电量统计插座问题排查指引

本文对电量统计插座在开发过程中常见问题及其排查步骤进行介绍。

故障排查流程

故障排查步骤

检查插座5V和3.3V直流电压

1. 利用示波器测试插座上的直流电压。

2. 示波器测试电压波形，满足以下表格参数要求即可。

   参数	参数指标
   5V	4.6V~5.5V
   3.3V	3.0~3.6V

   注意：确保插座或示波器，其中有一个设备使用隔离电源供电。

通电配网测试

1. 插座不接负载，设备通电。

2. 长按按键让设备进入配网状态，指示灯快闪（EZ配网）/慢闪（AP配网）。

3. 使用App进行设备配对。

4. 设备配置成功后可进入插座控制界面。

5. 进入控制界面打开开关，点击进入用电量界面，查看电压、电流、功率数据。

1. 在用电量界面查看电压值、电流值和功率值。正常空载时电压为220V（或接近220V）、电流为0mA、功率为0W。以下情况为异常：

   • 空载时，电压值、电流值、功率值存在且参数异常或参数跳动。

   • 空载时，电压值220V接近正常参数，电流功率值存在且参数异常或参数跳动。

   • 带载时，电压值、电流值、功率值存在且参数异常或参数跳动。

   • 带载时，电压值220V接近正常参数，电流功率值存在且参数异常或参数跳动。

尝试产测校准

针对App上查看到的参数，可对该插座进行产测校准，避免因为未校准导致电量数据不准的情况。

• 若产测校准成功，可将设备重新配网再进行测试查看数据。经多次验证正常后，可视为设备正常。

• 若产测校准失败，该设备需要进一步排查问题。

核对硬件方案

1. 检查IoT平台所创建产品的固件配置信息是否与硬件匹配。需特别注意，SEL脚配置的为“直连”或“反向”。

   直连：

   • 模组输出“高电平”脉冲，计量芯片接收到“高电平”脉冲。
   • 模组输出“低电平”脉冲，计量芯片接收到“低电平”脉冲。

   反向：

   • 模组输出“高电平”脉冲，计量芯片接收到“低电平”脉冲。
   • 模组输出“低电平”脉冲，计量芯片接收到“高电平”脉冲。

   

   注意事项

   采用光耦隔离的方案，需特别注意SEL脚的接法。SEL脚是通过模组向电量统计芯片输出脉冲信号的，故需要模组端的输出I/O口接在光耦的“阴极”，电量统计芯片的SEL脚接在光耦的“集电极”。如下图：

   

2. 检查原理图与PCB是否对应，以及实际硬件方案是否存在错误。

检查电源问题

• 采用非隔离buck电源方案，整流部分需用单二极管整流。
  

• 采用隔离flybuck电源方案，N（或L）要与次级的计量芯片供电电源的GND连接。
  

检查计量端问题

排查计量芯片采样端电路布局走线问题

• 错误的PCB Lyaout方式示例1：

  

  注意事项

  • 上图所示，电压信号线和电流信号线有交差。因为电流信号最大输入电压是 30.9/50mV，最小识别电压在 30nV 左右，所以信号比较微弱。若底部走电压信号线，则因为电压是220V 的交流，会对电流信号造成很大干扰。

  • 如果没有办法避免，则在 220V 交流线经电阻分压降成微弱的电平信号，再穿过电流线。

• 错误的PCB Lyaout方式2示例：

  

  

  

  注意事项

  • 信号线起点应当是采样电阻的两端，而不是图示所示位置。

  • 按上图走线，则电流信号采样电阻的阻值不是 R,而是变成 r1+R+r2,如下图所示。

    说明：图中的 r1 和 r2 是板材的内阻。

    上面走线带来了新的问题：PCB板材的温度特性较差，如果输入电流过大，则PCB板材的温度会上升，这时r1和r2的阻值会发生变化，使得输入HLW8012的信号受到影响，继而影响测量的准确度，一般会带来4%左右的偏差，功率越大，偏差越大。因为：V = i*(r1+R+r2)，当r1和r2变化时，则会影响线性度。

• 正确PCB layout 设计参考

  • 信号线走线TOP层图：

    

    注意事项

    • 电流信号线走差分线形式，两条线尽量采用平行走线。

    • 电流信号线和电压信号线尽量不要交叉。

    • 差分信号线的GND线做为独立信号线，需要从采样电阻端走线连至HLW8012信号端，不要与其它GND线连在一起。

  • 信号线走线BOTTOM层图:

    

    注意事项

    • 电流信号的差分信号线虽然有一条差分信号线从电气特性上看是GND线，但是必须要把它当成信号线对待，不要与其它GND线连在一起。

    • 计量芯片输出信号线布局问题
      计量芯片与通信模组之间的信号走线应尽可能短，且信号线不被其他器件干扰（如：电感、强电线等）。

    • 排除VCC与GND干扰问题

      操作：将计量芯片的V1P和V1N的对地电容焊上，V1P和V1N短路。插座通电上电，APP端在电量界面查看电流，功率值。如果有数值，将会是电源VCC或GND的噪声引起的。请排查PCB 元器件的布局和电源走线。PCB可能存在的问题：

      • 计量芯片放置在功率电感的下面。

      • 计量芯片的 V1P 和 V1N 引脚离继电器的高压引脚太近。

      • 5V 电源走线或 GND 走线离继电器的高压部分太近。

      • 计量芯片输出波形

        排查问题时可抓取计量芯片输出波形来判断问题。示波器抓取芯片端SEL脚、CF1脚，以下是HLW8012与BL0937的输出波形，可进行参考。

        HLW8012输出脉冲如下所示：

        电压电流切换脉冲信号

        

        电压脉冲信号

        

        电流脉冲信号

        

      • BL0937输出脉冲如下图

        电压脉冲信号

        

        电流脉冲信号

        

产测校准并查看 App 参数

经过上诉排查解决问题后，对该插座进行产测校准后配网。APP参数与实际所接负载参数正确后，此次电量问题解决成功。下图参数仅提供参考。