2024年8月15日发(作者：蛮秋灵)
计量芯片HLW8110的典型应用
1 芯片介绍
1.1 芯片描述
HLW8110是一款高精度的电能计量IC,它采用CMOS制造工艺，主要用于单相
计量应用。它能够测量线电压和电流，并能计算有功功率，视在功率和功率因素。
该器件内部集成了二个∑-Δ型ADC和一个高精度的电能计量内核。输入通
道支持灵活的PGA设置，因此HLW8110适合与不同类型的传感器使用，如电流互
感器（CT）和低阻值分流器。
HLW8110电能计量IC采用3.3V或5.0V电源供电，内置3.579M振荡器，可
以通过UART口进行数据通讯，波特率为9600bps，采用 8PIN的SOP封装。
1.2 特性描述
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免校准功能
宽工作电压，支持3.3V和5.0V电源供电
测量有功功率、视在功率、电压和电流有效值
在5000：1的动态范围内，有功电能的测量误差<0.1%
在3000：1的动态范围内，有功功率的测量误差<0.1%
在1000：1的动态范围内，有效电压的测量误差<0.1%
在1000：1的动态范围内，有效电流的测量误差<0.1%
提供有功功率过载信号指示
提供电压信号的过零检测、过压指示和欠压指示
提供电流信号的过零检测，过流指示
UART通讯方式
SOP8封装
1.3 应用领域
✓
✓
✓
✓
✓
智能家电设备
漏电检测设备
计量电表
计量插座
WIFI插座
✓
✓
✓
✓
充电桩
PDU设备
LED照明
交通路灯
1.4 芯片管脚
IAP
IAN
VP
GND
1
2
3
4
8
VDD
RX
TX
VREF
HLW8110
CF
SOP8
7
6
5
脚序号
2
3
4
5
6
7
8
引脚名称
IAP
IAN
VP
GND
VREF
TX
RX
VDD
输入/输
出
模拟输入
模拟输入
模拟输入
芯片地
模拟输入
/输出
输出
数字输入
芯片电源
描述
电流通道A模拟输入。
电流通道A模拟输入。
电压信号正输入端
芯片地
通过该引脚可以使用片内基准电压，该引脚
应通过一个0.1uF电容并联去藕
UART数据输出口,波特率固定是9600bps
UART数据输入口,波特率固定是9600bps
芯片电源，该引脚应通过一个0.1uF电容并
联去藕
工作电压1:3.0-3.6V,建议使用3.3V
工作电压2:4.5V-5.5V ,建议使用5.0V
2 硬件设计
2.1 原理图设计
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。
+3.3V
+3.3V
AC-DC
0.1uF
继电器
负载
100R
330nF
采样电阻
1mR
100
1
330nF
2
3
200K
200K
200K
200K
200K
1K
33nF
4
IAN
VP
GND
IAP
VDD
8
7
6
5
L
AC
N
HLW8110
SOP8
RX
TX
VREF
MCU
UART
0.1uF
2.2 电流采样电阻的选型
满量程输入满量程输入采样电阻计采样电阻取整选型
信号(峰峰信号(有效算公式 （MAX） （建议值）
值) 值)
1 800mV 565mV 18.8mR 15mR
2 400mV 282mV 9.4mR 8mR
R=(有效值
4 200mV 141mV 4.7mR 4mR
/PGA)/Imax
8 100mV 70mV 2.3mR 2mR
16 50mV 35mV 1.1mR 1mR
说明:Imax表示最大测量电流，以上假定最大测量电流是30A，Imax = 30A
增益PGA
2.3 电压采样电阻
从图中可以看出电压信号通过5个0805封装的200K阻值的贴片电阻和1个
1K的分压电阻串联后输入到HLW8110的VP引脚，以220V交流电压为例，
输入信号有效电压值是：220V*（1K/(5*200K + 1K)）= 219.8mV
建议一般使用时电压通道的PGA设置为1。
2.4 电流系数和电压系数的计算方法
2.4.1 电流系数K1的计算
电流采样电阻值
0.5mR
1mR
(典型应用电路参数,见上图)
2mR
电流系数K1
0.5
1
2
说明
K1 = 0.5mR/1mR
K1 = 1mR/1mR
K1 = 2mR/1mR
2.4.2 电压系数K2的计算
电压分压电阻
0.56K
1K
(典型应用电路参数，见上图)
2K
电压系数K2
0.56
1
2
说明
电压串联电阻以1M为例,
K2 = 0.56K*1000/1M
采样串联电阻以1M为例,
K2 = 1K*1000/1M
采样串联电阻以1M为例,
K2 = 2K*1000/1M
3 数据计算
3.1 电流计算
RmsIX∗RmsIXC
电流有效值=
23
K1∗2
说明:X表示A通道或B通道，HLW8110只有A通道，所以,
电流有效值=
RmsIA∗RmsIAC
K1∗2
23
K1:电流系数；
RmsIA:通道A的电流有效值，寄存器地址是：0x24H；
