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基于HLW8110的交流测量原理及校准方法
许文工 | 2020-03-05 17:31:08    阅读:126   发布文章

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。

 

01.png

   

 

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。

02.png

            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:

03.png


      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,

04.png


      那么,在输入220V/10A时,

      

05.png


      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:

      06.png  , K1表示电流系数,K2表示电压系数;

黑龙江11选5       同电流的校准流程,实际电能的计算公式应该如下:

       07.png

      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,

08.png

 

通过以上公式,我们可以计算出09.png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:

 

10.png

 

 

 

 

 

 


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