对应于结构框图，有6部分模块电路：电源管理电路、功率计量电路、显示模块电路、继电器控制电路、时钟电路及按键。

　　1、电源管理电路

　　使用LNK304设计的AC-DC非隔离电源，L与N分别是交流火线与零线，以零线作为地线。此电路无需变压器，稳压5V，可以提供150mA左右的电流，能够保证在AC85V~265V的交流范围内，实现稳定的电压输出，纹波也很小，在50mV左右。此电源为所有模块提供工作电压。

　　图2 AC-DC非隔离电源

　　2、电能计量电路

　　电源计量电路使用HLW8012实现，功率、电压、电流等数据通过CF、CF1引脚以脉冲的方式输出。CF脚输出的脉冲频率大小即表示有功功率值，CF输出的脉冲个数表示的是用电量的信息。当SEL为高电平时，CF1输出的脉冲频率表示电压有效值，当SEL为低电平时，CF1输出的是电流有效值。HLW8012集成内置振荡器、参考电源，外围简单，包括电流、电压的采样。