RmsIAC:通道A的有效值转换系数，寄存器地址是：0x70H；
如果计算出来的电流有效值 = 5.001，表示有效电流5.001A。
3.2 电压计算
RmsU∗RmsUC
电压有效值=
K2∗2
22
K2:电压系数；
RmsU：电压通道的电压有效值，寄存器地址是：0x26H；
RmsUC:电压通道有效值转换系数，寄存器地址是：0x72H；
如果计算出来的电流有效值 = 22088.9，表示有效电压220.889V。
3.3 有功功率计算
PowerPA∗PowerPAC
有功功率=
K1∗K2∗2
31
K1:电流系数,K2:电压系数
PowerPA：通道A有功功率有效值，寄存器地址是：0x2CH
PowerPAC: 通道A有功功率转换系数，寄存器地址是：0x73H
如果计算出来的有功功率 = 100.9，表示有效电压100.9W
3.4 电能计算
EnergyPA∗EnergyPAC∗HFconst
电能=
29
K1∗K2∗2∗4096
K1:电流系数,K2:电压系数
EnergyPA：通道A有功电能有效值，寄存器地址是：0x28H
EnergyPAC: 通道A有功电能转换系数，寄存器地址是：0x76H
HFconst:脉冲频率寄存器，寄存器地址是：0x02H
如果计算出来的电能 = 2.9，表示电能 = 2.9度
3.5 线性频率计算
|Ufreq|
线性频率=
0x7FFFFF
Ufreq:电压频率(L线)，寄存器地址是：0x23H；
如果计算出来的频率 = 49.99，表示线性频率 = 49.99HZ。
3.6 相角计算
公式1：相角(50HZ)= Angle∗0.0805,单位:度
公式2： 相角(60Hz)= Angle∗0.0965，单度:度
Angle:电流与电压之间的相角寄存器值，寄存器地址是：0x22H；
当线性频率50HZ时，采用公式1计算相角;当线性频率是60HZ时，采用公
式2计算相角。
如果计算出来相角数据 = 25.12，表示相角 = 25.12度。
4 通讯方式
HLW8110采用UART通讯方式，工作在从模式，半双工，固定波特率为9600bps，
符合标准的UART协议。
Uart口设置：9600bps,1位Start位，8位数据位，1位even偶校验位，1
位stop位。
4.1 字节格式
S
T
A
R
T
S
T
A
R
T
E
V
E
N
S
T
O
P
D
0
D
1
D
2
D
3
D
4
D
5
D
6
D
7
起始位LSBMSB偶校验位停止位
通讯指令
命令
名称
读命
令
写命
令
写使
能命
命令寄存器 数据 描述
0x00+RegAddr RDATA 从地址为RegAddr的寄存器中读数据
0x80+RegAddr WDATA 向地址为RegAddr的寄存器中写数据
0xEA 0xE5 使能写操作
D
0
令
写保
护命
令
电流
通道A
选择
复位
指令
0xEA 0xDC 关闭写操作
0xEA
0xEA
0x5A 电流通道A设置命令，指定当前用于计算视在功
率、功率因素、相角、瞬时视在功率和有功功
率过载的信号指示为通道A
0x96 复位指令，接收到指令后芯片复位
4.2 指令说明
4.2.1 读指令
读取02寄存器地址的数据：
1、发送数据:A5 02;
2、返回数据:10 00 48;
说明:
1、10 00 表示02地址的寄存器数据:0x1000;
2、48表示 A5 02 10 00 的CHECKSUM数据;
3、CHECKSUM计算：CHECKSUM = ~（A5+02 + 10 + 00）,取低8位数据。
4.2.2 写指令
向02寄存器地址写入0x12和0x34数据:
1、发送数据：A5 82 12 34 92。
说明：
1、92表示 A5 82 12 34的CHECKSUM数据；
2、CHECKSUM计算：CHECKSUM = ~（A5+82 + 12 + 34）,取低8位数据。
5 数据误差
5.1 电流采样使用1mR采样电阻
下表是使用HLW8110的实际测量数据，采用1mR的采样电阻，最小测量电流
在4-6mA左右。
5.2 电流采样使用5A/2.5mA,2000:1的互感器的采样数据
下表是使用HLW8110的实际测量数据，采用5V/2.5mA互感器作为电流采样，
最小测量电流在1-3mA左右。
2024年8月15日发(作者：蛮秋灵)
计量芯片HLW8110的典型应用
1 芯片介绍
1.1 芯片描述
HLW8110是一款高精度的电能计量IC,它采用CMOS制造工艺，主要用于单相
计量应用。它能够测量线电压和电流，并能计算有功功率，视在功率和功率因素。
该器件内部集成了二个∑-Δ型ADC和一个高精度的电能计量内核。输入通
道支持灵活的PGA设置，因此HLW8110适合与不同类型的传感器使用，如电流互
感器（CT）和低阻值分流器。
HLW8110电能计量IC采用3.3V或5.0V电源供电，内置3.579M振荡器，可
