探索电能计量芯片的跨行业多元应用.

[导读]随着物联网技术的蓬勃发展，电能计量芯片已不再局限于传统电表领域，而是扩展到各类智能产品领域，涵盖WIFI插座、电动汽车充电桩、光伏储能系统、智能交通信号灯以及火灾报警系统等。这些智能设备通过集成电能计量芯片，实现了对电能参数的精确监控，从而提升了能源管理的效率和准确性。

1、引言

随着物联网技术的蓬勃发展，电能计量芯片已不再局限于传统电表领域，而是扩展到各类智能产品领域，涵盖WIFI插座、电动汽车充电桩、光伏储能系统、智能交通信号灯以及火灾报警系统等。这些智能设备通过集成电能计量芯片，实现了对电能参数的精确监控，从而提升了能源管理的效率和准确性。

图1

2、功率计量芯片的应用场景

2.1 智能电网

智能电表方案通常配备先进的通信模块，包括4G、Wi-Fi、ZigBee和RF等技术，这些模块使得电能使用数据能够被远程传输至电网运营商，便于进行数据的实时监控和管理，实现远程抄表和数据监控，电表芯片则可以监测电网状态，如电压波动、频率偏差等，及时发现并报告电网异常，提高电网的可靠性和稳定性。

图2：HLW8112智能电表应用

使用HLW8112的智能电表方案可以实现用户端的电能、功率、电压、电流和电网频率等基本参数的计算，通过测量50HZ的交流波形数据，可以对电网质量进行监测，了解电网线路的状态，采用双通道测量电流时，还能实现防窃电功能。

2.2 智能家居

电能计量芯片在智能家居行业中的应用非常广泛，它们可以精确测量和监控家庭中的电能消耗，此外，人工智能和机器学习算法的集成，有望进一步提升电能计量系统的预测分析、异常检测和能源优化等能力，以下是一些具体的应用场景。

2.2.1 智能插座

智能插座是一种可以远程控制家用电器的电源插头，它通常通过Wi-Fi或蓝牙与智能设备（如智能手机、平板电脑）连接。智能插座使用户能够随时随地控制插座上的电器，即使不在家也能通过应用程序对其进行开关、定时和定量控制。

下图是计量芯片HLW8032在WIFI PLUG的应用框路，HLW8032采用的单口UART的传输方式，相较于双口的UART，可以节省一个光藕，HLW8032还具有免校准功能，在生产环节，可以省去复杂的校准工序，降低成本，简化应用。

图3：HLW8032 WIFI PLUG应用

2.2.2 节能插座

节电插座是传统插座的转型升级，在传统插座上增加检测装置（智能芯片），节电插座通过智能芯片和程序软件，对家用电器的运行状况进行监控，当电器处于待机时智能启动终端关闭装置切断电源，运行时能自动接通相关电源，给用户带来极大的方便和安全，将待机能耗降为零。HLW8012可以应用于低成本的节能插座方案，HLW8012的作用是检测主控插座的功率，当主控插作的功率低于待机功率时，继电器会断开副控插座的供电电源，达到节省功耗的目的。

2.2.3 智能电热毯

下图为HLW8110芯片电热毯等应用设计，其典型电路简洁，仅需要少量外围器件。HLW8110可以测量任意波形，能够精确监测并计算负载设备的功率、电压、电流和能耗并，将这些数据通过UART传输至微控制器单元（MCU）。此外，HLW8110允许用户在芯片内部设定功率、电压和电流的过载阈值，以增强系统的安全性和可靠性。

图4：HLW8110智能电热毯应用

2.3 智慧照明系统

智慧照明系统融合了现代信息技术，提供了一种创新的照明控制方案。以智慧路灯为例，该系统利用传感器、控制器和通信技术，实现了照明设备的自动化管理和控制，提高了能源效率和系统的整体可靠性，计量芯片HLW8012在系统中的作用有以下两点：

1）数据采集：利用自组网连接电压或者电流传感器，通过电能计量芯片实时采集照明系统电流、电压、功率因素等数据变化，实时检测设备的运行状态;

2）电路过载保护：通过计量芯片实时采集到的数据进行分析处理，保证负载处于合理范围内，防止由于过高电压或者电流照成了整个路灯系统故障。

2.4 电动汽车充电枪

随着新能源汽车的普及，电动汽车充电枪逐渐成为我们生活中不可或缺的一部分，而在这背后，电能计量芯片作为充电枪的智能“心脏”，扮演着至关重要的角色。

HLW8112芯片配备了两个电流采集通道和一个电压采样通道，这使得它在充电枪的设计中能够实现多方面的功能。其中一个电流采集通道可以专门用于漏电检测，增强了充电过程的安全性。

图5：HLW8112电动汽车充电枪应用

2.5 通信基站与数据中心

基站内的通信设备依赖于直流电源系统来实现稳定供电，其中包括电源分配单元（PDU）和直流断路器等关键组件。通过使用直流计量设备，可以对不同运营商的通信设备进行能耗监测。HLW8110具备测量直流信号的能力，通过关闭芯片内置的高通滤波器（HPF），HLW8110能够对直流终端设备的电压、电流、功率和电量进行精确采样，因此HLW8110可以用于一些通信设备的电参数测量，比如PDU和直流断路器等设备。

图6：HLW8110通讯基站应用

2.6 逆变器在光伏储能的应用

逆变器又称逆变电源，是一种电源转换装置，是通过半导体功率开关的开通和关断作用，把直流电能转变成交流电能，是整流变换的逆过程。逆变器可将12V或24V的直流电转换成240V、50Hz交流电或其它类型的交流电。它输出的交流电可用于各类设备，最大限度地满足移动供电场所或无电地区用户对交流电源的需要。由于HLW8110可以测量任意波形信号，因此可以对逆变器之后的正弦波，修正正弦波和方波都可以进行测量，也可以直接测量MPPT电路后的直流信号数据。