1引言
隨著物聯(lián)網技術的蓬勃發(fā)展,電能計量芯片已不再局限于傳統(tǒng)電表領域,而是擴展到各類智能產品領域,涵蓋WIFI插座、電動汽車充電樁、光伏儲能系統(tǒng)、智能交通信號燈以及火災報警系統(tǒng)等。這些智能設備通過集成電能計量芯片,實現(xiàn)了對電能參數(shù)的精確監(jiān)控,從而提升了能源管理的效率和準確性。
圖1
2功率計量芯片的應用場景
2.1智能電網
智能電表方案通常配備先進的通信模塊,包括4G、Wi-Fi、ZigBee和RF等技術,這些模塊使得電能使用數(shù)據(jù)能夠被遠程傳輸至電網運營商,便于進行數(shù)據(jù)的實時監(jiān)控和管理,實現(xiàn)遠程抄表和數(shù)據(jù)監(jiān)控,電表芯片則可以監(jiān)測電網狀態(tài),如電壓波動、頻率偏差等,及時發(fā)現(xiàn)并報告電網異常,提高電網的可靠性和穩(wěn)定性。
圖2HLW8112智能電表應用
使用HLW8112的智能電表方案可以實現(xiàn)用戶端的電能、功率、電壓、電流和電網頻率等基本參數(shù)的計算,通過測量50HZ的交流波形數(shù)據(jù),可以對電網質量進行監(jiān)測,了解電網線路的狀態(tài),采用雙通道測量電流時,還能實現(xiàn)防竊電功能。
2.2智能家居
電能計量芯片在智能家居行業(yè)中的應用非常廣泛,它們可以精確測量和監(jiān)控家庭中的電能消耗,此外,人工智能和機器學習算法的集成,有望進一步提升電能計量系統(tǒng)的預測分析、異常檢測和能源優(yōu)化等能力,以下是一些具體的應用場景。
2.2.1智能插座
智能插座是一種可以遠程控制家用電器的電源插頭,它通常通過Wi-Fi或藍牙與智能設備(如智能手機、平板電腦)連接。智能插座使用戶能夠隨時隨地控制插座上的電器,即使不在家也能通過應用程序對其進行開關、定時和定量控制。
下圖是計量芯片HLW8032在WIFI PLUG的應用框路,HLW8032采用的單口UART的傳輸方式,相較于雙口的UART,可以節(jié)省一個光藕,HLW8032還具有免校準功能,在生產環(huán)節(jié),可以省去復雜的校準工序,降低成本,簡化應用。
圖3HLW8032 WIFI PLUG應用
2.2.2 節(jié)能插座
節(jié)電插座是傳統(tǒng)插座的轉型升級,在傳統(tǒng)插座上增加檢測裝置(智能芯片),節(jié)電插座通過智能芯片和程序軟件,對家用電器的運行狀況進行監(jiān)控,當電器處于待機時智能啟動終端關閉裝置切斷電源,運行時能自動接通相關電源,給用戶帶來極大的方便和安全,將待機能耗降為零。HLW8012可以應用于低成本的節(jié)能插座方案,HLW8012的作用是檢測主控插座的功率,當主控插作的功率低于待機功率時,繼電器會斷開副控插座的供電電源,達到節(jié)省功耗的目的。
2.2.3 智能電熱毯
下圖為HLW8110芯片電熱毯等應用設計,其典型電路簡潔,僅需要少量外圍器件。HLW8110可以測量任意波形,能夠精確監(jiān)測并計算負載設備的功率、電壓、電流和能耗并,將這些數(shù)據(jù)通過UART傳輸至微控制器單元(MCU)。此外,HLW8110允許用戶在芯片內部設定功率、電壓和電流的過載閾值,以增強系統(tǒng)的安全性和可靠性。
圖4HLW8110智能電熱毯應用
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,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,實現(xiàn)了照明設備的自動化管理和控制,提高了能源效率和系統(tǒng)的整體可靠性,計量芯片HLW8012在系統(tǒng)中的作用有以下兩點:
1、數(shù)據(jù)采集:利用自組網連接電壓或者電流傳感器,通過電能計量芯片實時采集照明系統(tǒng)電流、電壓、功率因素等數(shù)據(jù)變化,實時檢測設備的運行狀態(tài);
2、電路過載保護:通過計量芯片實時采集到的數(shù)據(jù)進行分析處理,保證負載處于合理范圍內,防止由于過高電壓或者電流照成了整個路燈系統(tǒng)故障。
2.4電動汽車充電槍
隨著新能源汽車的普及,電動汽車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,電能計量芯片作為充電槍的智能“心臟”,扮演著至關重要的角色。
HLW8112芯片配備了兩個電流采集通道和一個電壓采樣通道,這使得它在充電槍的設計中能夠實現(xiàn)多方面的功能。其中一個電流采集通道可以專門用于漏電檢測,增強了充電過程的安全性。
圖5HLW8112電動汽車充電槍應用
2.5通信基站與數(shù)據(jù)中心
基站內的通信設備依賴于直流電源系統(tǒng)來實現(xiàn)穩(wěn)定供電,其中包括電源分配單元(PDU)和直流斷路器等關鍵組件。通過使用直流計量設備,可以對不同運營商的通信設備進行能耗監(jiān)測。HLW8110具備測量直流信號的能力,通過關閉芯片內置的高通濾波器(HPF),HLW8110能夠對直流終端設備的電壓、電流、功率和電量進行精確采樣,因此HLW8110可以用于一些通信設備的電參數(shù)測量,比如PDU和直流斷路器等設備。
圖6HLW8110通訊基站應用
2.6逆變器在光伏儲能的應用
逆變器又稱逆變電源,是一種電源轉換裝置,是通過半導體功率開關的開通和關斷作用,把直流電能轉變成交流電能,是整流變換的逆過程。逆變器可將12V或24V的直流電轉換成240V、50Hz交流電或其它類型的交流電。它輸出的交流電可用于各類設備,最大限度地滿足移動供電場所或無電地區(qū)用戶對交流電源的需要。由于HLW8110可以測量任意波形信號,因此可以對逆變器之后的正弦波,修正正弦波和方波都可以進行測量,也可以直接測量MPPT電路后的直流信號數(shù)據(jù)。
圖7HLW8110光伏逆變器應用
3結語
以上所述僅為功率計量芯片應用的冰山一角。事實上,任何涉及電能管理的場景,都有望通過功率計量芯片實現(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。