以通过UART口进行数据通讯，波特率为9600bps，采用 8PIN的SOP封装。
1.2 特性描述
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免校准功能
宽工作电压，支持3.3V和5.0V电源供电
测量有功功率、视在功率、电压和电流有效值
在5000：1的动态范围内，有功电能的测量误差<0.1%
在3000：1的动态范围内，有功功率的测量误差<0.1%
在1000：1的动态范围内，有效电压的测量误差<0.1%
在1000：1的动态范围内，有效电流的测量误差<0.1%
提供有功功率过载信号指示
提供电压信号的过零检测、过压指示和欠压指示
提供电流信号的过零检测，过流指示
UART通讯方式
SOP8封装
1.3 应用领域
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智能家电设备
漏电检测设备
计量电表
计量插座
WIFI插座
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充电桩
PDU设备
LED照明
交通路灯
1.4 芯片管脚
IAP
IAN
VP
GND
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VDD
RX
TX
VREF
HLW8110
CF
SOP8
7
6
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脚序号
2
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5
6
7
8
引脚名称
IAP
IAN
VP
GND
VREF
TX
RX
VDD
输入/输
出
模拟输入
模拟输入
模拟输入
芯片地
模拟输入
/输出
输出
数字输入
芯片电源
描述
电流通道A模拟输入。
电流通道A模拟输入。
电压信号正输入端
芯片地
通过该引脚可以使用片内基准电压，该引脚
应通过一个0.1uF电容并联去藕
UART数据输出口,波特率固定是9600bps
UART数据输入口,波特率固定是9600bps
芯片电源，该引脚应通过一个0.1uF电容并
联去藕
工作电压1:3.0-3.6V,建议使用3.3V
工作电压2:4.5V-5.5V ,建议使用5.0V
2 硬件设计
2.1 原理图设计
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。
+3.3V
+3.3V
AC-DC
0.1uF
继电器
负载
100R
330nF
采样电阻
1mR
100
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330nF
2
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200K
200K
200K
200K
200K
1K
33nF
4
IAN
VP
GND
IAP
VDD
8
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AC
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HLW8110
SOP8
RX
TX
VREF
MCU
UART
0.1uF
2.2 电流采样电阻的选型
满量程输入满量程输入采样电阻计采样电阻取整选型
信号(峰峰信号(有效算公式 （MAX） （建议值）
值) 值)
1 800mV 565mV 18.8mR 15mR
2 400mV 282mV 9.4mR 8mR
R=(有效值
4 200mV 141mV 4.7mR 4mR
/PGA)/Imax
8 100mV 70mV 2.3mR 2mR
16 50mV 35mV 1.1mR 1mR
说明:Imax表示最大测量电流，以上假定最大测量电流是30A，Imax = 30A
增益PGA
2.3 电压采样电阻
从图中可以看出电压信号通过5个0805封装的200K阻值的贴片电阻和1个
1K的分压电阻串联后输入到HLW8110的VP引脚，以220V交流电压为例，
输入信号有效电压值是：220V*（1K/(5*200K + 1K)）= 219.8mV
建议一般使用时电压通道的PGA设置为1。
2.4 电流系数和电压系数的计算方法
2.4.1 电流系数K1的计算
电流采样电阻值
0.5mR
1mR
(典型应用电路参数,见上图)
2mR
电流系数K1
0.5
1
2
说明
K1 = 0.5mR/1mR
K1 = 1mR/1mR
K1 = 2mR/1mR
2.4.2 电压系数K2的计算
电压分压电阻
0.56K
1K
(典型应用电路参数，见上图)
2K
电压系数K2
0.56
1
2
说明
电压串联电阻以1M为例,
K2 = 0.56K*1000/1M
采样串联电阻以1M为例,
K2 = 1K*1000/1M
采样串联电阻以1M为例,
