基于功率计量芯片HLW8012计量插座方案
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【概要描述】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
基于功率计量芯片HLW8012计量插座方案
【概要描述】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
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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。
图3 电能计量电路
电流信号是通过锰铜电阻(R29,2mΩ)对负载的电流进行采样,信号量小于30.9mV;电压信号是通过电阻网络(R21, R22, R23, R24, R26)对交流电压进行分压采样,信号量小于495mV。锰铜电阻的接法:一端与GND连接,另一端与负载连接。
3、控制器与电能计量芯片连接
MCU使用HLW7031,CF、CF1引脚连接HLW7031外部中断引脚,SEL引脚连接普通IO口。CF引脚用于测量功率,电量值,CF1引脚配合SEL引脚用于测量电压、电流有效值。
图4 MCU与电能计量芯片连接
4、显示模块电路
显示模块使用HT1621作为显示驱动,HT1621可以驱动4*32段,可以满足不同屏的要求,同时HT1621可以驱动无源蜂鸣器,用于提示按键或者警告。
图5 显示驱动电路
5、时钟模块电路
时钟模块选用实时时钟芯片DS1302,一种高性能、低功耗、带RAM的电路,它可以对年、月、日、周日、时、分、秒进行计时,具有闰年补偿功能。采用三线接口与CPU进行同步通信。使用5V供电,DS1302的VCC1端接3V锂电池,用于保持时钟计时。
图6 实时时钟电路
6、继电器控制电路
为了方便电源电路的设计,选用5V的继电器,控制负载的火线闭合与关断。继电器的闭合与关断通过MCU控制三极管来实现。二极管D4防止继电器反向电动势对三极管Q1的损坏。
图7 继电器控制电路
7、按键电路
按键电路部分一共有3个按键:开/关键,向上,向下键。开/关键可以控制继电器的闭合与关断;向上,向下键主要用于设置时的数字调整。
图8 按键电路
8、电能计量部分PCB Layout注意事项
(1)芯片电源引脚处的去耦电容尽量靠近芯片的引脚。
(2)电压通道电阻分压网络,应呈阶梯式分布,逐渐降压,从输入端高压直至计量芯片的取样电压,注意电阻之间的爬电距离。
(3)电流采样电阻的地线应和其它地线分开布线,以最短路径走线到主板参考地线输入端(如零线),减少对采样信号的干扰。
(4)采样信号线走线要平行且靠近,尽量缩短布线,减小对采样信号的干扰。
(5)芯片的地线要能够快速回到电源输入端压敏电阻的地上,减小地线对计量芯片的干扰。
(6)电源走线不要走成环形,环形的电源走线容易受外界的电磁场干扰。
(7)电压取样布线要和锰铜取样布线隔一定距离,以免相互干扰。
(8)所有引线不宜太长,尤其是PCB装配固定后,所有引线不能直接接触计量芯片及其它外围电路。确实无法避免时,所有导线应分组加黄蜡套管,提高绝缘度。
链接:www.hiliwi.com
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