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基于HLW8112的交流测量原理及校准方法
许文工 | 2020-03-10 20:18:33    阅读:159   发布文章

基于HLW8112的交流测量原理及校准方法

                                                                              ---消费类电子产品篇

芯片介绍

HLW8112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。

HLW8112用于单相交流应用,也可以测量直流信号。

HLW8112可以通过多种通讯接口访问片内寄存器,包括SPI和UART。

HLW8112电能计量IC采用3。3V或5。0V电源供电,内置振荡器,采用16脚SSOP封装。

交流典型应用

HLW8112在HLW8110单通道基础上增加一路电流检测通道用于检测设备漏电状况。下图是HLW8112的应用电路,A通道用于检测负载设备的功率、电压、电流和用电量,通过UART或SPI接口传输数据至MCU,通过INT1引脚对过载和过压等异常状态进行指示。B通道通过电流互感器对负载设备进行漏电检测,当负载设备发生漏电时,会及时判断出危险状态,通过INT2快速切断设备电源。

   

01.png


 

为什么需要校准

HLW8112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、 HLW8112: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HLW8112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


       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

 

小结

校准完成后,需要重新上电,对HLW8112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:

  

09.png

 

 

 

 

 


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