基于HLW8110的交流测量原理及校准方法
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来源： 电子发烧友
发布时间 ：2020-03-12 09:38
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。
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。
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:
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。
那么庄和闲在校准时，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，
那么,在输入220V/10A时 ，
这样，庄和闲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:
, K1表示电流系数,K2表示电压系数;
同电流的校准流程，实际电能的计算公式应该如下:
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,
通过以上公式，庄和闲可以计算出
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：
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