K2 = 2K*1000/1M
3 数据计算
3.1 电流计算
RmsIX∗RmsIXC
电流有效值=
23
K1∗2
说明:X表示A通道或B通道，HLW8110只有A通道，所以,
电流有效值=
RmsIA∗RmsIAC
K1∗2
23
K1:电流系数；
RmsIA:通道A的电流有效值，寄存器地址是：0x24H；
RmsIAC:通道A的有效值转换系数，寄存器地址是：0x70H；
如果计算出来的电流有效值 = 5.001，表示有效电流5.001A。
3.2 电压计算
RmsU∗RmsUC
电压有效值=
K2∗2
22
K2:电压系数；
RmsU：电压通道的电压有效值，寄存器地址是：0x26H；
RmsUC:电压通道有效值转换系数，寄存器地址是：0x72H；
如果计算出来的电流有效值 = 22088.9，表示有效电压220.889V。
3.3 有功功率计算
PowerPA∗PowerPAC
有功功率=
K1∗K2∗2
31
K1:电流系数,K2:电压系数
PowerPA：通道A有功功率有效值，寄存器地址是：0x2CH
PowerPAC: 通道A有功功率转换系数，寄存器地址是：0x73H
如果计算出来的有功功率 = 100.9，表示有效电压100.9W
3.4 电能计算
EnergyPA∗EnergyPAC∗HFconst
电能=
29
K1∗K2∗2∗4096
K1:电流系数,K2:电压系数
EnergyPA：通道A有功电能有效值，寄存器地址是：0x28H
EnergyPAC: 通道A有功电能转换系数，寄存器地址是：0x76H
HFconst:脉冲频率寄存器，寄存器地址是：0x02H
如果计算出来的电能 = 2.9，表示电能 = 2.9度
3.5 线性频率计算
|Ufreq|
线性频率=
0x7FFFFF
Ufreq:电压频率(L线)，寄存器地址是：0x23H；
如果计算出来的频率 = 49.99，表示线性频率 = 49.99HZ。
3.6 相角计算
公式1：相角(50HZ)= Angle∗0.0805,单位:度
公式2： 相角(60Hz)= Angle∗0.0965，单度:度
Angle:电流与电压之间的相角寄存器值，寄存器地址是：0x22H；
当线性频率50HZ时，采用公式1计算相角;当线性频率是60HZ时，采用公
式2计算相角。
如果计算出来相角数据 = 25.12，表示相角 = 25.12度。
4 通讯方式
HLW8110采用UART通讯方式，工作在从模式，半双工，固定波特率为9600bps，
符合标准的UART协议。
Uart口设置：9600bps,1位Start位，8位数据位，1位even偶校验位，1
位stop位。
4.1 字节格式
S
T
A
R
T
S
T
A
R
T
E
V
E
N
S
T
O
P
D
0
D
1
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2
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3
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起始位LSBMSB偶校验位停止位
通讯指令
命令
名称
读命
令
写命
令
写使
能命
命令寄存器 数据 描述
0x00+RegAddr RDATA 从地址为RegAddr的寄存器中读数据
0x80+RegAddr WDATA 向地址为RegAddr的寄存器中写数据
0xEA 0xE5 使能写操作
D
0
令
写保
护命
令
电流
通道A
选择
复位
指令
0xEA 0xDC 关闭写操作
0xEA
0xEA
0x5A 电流通道A设置命令，指定当前用于计算视在功
率、功率因素、相角、瞬时视在功率和有功功
率过载的信号指示为通道A
0x96 复位指令，接收到指令后芯片复位
4.2 指令说明
4.2.1 读指令
读取02寄存器地址的数据：
1、发送数据:A5 02;
2、返回数据:10 00 48;
说明:
1、10 00 表示02地址的寄存器数据:0x1000;
2、48表示 A5 02 10 00 的CHECKSUM数据;
3、CHECKSUM计算：CHECKSUM = ~（A5+02 + 10 + 00）,取低8位数据。
4.2.2 写指令
向02寄存器地址写入0x12和0x34数据:
1、发送数据：A5 82 12 34 92。
说明：
1、92表示 A5 82 12 34的CHECKSUM数据；
2、CHECKSUM计算：CHECKSUM = ~（A5+82 + 12 + 34）,取低8位数据。
5 数据误差
5.1 电流采样使用1mR采样电阻
下表是使用HLW8110的实际测量数据，采用1mR的采样电阻，最小测量电流
在4-6mA左右。
5.2 电流采样使用5A/2.5mA,2000:1的互感器的采样数据
下表是使用HLW8110的实际测量数据，采用5V/2.5mA互感器作为电流采样，
最小测量电流在1-3mA左右。