低成本、高精度电子计量解决方案
电子测量仪必须非常准确。图 1显示了模块化硬件系统 - 通用冗余电源 (M-CRPS) 电子测量仪的精度要求 [2]，要求当负载大于 125 W 时，输入功率测量误差在 ±1% 以内；当负载在 50 W 至 125 W 之间时，输入功率测量误差在 ±1.25 W 以内；当负载低于 50 W 时，输入功率测量误差在 ±5 W 以内。
M-CRPS 电子表精度规格要求输入功率测量误差：负载大于 125 W 时，误差在 ±1% 以内；负载在 50 W 至 125 W 之间时，误差在 ±1.25 W 以内；负载低于 50 W 时，误差在 ±5 W 以内。
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为了实现如此高的测量精度，传统上电子计量功能是通过专用计量装置 [3] 来实现的，如图2所示。功率因数校正 (PFC) 输入侧的分流器可感测输入电流，跨交流线和交流中性线的分压器（图 2 中未显示）可感测输入电压。专用计量装置接收此电流和电压信息，并计算输入功率和输入均方根 (RMS) 电流信息，并将结果发送到主机。
图 2传统电子表和 PFC 控制配置，其中：分流器放置在 PFC 输入侧以感测输入电流，分压器（未显示）感测交流线，交流中性线感测输入电压。来源：德州仪器为了控制 PFC 输入电流，需要使用另一个电流传感器（如图 2 所示的霍尔效应传感器）来感测输入电流，然后将输入电流信息发送到 MCU 以进行 PFC 电流环路控制。但是，霍尔效应传感器和专用计量装置都很昂贵。
在本电源技巧中，我将讨论一种低成本但高精度的电子测量仪解决方案，该解决方案使用单个电流传感器进行电子测量和 PFC 电流环路控制。将电子测量仪功能集成到 PFC 控制代码中，无需使用专用的测量设备，不仅降低了系统成本，还简化了印刷电路板 (PCB) 布局并加快了设计过程。
电子电表解决方案
图 3显示了建议的电子仪表配置。电流分流器感应输入电流；隔离式 delta-sigma 调制器 AMC1306 测量电流分流器两端的电压降。delta-sigma 调制器输出被发送到 PFC 控制器 MCU。此电流信息将用于电子计量和 PFC 电流环路控制。分压器感应输入电压，然后由 MCU 的模数转换器 (ADC) 直接测量，就像在传统 PFC 控制中一样。
图 3新型电子计量表和 PFC 控制配置，其中：电流分流器感应输入电流，隔离式 delta-sigma 调制器测量分流器两端的电压降，调制器的输出用于电子计量和 PFC 电流环路控制。来源：德州仪器Δ-Σ 调制器
与几乎所有数字 PFC 控制器 MCU 使用的逐次逼近寄存器 (SAR) 型 ADC 相比，delta-sigma 调制器可以提供高分辨率数据。调制器以极高的速率对输入信号进行采样，以产生 1 位代码流，如图4所示。
图 4 Delta-sigma 调制器输入和输出；较高的正输入信号在输出端产生 1 的时间百分比较高，而较低的负输入信号在输出端产生 1 的时间百分比较低。来源：德州仪器1 与 0 的比率表示输入模拟电压。例如，如果输入信号为 0 V，则输出 50% 的时间是 1。较高的正输入信号产生 1 的时间百分比较高，而较低的负输入信号产生 1 的时间百分比较低。与大多数量化器不同，delta-sigma 调制器将量化噪声推向更高的频率 [4]，使其适合高精度测量。
Delta-sigma 数字滤波器
C2000 MCU 具有内置 delta-sigma 数字滤波器，可解码 1 位流。滤波器输出的有效位数 (ENOB) 取决于滤波器类型、过采样率 (OSR) 和 delta-sigma 调制器频率 [5]。通常，对于给定的滤波器类型，OSR 越高，ENOB 就越高；然而，代价是滤波器延迟增加。
通过研究速度与分辨率之间的权衡，选择正确的滤波器配置非常重要。对于 PFC 电流环路控制，较短的延迟更为重要，因为它可以帮助增加控制环路相位裕度并降低总电流谐波失真。另一方面，高分辨率电流数据对于实现电子计量的高精度是必不可少的。为此，这里提出的解决方案使用两个 delta-sigma 数字滤波器：一个配置为高速但分辨率相对较低，用于 PFC 电流环路控制；另一个配置为高分辨率但速度相对较低，用于电子计量。