计量芯片HLW8112隔离采样方案

传统的计量芯片原理如下：

计量芯片需要对电信号进行测量，需要分别对电压和电流信号进行采样，以HLW8110为例，根据下图，我们对信号采样进行分析。
图1：电阻采样方式设计参考

• 电压信号采样：

L经过5个200K电阻和1K电阻分压后连接到N，1K电阻两端的电压输入至VP PIN，计量芯片通过测量VP的电压，就可以采样到L线的电信号。

• 电流信号采样：

对电流信号的采样是通过对1mR采样电阻两端的电平进行采样，因为 U = I*R，R等于1mR,U可以通过计量芯片进行测量得到，那么也就间接采样到I的信号。
得到电压信号和电流信号后，根据算法，计量芯片HLW8110就可以计算出有效电压、有效电流和有功功率等电能参数。
下图是HLW8110的内部结构框图,从本质上来，计量芯片是属于ADC的一类，只不过我们经常用到的ADC芯片是用来测量直流信号的，而计量芯片是用来测交流信号的。被采样的信号是通过IAP\IAN\VP\GND引脚进入到芯片内部，然后通过PGA（运放）进入到ADC进行采样，而ADC模块的1.25V的VREF是通过供电电源VDD转化而来的，VRFF的参考地是GND。
图2：HLW8110内部框图

因为信号采样电路的电平是N为参考的电平信号，如图1，电压采样信号的电平VP的电平是以N为参考点的电平信号。电流采样的信号电平1mR采样电阻两端的电平是也是以N为参考点的电平信号。
如图2，运放的VREF是以GND为参考点的参考电压，所以送到计量芯片的信号也必须以GND为参考，才能进行有效的测量。
我们都知道，测量必须有一个统一的参考，才可能进行有效的测量，所以在设计电路时，我们需要把N和GND连接起来，形成同一个参考。
我们经常会从安全角度考虑，因为担心强电有危险，在图1的电路上，刻意不将N和GND进行短接，如下图,其实这是一种错误的接法，没有统一的参考点，如何能够进行正确的测量呢。
图3 错误的电路设计图

有些产品安全性较高的场景下，需要考虑采用隔离方案来做：

互感器采样电路
下图是互感器的设计参考，电流和电压的采样信号是通过互感器变比后的信号，然后送到HLW8110进行采样。
图4 互感器采样方式设计参考

那么为什么两份设计参考，图一是N和GND相连，而图四的N和GND不相连?因为互感器的被测信号己经不是L和N了，而是变比之后的信号，我们只要保证变后的信号和GND在同一个参考点就可以。
安全性
从安全性方面来讲，互感器采样方式是优于电阻采样方式，因为互感器采样将强电信号从源头己经开始隔离，那么在遇到强电设计的产品，我们应该从哪几个方面加强安全性，有如下方法：
1、 外壳绝缘,这是最好的方法，外壳完全绝缘，基本己经保证产品的安全性。
2、 改量以N线做为参考地，在N线不能做为参考地的前得下，再使用L为参考地，因为N对大地的压降是0V,而L对大地的压降是220V