基于HLW8012的智能節(jié)能插座設(shè)計(jì)

一、智能插座方案主芯片HLW8012 介紹

HLW8012 為插座廠家和智能家居廠家提供了一個(gè)高度精確且成本低廉的電能測量解決方案。該集成芯片專為住宅用單相電能表或智能插座設(shè)計(jì)，可精確測量電流有效值IRMS 和電壓有效值VRMS、有功功率和電量。

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HLW8012 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)

HLW8012 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖1 所示。它由2 個(gè)可編程增益放大器、2 個(gè)Δ-Σ調(diào)制器、配套的高速濾波器、功率計(jì)算、功率監(jiān)測、串行接口及相應(yīng)功能寄存器等組成。兩個(gè)可編程放大器采集電壓和電流數(shù)據(jù)，Δ-Σ調(diào)制器對模擬量采樣處理，濾取可用電壓、電流數(shù)字信號，并將計(jì)算的功率值、電壓有效值和電流有效值通過脈沖指示方式對外輸出。

二、 芯片HLW8012 工作原理

HLW8012 的V1P 和V1N 引腳輸入電流信號波，電流通道集成一個(gè)固定增益放大器，允許的最大差分輸入信號為±43.75mV;電壓通道允許的最大輸入信號是±700mV.HLW8012 可以使用低成本的錳銅采樣電阻或電流互感器來測量電流，并使用分壓電阻或電壓互感器來測量電壓，其芯片的脈沖輸出頻率與有功能量成正比。

三、HLW8012 的主要特性

· 高頻脈沖CF,指示有功功率，滿足50/60Hz IEC 687/1036 標(biāo)準(zhǔn)的準(zhǔn)確度要求，在1000:1范圍內(nèi)達(dá)到±0.2%的精度。

· 高頻脈沖CF1,可配置成為輸出電流有效值或者電壓有效值，在500:1 范圍內(nèi)達(dá)到±0.5%的精度。

· 內(nèi)置電源監(jiān)控電路，當(dāng)電源電壓低到4V 時(shí)，芯片進(jìn)入復(fù)位狀態(tài)。

· 內(nèi)置2.43V 的電壓參考源。

· 5V 單電源供電，工作電流小于3mA.

· SOP8 封裝

圖2 為智能節(jié)能插座的功能框圖，由電源模塊、主控制器模塊、電能信號采集電路、無線通信模塊組成。圖為智能節(jié)能插座的功能框圖，由電源模塊、主控制器模塊、電能信號采集電路、無線通信模塊組成。主控器為NEC 的9234,為消除串行通訊波特率誤差，晶振設(shè)為11.0592M.電源部分采用AC-DC 電路，由220V 轉(zhuǎn)為12V,再經(jīng)穩(wěn)壓芯片轉(zhuǎn)換成5V 給主控MCU NEC9234,電能計(jì)量IC HLW8012 和繼電器提供電源。由于現(xiàn)在的無線模塊大多采用3.3V的工作電源，所以5V 電源需經(jīng)DC-DC 降壓為3.3V 后，提供給WIFI 無線模塊，如定時(shí)開關(guān)，過載報(bào)警等。

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智能節(jié)能插座的功能框圖

1 電源電路

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智能插座電源電路

電源電路有兩路，一路是將交流220V 經(jīng)AC-DC 轉(zhuǎn)換成12V 電源，采用SY50103 芯片，可以提供1A 的電流，紋波控制在100mV 以內(nèi)。開關(guān)電源的優(yōu)勢在于功率小、轉(zhuǎn)換效益高，同時(shí)體積也小，適合放入較小體積的插座內(nèi)。開關(guān)電源電路圖如下圖所示：繼電器選用12V 10A 繼電器，12V 繼電器相比5V 繼電器的成本要低一些。由于主控制器和電能計(jì)量IC 需提供5V 電源，而無線WIFI 模塊采用是3.3V 電源供電，所以12V 電源出來之后，又分為兩路，一路使用穩(wěn)壓芯片78L05,將電源降到5V,給MCU 和HLW8012 提供電源;另一路采用DC-DC 芯片，將12V 轉(zhuǎn)為3.3V 給無線模塊提供電源。