Medidor de potencia AC

Medidor de potencia AC con HLW8032

Este circuito mide la tensión, la corriente y la potencia consumida por una carga conectada a la red eléctrica de 220 V AC. Utiliza el HLW8032, un IC dedicado a la medición de energía que integra dos ADC sigma-delta de 24 bits, un multiplicador digital y una salida UART que envía los resultados listos para ser leídos por un microcontrolador.

El HLW8032 es el núcleo de muchos enchufes inteligentes y medidores de consumo domésticos. Con solo una resistencia shunt para la corriente, un divisor resistivo para la tensión y unos pocos condensadores de filtrado, se obtiene una medición de potencia activa con una precisión típica del ±2 %.

Cómo funciona

El circuito tiene tres bloques: la alimentación, el canal de tensión y el canal de corriente.

Alimentación

Un módulo AC-DC (U1) convierte los 220 V AC de la red en 5 V DC para alimentar el HLW8032 y el microcontrolador asociado. Los condensadores C1 (0,1 µF) y C2 (10 µF) desacoplan la alimentación del IC.

Canal de tensión (VP – GND)

Las resistencias R4, R5, R6 y R7 (470 kΩ cada una) forman un divisor resistivo que reduce la tensión de red a un nivel seguro para el ADC interno del HLW8032. Al usar cuatro resistencias de 470 kΩ en serie se reparte la tensión entre ellas, lo que permite utilizar resistencias estándar de bajo coste con tensión nominal de 200 V cada una. Los condensadores C3 y C4 (33 nF cada uno) filtran el ruido de alta frecuencia de la señal de tensión.

La tensión de pico de la red (220 V × √2 ≈ 311 V) se divide entre las cuatro resistencias. La fracción que llega al ADC es:

$V_{\text{ADC}} = V_{\text{red}} \times \frac{R_{\text{inferior}}}{R_{\text{total}}}$

donde $R_{\text{total}}$ es la suma de las cuatro resistencias del divisor y $R_{\text{inferior}}$ es la resistencia conectada al lado del ADC.

Canal de corriente (IP – IN)

La resistencia R1 (1 mΩ) es una resistencia shunt de muy bajo valor colocada en serie con la carga. La corriente que circula por la carga produce una caída de tensión proporcional:

$V_{\text{shunt}} = I_{\text{carga}} \times R_1$

Con R1 = 1 mΩ, una corriente de 10 A produce solo 10 mV de caída, lo que minimiza la disipación de potencia en el shunt. El ADC de 24 bits del HLW8032 tiene la resolución suficiente para medir esta señal tan pequeña con precisión.

Procesamiento interno

El HLW8032 muestrea ambos canales simultáneamente, calcula el valor RMS de la tensión y la corriente, y multiplica ambos para obtener la potencia activa. Los resultados se envían por la salida UART (TX, pin 6) en tramas de 24 bytes a 4800 bps. El pin PF emite un pulso por cada cuanto de energía, útil para integrar el consumo total (kWh).

Resistencias del divisor de tensión

Se usan cuatro resistencias de 470 kΩ en lugar de una sola de alto valor por dos razones:

Aspecto	Una resistencia	Cuatro resistencias
Tensión por resistencia	311 V pico	~78 V pico
Tipo de resistencia	Alta tensión (cara)	Estándar (barata)
Disipación	Concentrada	Repartida

Las resistencias de 470 kΩ comunes (1206 o axiales) soportan 200 V, más que suficiente para los ~78 V que ve cada una.

Resistencia shunt R1

La elección de R1 determina el rango de corriente y la resolución:

R1	Corriente máxima	Caída a corriente máxima
1 mΩ	30 A	30 mV
2 mΩ	15 A	30 mV
5 mΩ	6 A	30 mV

Una resistencia más baja permite medir corrientes más altas, pero la señal es más pequeña y más susceptible al ruido. El valor de 1 mΩ del esquema permite medir cargas de hasta 30 A (6,6 kW a 220 V).

Comunicación UART

El HLW8032 transmite automáticamente por TX a 4800 bps, 8N1. Cada trama contiene:

• Coeficiente de tensión y registro de tensión
• Coeficiente de corriente y registro de corriente
• Coeficiente de potencia y registro de potencia
• Checksum de verificación

El microcontrolador calcula los valores reales dividiendo el coeficiente entre el registro:

$P_{\text{activa}} = \frac{\text{Coeficiente}_P}{\text{Registro}_P}$

Las resistencias R2, R3 y R8 (1 kΩ) protegen las líneas TX, RX y PF frente a sobretensiones.

Seguridad

Este circuito trabaja con tensión de red (220 V AC), que es potencialmente mortal. El divisor resistivo y el shunt están conectados directamente a la red. Todo el circuito de alta tensión debe estar en una placa aislada y dentro de una carcasa cerrada. No tocar ningún componente con el circuito enchufado.

Aplicaciones

• Enchufe inteligente. Un ESP8266 o ESP32 lee los datos del HLW8032 por UART y los publica por WiFi, permitiendo monitorizar el consumo desde el móvil.
• Medidor de consumo doméstico. Instalado en el cuadro eléctrico, mide la potencia consumida por un circuito completo de la vivienda.
• Protección de electrodomésticos. Si la potencia o la corriente superan un umbral, el microcontrolador activa un relé para desconectar la carga.
• Análisis energético industrial. En combinación con un registrador de datos, permite estudiar el perfil de consumo de una máquina a lo largo del tiempo.
• Domótica. Integrado en sistemas como Home Assistant o Tasmota para automatizar el encendido y apagado de dispositivos según su consumo real.