探索電能計(jì)量芯片的跨行業(yè)多元應(yīng)用

1引言

隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的蓬勃發(fā)展，電能計(jì)量芯片已不再局限于傳統(tǒng)電表領(lǐng)域，而是擴(kuò)展到各類(lèi)智能產(chǎn)品領(lǐng)域，涵蓋WIFI插座、電動(dòng)汽車(chē)充電樁、光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)、智能交通信號(hào)燈以及火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)等。這些智能設(shè)備通過(guò)集成電能計(jì)量芯片，實(shí)現(xiàn)了對(duì)電能參數(shù)的精確監(jiān)控，從而提升了能源管理的效率和準(zhǔn)確性。

圖 1 

2功率計(jì)量芯片的應(yīng)用場(chǎng)景

2.1智能電網(wǎng)

智能電表方案通常配備先進(jìn)的通信模塊，包括4G、Wi-Fi、ZigBee和RF等技術(shù)，這些模塊使得電能使用數(shù)據(jù)能夠被遠(yuǎn)程傳輸至電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商，便于進(jìn)行數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)監(jiān)控和管理，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程抄表和數(shù)據(jù)監(jiān)控，電表芯片則可以監(jiān)測(cè)電網(wǎng)狀態(tài)，如電壓波動(dòng)、頻率偏差等，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并報(bào)告電網(wǎng)異常，提高電網(wǎng)的可靠性和穩(wěn)定性。

圖 2 HLW8112 智能電表應(yīng)用

使用HLW8112的智能電表方案可以實(shí)現(xiàn)用戶(hù)端的電能、功率、電壓、電流和電網(wǎng)頻率等基本參數(shù)的計(jì)算，通過(guò)測(cè)量50HZ的交流波形數(shù)據(jù)，可以對(duì)電網(wǎng)質(zhì)量進(jìn)行監(jiān)測(cè)，了解電網(wǎng)線(xiàn)路的狀態(tài)，采用雙通道測(cè)量電流時(shí)，還能實(shí)現(xiàn)防竊電功能。

2.2智能家居

電能計(jì)量芯片在智能家居行業(yè)中的應(yīng)用非常廣泛，它們可以精確測(cè)量和監(jiān)控家庭中的電能消耗，此外，人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)算法的集成，有望進(jìn)一步提升電能計(jì)量系統(tǒng)的預(yù)測(cè)分析、異常檢測(cè)和能源優(yōu)化等能力，以下是一些具體的應(yīng)用場(chǎng)景。

2.2.1智能插座

智能插座是一種可以遠(yuǎn)程控制家用電器的電源插頭，它通常通過(guò)Wi-Fi或藍(lán)牙與智能設(shè)備（如智能手機(jī)、平板電腦）連接。智能插座使用戶(hù)能夠隨時(shí)隨地控制插座上的電器，即使不在家也能通過(guò)應(yīng)用程序?qū)ζ溥M(jìn)行開(kāi)關(guān)、定時(shí)和定量控制。

下圖是計(jì)量芯片HLW8032在WIFI PLUG的應(yīng)用框路，HLW8032采用的單口UART的傳輸方式，相較于雙口的UART，可以節(jié)省一個(gè)光藕，HLW8032還具有免校準(zhǔn)功能，在生產(chǎn)環(huán)節(jié)，可以省去復(fù)雜的校準(zhǔn)工序，降低成本，簡(jiǎn)化應(yīng)用。

圖 3 HLW8032 WIFI PLUG 應(yīng)用

2.2.2 節(jié)能插座

節(jié)電插座是傳統(tǒng)插座的轉(zhuǎn)型升級(jí)，在傳統(tǒng)插座上增加檢測(cè)裝置（智能芯片），節(jié)電插座通過(guò)智能芯片和程序軟件，對(duì)家用電器的運(yùn)行狀況進(jìn)行監(jiān)控，當(dāng)電器處于待機(jī)時(shí)智能啟動(dòng)終端關(guān)閉裝置切斷電源，運(yùn)行時(shí)能自動(dòng)接通相關(guān)電源，給用戶(hù)帶來(lái)極大的方便和安全，將待機(jī)能耗降為零。HLW8012可以應(yīng)用于低成本的節(jié)能插座方案，HLW8012的作用是檢測(cè)主控插座的功率，當(dāng)主控插作的功率低于待機(jī)功率時(shí)，繼電器會(huì)斷開(kāi)副控插座的供電電源，達(dá)到節(jié)省功耗的目的。

