電子測(cè)量?jī)x必須非常準(zhǔn)確。圖 1顯示了模塊化硬件系統(tǒng) - 通用冗余電源 (M-CRPS) 電子測(cè)量?jī)x的精度要求 [2]，要求當(dāng)負(fù)載大于 125 W 時(shí)，輸入功率測(cè)量誤差在 ±1% 以?xún)?nèi)；當(dāng)負(fù)載在 50 W 至 125 W 之間時(shí)，輸入功率測(cè)量誤差在 ±1.25 W 以?xún)?nèi)；當(dāng)負(fù)載低于 50 W 時(shí)，輸入功率測(cè)量誤差在 ±5 W 以?xún)?nèi)。

M-CRPS 電子表精度規(guī)格要求輸入功率測(cè)量誤差：負(fù)載大于 125 W 時(shí)，誤差在 ±1% 以?xún)?nèi)；負(fù)載在 50 W 至 125 W 之間時(shí)，誤差在 ±1.25 W 以?xún)?nèi)；負(fù)載低于 50 W 時(shí)，誤差在 ±5 W 以?xún)?nèi)。

來(lái)源：德州儀器廣告

為了實(shí)現(xiàn)如此高的測(cè)量精度，傳統(tǒng)上電子計(jì)量功能是通過(guò)專(zhuān)用計(jì)量裝置 [3] 來(lái)實(shí)現(xiàn)的，如圖2所示。功率因數(shù)校正 (PFC) 輸入側(cè)的分流器可感測(cè)輸入電流，跨交流線(xiàn)和交流中性線(xiàn)的分壓器（圖 2 中未顯示）可感測(cè)輸入電壓。專(zhuān)用計(jì)量裝置接收此電流和電壓信息，并計(jì)算輸入功率和輸入均方根 (RMS) 電流信息，并將結(jié)果發(fā)送到主機(jī)。

圖 2傳統(tǒng)電子表和 PFC 控制配置，其中：分流器放置在 PFC 輸入側(cè)以感測(cè)輸入電流，分壓器（未顯示）感測(cè)交流線(xiàn)，交流中性線(xiàn)感測(cè)輸入電壓。來(lái)源：德州儀器為了控制 PFC 輸入電流，需要使用另一個(gè)電流傳感器（如圖 2 所示的霍爾效應(yīng)傳感器）來(lái)感測(cè)輸入電流，然后將輸入電流信息發(fā)送到 MCU 以進(jìn)行 PFC 電流環(huán)路控制。但是，霍爾效應(yīng)傳感器和專(zhuān)用計(jì)量裝置都很昂貴。

在本電源技巧中，我將討論一種低成本但高精度的電子測(cè)量?jī)x解決方案，該解決方案使用單個(gè)電流傳感器進(jìn)行電子測(cè)量和 PFC 電流環(huán)路控制。將電子測(cè)量?jī)x功能集成到 PFC 控制代碼中，無(wú)需使用專(zhuān)用的測(cè)量設(shè)備，不僅降低了系統(tǒng)成本，還簡(jiǎn)化了印刷電路板 (PCB) 布局并加快了設(shè)計(jì)過(guò)程。

電子電表解決方案

圖 3顯示了建議的電子儀表配置。電流分流器感應(yīng)輸入電流；隔離式 delta-sigma 調(diào)制器 AMC1306 測(cè)量電流分流器兩端的電壓降。delta-sigma 調(diào)制器輸出被發(fā)送到 PFC 控制器 MCU。此電流信息將用于電子計(jì)量和 PFC 電流環(huán)路控制。分壓器感應(yīng)輸入電壓，然后由 MCU 的模數(shù)轉(zhuǎn)換器 (ADC) 直接測(cè)量，就像在傳統(tǒng) PFC 控制中一樣。

圖 3新型電子計(jì)量表和 PFC 控制配置，其中：電流分流器感應(yīng)輸入電流，隔離式 delta-sigma 調(diào)制器測(cè)量分流器兩端的電壓降，調(diào)制器的輸出用于電子計(jì)量和 PFC 電流環(huán)路控制。來(lái)源：德州儀器Δ-Σ 調(diào)制器

與幾乎所有數(shù)字 PFC 控制器 MCU 使用的逐次逼近寄存器 (SAR) 型 ADC 相比，delta-sigma 調(diào)制器可以提供高分辨率數(shù)據(jù)。調(diào)制器以極高的速率對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行采樣，以產(chǎn)生 1 位代碼流，如圖4所示。

圖 4 Delta-sigma 調(diào)制器輸入和輸出；較高的正輸入信號(hào)在輸出端產(chǎn)生 1 的時(shí)間百分比較高，而較低的負(fù)輸入信號(hào)在輸出端產(chǎn)生 1 的時(shí)間百分比較低。來(lái)源：德州儀器1 與 0 的比率表示輸入模擬電壓。例如，如果輸入信號(hào)為 0 V，則輸出 50% 的時(shí)間是 1。較高的正輸入信號(hào)產(chǎn)生 1 的時(shí)間百分比較高，而較低的負(fù)輸入信號(hào)產(chǎn)生 1 的時(shí)間百分比較低。與大多數(shù)量化器不同，delta-sigma 調(diào)制器將量化噪聲推向更高的頻率 [4]，使其適合高精度測(cè)量。

Delta-sigma 數(shù)字濾波器

C2000 MCU 具有內(nèi)置 delta-sigma 數(shù)字濾波器，可解碼 1 位流。濾波器輸出的有效位數(shù) (ENOB) 取決于濾波器類(lèi)型、過(guò)采樣率 (OSR) 和 delta-sigma 調(diào)制器頻率 [5]。通常，對(duì)于給定的濾波器類(lèi)型，OSR 越高，ENOB 就越高；然而，代價(jià)是濾波器延遲增加。

通過(guò)研究速度與分辨率之間的權(quán)衡，選擇正確的濾波器配置非常重要。對(duì)于 PFC 電流環(huán)路控制，較短的延遲更為重要，因?yàn)樗梢詭椭黾涌刂骗h(huán)路相位裕度并降低總電流諧波失真。另一方面，高分辨率電流數(shù)據(jù)對(duì)于實(shí)現(xiàn)電子計(jì)量的高精度是必不可少的。為此，這里提出的解決方案使用兩個(gè) delta-sigma 數(shù)字濾波器：一個(gè)配置為高速但分辨率相對(duì)較低，用于 PFC 電流環(huán)路控制；另一個(gè)配置為高分辨率但速度相對(duì)較低，用于電子計(jì)量。