2024年8月15日发(作者：寿千秋)
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。
+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
IAP
IAN
VP
GND
VDD
8
7
6
5
L
AC
N
HLW8110
SOP8
RX
TX
VREF
MCU
UART
0.1uF
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。
交流计量测量标准流程
信号输入/
交流电子负载
电压:220V
电流:5A
功率:1100W
电压:220V
电流:5A
功率:1100W
开始校准
增益校准
电量校准
校准完成上电初始化
初始化完成
计算增益系数
等待时间
读取EEPROM值
测量电参数
D_CAL_A_I =
5A/U32_AC_I
记录0.0001度
电的
脉冲个数
电流=公式
*D_CAL_A_I
D_CAL_U =
220V/U32_AC_V
电压=公式
*D_CAL_U
转化成0.001
度电的
脉冲个数N
D_CAL_A_P=
1100W/U32_AC_P
功率=公式
*D_CAL_A_P
存入EEPROM
存入EEPROM
U32_ENERGY_P
A_RegData =
N = 0.001度
增益校准完成电量校准完成
完成
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:
电流有效值=
RmsIXX∗RmsIXXC
K1∗2
23
;
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。
那么我们在校准时，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，
电流有效值=
RmsIXX∗RmsIXXC
K1∗2
23
那么,在输入220V/10A时，
10A=
电流有效值=
D_CAL_A_I
=
10/(
∗D_CAL_A_I ;
RmsIXX∗RmsIXXC
K1∗2
23
K1∗2
23
RmsIXX∗RmsIXXC
这样，我们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:
电能=
EnergyXX∗EnergyXXC∗HFconst
K1∗K2∗2
29
∗4096
) ;
∗D_CAL_A_I ;
,
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:
电能=
EnergyXX∗EnergyXXC∗HFconst
K1∗K2∗2
29
∗4096
D_CAL_A_E是校准电能系数;
∗ D_CAL_A_E ;
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,
0.001=
EnergyXX∗EnergyXXC∗HFconst
∗ D_CAL_A_E
K1∗K2∗2
29
∗4096
通过以上公式，我们可以计算出D_CAL_A_E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：
电流有效值=
RmsIXX∗RmsIXXC
K1∗2
23
K2∗2
22
电压有效值=
RmsUXX∗RmsUXXC
∗D_CAL_A_I ;
*D_CAL_U ;
* D_CAL_P ;
有功功率/视在功率=
电能=
PowerXX∗PowerXXC
K1∗K2∗2
31
EnergyXX∗EnergyXXC∗HFconst
K1∗K2∗2
29
∗4096
∗ D_CAL_A_E ;
2024年8月15日发(作者：寿千秋)
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。
+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
IAP
IAN
VP
GND
VDD
8
7
6
5
L
AC
N
HLW8110
SOP8
RX
TX
VREF
MCU
UART
0.1uF
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。
交流计量测量标准流程
信号输入/
交流电子负载
电压:220V
电流:5A
功率:1100W
电压:220V
电流:5A
功率:1100W
开始校准
增益校准
电量校准
校准完成上电初始化
初始化完成
计算增益系数
等待时间
读取EEPROM值
测量电参数
D_CAL_A_I =
5A/U32_AC_I
记录0.0001度
电的
脉冲个数
电流=公式
*D_CAL_A_I
D_CAL_U =
220V/U32_AC_V
电压=公式
*D_CAL_U
转化成0.001
度电的
脉冲个数N
D_CAL_A_P=
1100W/U32_AC_P
功率=公式
*D_CAL_A_P
存入EEPROM
存入EEPROM
U32_ENERGY_P
A_RegData =
N = 0.001度
增益校准完成电量校准完成
完成
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:
电流有效值=
RmsIXX∗RmsIXXC
K1∗2
23
;
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。
那么我们在校准时，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，
电流有效值=
RmsIXX∗RmsIXXC
K1∗2
23
那么,在输入220V/10A时，
10A=
电流有效值=
D_CAL_A_I
=
10/(
∗D_CAL_A_I ;
RmsIXX∗RmsIXXC
K1∗2
23
K1∗2
23
RmsIXX∗RmsIXXC
这样，我们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:
电能=
EnergyXX∗EnergyXXC∗HFconst
K1∗K2∗2
29
∗4096
) ;
∗D_CAL_A_I ;
,
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:
电能=
EnergyXX∗EnergyXXC∗HFconst
K1∗K2∗2
29
∗4096
D_CAL_A_E是校准电能系数;
∗ D_CAL_A_E ;
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,
0.001=
EnergyXX∗EnergyXXC∗HFconst
∗ D_CAL_A_E
K1∗K2∗2
29
∗4096
通过以上公式，我们可以计算出D_CAL_A_E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：
电流有效值=
RmsIXX∗RmsIXXC
K1∗2
23
K2∗2
22
电压有效值=
RmsUXX∗RmsUXXC
∗D_CAL_A_I ;
*D_CAL_U ;
* D_CAL_P ;
有功功率/视在功率=
电能=
PowerXX∗PowerXXC
K1∗K2∗2
31
EnergyXX∗EnergyXXC∗HFconst
K1∗K2∗2
29
∗4096
∗ D_CAL_A_E ;