2.2.3 智能電熱毯

下圖為HLW8110芯片電熱毯等應(yīng)用設(shè)計(jì)，其典型電路簡(jiǎn)潔，僅需要少量外圍器件。HLW8110可以測(cè)量任意波形，能夠精確監(jiān)測(cè)并計(jì)算負(fù)載設(shè)備的功率、電壓、電流和能耗，并將這些數(shù)據(jù)通過(guò)UART傳輸至微控制器單元（MCU）。此外，HLW8110允許用戶(hù)在芯片內(nèi)部設(shè)定功率、電壓和電流的過(guò)載閾值，以增強(qiáng)系統(tǒng)的安全性和可靠性。

圖 4 HLW8110 智能電熱毯應(yīng)用

2.3智慧照明系統(tǒng)

智慧照明系統(tǒng)融合了現(xiàn)代信息技術(shù)，提供了一種創(chuàng)新的照明控制方案。以智慧路燈為例，該系統(tǒng)利用傳感器、控制器和通信技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了照明設(shè)備的自動(dòng)化管理和控制，提高了能源效率和系統(tǒng)的整體可靠性，計(jì)量芯片HLW8012在系統(tǒng)中的作用有以下兩點(diǎn)：

1、數(shù)據(jù)采集：利用自組網(wǎng)連接電壓或者電流傳感器，通過(guò)電能計(jì)量芯片實(shí)時(shí)采集照明系統(tǒng)電流、電壓、功率因素等數(shù)據(jù)變化，實(shí)時(shí)檢測(cè)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài);

2、電路過(guò)載保護(hù)：通過(guò)計(jì)量芯片實(shí)時(shí)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，保證負(fù)載處于合理范圍內(nèi)，防止由于過(guò)高電壓或者電流照成了整個(gè)路燈系統(tǒng)故障。

2.4電動(dòng)汽車(chē)充電槍

隨著新能源汽車(chē)的普及，電動(dòng)汽車(chē)充電槍逐漸成為我們生活中不可或缺的一部分，而在這背后，電能計(jì)量芯片作為充電槍的智能“心臟”，扮演著至關(guān)重要的角色。

HLW8112芯片配備了兩個(gè)電流采集通道和一個(gè)電壓采樣通道，這使得它在充電槍的設(shè)計(jì)中能夠?qū)崿F(xiàn)多方面的功能。其中一個(gè)電流采集通道可以專(zhuān)門(mén)用于漏電檢測(cè)，增強(qiáng)了充電過(guò)程的安全性。

圖 5 HLW8112 電動(dòng)汽車(chē)充電槍?xiě)?yīng)用

2.5通信基站與數(shù)據(jù)中心

基站內(nèi)的通信設(shè)備依賴(lài)于直流電源系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定供電，其中包括電源分配單元（PDU）和直流斷路器等關(guān)鍵組件。通過(guò)使用直流計(jì)量設(shè)備，可以對(duì)不同運(yùn)營(yíng)商的通信設(shè)備進(jìn)行能耗監(jiān)測(cè)。HLW8110具備測(cè)量直流信號(hào)的能力，通過(guò)關(guān)閉芯片內(nèi)置的高通濾波器（HPF），HLW8110能夠?qū)χ绷鹘K端設(shè)備的電壓、電流、功率和電量進(jìn)行精確采樣，因此HLW8110可以用于一些通信設(shè)備的電參數(shù)測(cè)量，比如PDU和直流斷路器等設(shè)備。

圖 6 HLW8110 通訊基站應(yīng)用

2.6逆變器在光伏儲(chǔ)能的應(yīng)用

逆變器又稱(chēng)逆變電源，是一種電源轉(zhuǎn)換裝置，是通過(guò)半導(dǎo)體功率開(kāi)關(guān)的開(kāi)通和關(guān)斷作用，把直流電能轉(zhuǎn)變成交流電能，是整流變換的逆過(guò)程。逆變器可將12V或24V的直流電轉(zhuǎn)換成240V、50Hz交流電或其它類(lèi)型的交流電。它輸出的交流電可用于各類(lèi)設(shè)備，最大限度地滿(mǎn)足移動(dòng)供電場(chǎng)所或無(wú)電地區(qū)用戶(hù)對(duì)交流電源的需要。由于HLW8110可以測(cè)量任意波形信號(hào)，因此可以對(duì)逆變器之后的正弦波，修正正弦波和方波都可以進(jìn)行測(cè)量，也可以直接測(cè)量MPPT電路后的直流信號(hào)數(shù)據(jù)。

圖 7 HLW8110 光伏逆變器應(yīng)用

3結(jié)語(yǔ)

以上所述僅為功率計(jì)量芯片應(yīng)用的冰山一角。事實(shí)上，任何涉及電能管理的場(chǎng)景，都有望通過(guò)功率計(jì)量芯片實(shí)現(xiàn)性能的飛躍，從而在能源效率、成本節(jié)約以及環(huán)境可持續(xù)性方面獲得顯著益處。