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电量统计插座问题排查指引

更新时间:2022-03-02 02:06:08下载pdf

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

电量统计插座问题排查指引

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。

电量统计插座问题排查指引
电量统计插座问题排查指引

  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。

    电量统计插座问题排查指引

    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:

    电量统计插座问题排查指引

  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。
    电量统计插座问题排查指引

  • 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。
    电量统计插座问题排查指引

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:

    电量统计插座问题排查指引

    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:

    电量统计插座问题排查指引

    电量统计插座问题排查指引

    电量统计插座问题排查指引

    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:

      电量统计插座问题排查指引

      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:

      电量统计插座问题排查指引

      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

          电量统计插座问题排查指引

          电压脉冲信号

          电量统计插座问题排查指引

          电流脉冲信号

          电量统计插座问题排查指引

        • BL0937输出脉冲如下图

          电压脉冲信号

          电量统计插座问题排查指引

          电流脉冲信号

          电量统计插座问题排查指引

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。
电量统计插座问题排查指引