WIFI计量插座之计量芯片选型

我们公司是一家消费电子产品的开发公司，随着这几年智能家居的火热，也转型开发智能家居产品，首先开发的是就是智能插座。

         在前期设计的时候，主要考虑的是安全，其次是体积，在第一版方案进行选型的时候基本是都是照抄同行的设计，除了WIFI模组，因为WIFI模块是云服务商指定使用乐鑫的ESP32模组。插座是一个强电类的产品应用，以前一直开发是弱电类产品，没有接触过计量这块，所以一开始就在市面上买一些同类产品过来拆解，其实这也是我们电子行业普遍的一种做法，先模仿，再超越。

下图是在网上找的小米WIFI插座拆解的图片，他们WIFI模块选用的是 Marvell 出品的型号为88MW330 WiFi 控制芯片，电源芯片选用的是矽力杰的SY50281，将电源从12V转到5V，计量芯片选用的是HLW8012，用于测量功率等电能参数。

经过反复研究，整理出WIFI计量插座的硬件原理框图，主要模块包含AC-DC模块、WIFI模组和计量模块，还有就是继电器控制、按键和显示。

           图 1 WIFI计量插座原理框图

先找HLW8012的原厂FAE要datasheet和参考设计资料,然后发现有两款封装比较小的计量芯片，HLW8012和HLW8032;原厂还免费赠送的DEMO板，用于测试。上面的电源芯片使用的是MPS的MP150，驱动电流约100MA左右。

 

          图 2 DEMO板图

 

下图是资料里的HLW8012的参考电路，外围电路也是比较简单，所有电阻电容加起来一共12个器件，相当简洁，现在的插座体积越做越小，HLW8012就非常合适。这里面R4采样电阻选用的是合金电阻，阻值是1mR，功率2W，2512封装，最大可以测量30A的电流。电压采样选用4个470K的0805封装的贴片电阻和1个1K电阻进行分压，分压后电压大约是110mV，然后通过V2P脚进行电压信号检测，因为0805封装的电阻耐用是150V，选用4个串联分压，耐压可以达到600V，如果只选用2个电阻，当电网电压有毛刺时，电网电压瞬间峰值有可能400-500V，这样2个电阻就会耐压值不够，严重情况下会烧毁。

                   图 3 参考设计原理图

同时从合力为FAE那了解到还有一款新的芯片HLW8032,采用的是UART口的输出方式，硬件上和HLW8012兼容，HLW8032的工作电流是4mA,HLW8012的工作电流是3mA,其它功能都相同，详细功能对比见表1。

          图 4 HLW8012和HLW8032管脚图

 

              表 1 HLW8012和HLW8032功能对比表

除了国内的计量芯片外，也找了ADI的一款IC ADE7953，但因为封装太大，还没有内置晶振，因为成本和体积原因选择放弃了。

       图 5 ADE7953管脚图

我个人是比较倾向HLW8032的，因为串口比较方便，软件上也比较方便，但最后还是选用了HLW8012,主要是基于以下几点考虑：

1、  成本，HLW8012的成本要低于HLW8032。市场上的WIFI插座售价越来越低，成品利润也没有刚开始的那么高了。

2、  可靠性，HLW8012毕竟己经出来很久，也经过市场验证，小米等大厂也一直在使用，而HLW8032是刚出不久，所以还是可以再等等。

3、  软件调试HLW8012也比较简单，原厂提供了参考设计和参考程序，上手也会比较快，现在大部分模组开发商也有标准的8012的API接口程序。

4、  精度方面，因为是消费类的产品，而HLW8012是用于电表的芯片，所以精度是没有问题的。

 

WIFi插座其实还有几块需要仔细考虑，比如继电器，普通继电器成本低但寿命短，使用固态继电器成本就上去了；还有就是保险丝，现在有两种方案，一种是使用普通保险丝，缺点是电流过载后不可恢复，另一种是使用自恢复保险丝，优点是电流过裁后可恢复，但是缺点也明显，精度不太高，设置过载电流后有一定误差，今天就先写到这里，这两块以后再码。