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
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
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脚序号 |
引脚名称 |
输入/输出 |
描述 |
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IAP |
模拟输入 |
电流通道A模拟输入。 |
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2 |
IAN |
模拟输入 |
电流通道A模拟输入。 |
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3 |
VP |
模拟输入 |
电压信号正输入端 |
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4 |
GND |
芯片地 |
芯片地 |
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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 |
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6 |
TX |
输出 |
UART数据输出口,波特率固定是9600bps |
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7 |
RX |
数字输入 |
UART数据输入口,波特率固定是9600bps |
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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。
2.2 电流采样电阻的选型
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增益PGA |
满量程输入信号(峰峰值) |
满量程输入信号(有效值) |
采样电阻计算公式 |
采样电阻（MAX） |
取整选型 （建议值） |
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1 |
800mV |
565mV |
R=(有效值/PGA)/Imax
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18.8mR |
15mR |
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2 |
400mV |
282mV |
9.4mR |
8mR |
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4 |
200mV |
141mV |
4.7mR |
4mR |
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8 |
100mV |
70mV |
2.3mR |
2mR |
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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
2.4.2 电压系数K2的计算
3 数据计算3.1 电流计算
说明:X表示A通道或B通道，HLW8110只有A通道，所以,
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
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
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
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
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
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
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。
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。
