電子測量儀必須非常準確。圖 1顯示了模塊化硬件系統 - 通用冗余電源 (M-CRPS) 電子測量儀的精度要求 [2]，要求當負載大于 125 W 時，輸入功率測量誤差在 ±1% 以內；當負載在 50 W 至 125 W 之間時，輸入功率測量誤差在 ±1.25 W 以內；當負載低于 50 W 時，輸入功率測量誤差在 ±5 W 以內。

M-CRPS 電子表精度規格要求輸入功率測量誤差：負載大于 125 W 時，誤差在 ±1% 以內；負載在 50 W 至 125 W 之間時，誤差在 ±1.25 W 以內；負載低于 50 W 時，誤差在 ±5 W 以內。

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為了實現如此高的測量精度，傳統上電子計量功能是通過專用計量裝置 [3] 來實現的，如圖2所示。功率因數校正 (PFC) 輸入側的分流器可感測輸入電流，跨交流線和交流中性線的分壓器（圖 2 中未顯示）可感測輸入電壓。專用計量裝置接收此電流和電壓信息，并計算輸入功率和輸入均方根 (RMS) 電流信息，并將結果發送到主機。

圖 2傳統電子表和 PFC 控制配置，其中：分流器放置在 PFC 輸入側以感測輸入電流，分壓器（未顯示）感測交流線，交流中性線感測輸入電壓。來源：德州儀器為了控制 PFC 輸入電流，需要使用另一個電流傳感器（如圖 2 所示的霍爾效應傳感器）來感測輸入電流，然后將輸入電流信息發送到 MCU 以進行 PFC 電流環路控制。但是，霍爾效應傳感器和專用計量裝置都很昂貴。

在本電源技巧中，我將討論一種低成本但高精度的電子測量儀解決方案，該解決方案使用單個電流傳感器進行電子測量和 PFC 電流環路控制。將電子測量儀功能集成到 PFC 控制代碼中，無需使用專用的測量設備，不僅降低了系統成本，還簡化了印刷電路板 (PCB) 布局并加快了設計過程。

電子電表解決方案

圖 3顯示了建議的電子儀表配置。電流分流器感應輸入電流；隔離式 delta-sigma 調制器 AMC1306 測量電流分流器兩端的電壓降。delta-sigma 調制器輸出被發送到 PFC 控制器 MCU。此電流信息將用于電子計量和 PFC 電流環路控制。分壓器感應輸入電壓，然后由 MCU 的模數轉換器 (ADC) 直接測量，就像在傳統 PFC 控制中一樣。

圖 3新型電子計量表和 PFC 控制配置，其中：電流分流器感應輸入電流，隔離式 delta-sigma 調制器測量分流器兩端的電壓降，調制器的輸出用于電子計量和 PFC 電流環路控制。來源：德州儀器Δ-Σ 調制器

與幾乎所有數字 PFC 控制器 MCU 使用的逐次逼近寄存器 (SAR) 型 ADC 相比，delta-sigma 調制器可以提供高分辨率數據。調制器以的速率對輸入信號進行采樣，以產生 1 位代碼流，如圖4所示。

圖 4 Delta-sigma 調制器輸入和輸出；較高的正輸入信號在輸出端產生 1 的時間百分比較高，而較低的負輸入信號在輸出端產生 1 的時間百分比較低。來源：德州儀器1 與 0 的比率表示輸入模擬電壓。例如，如果輸入信號為 0 V，則輸出 50% 的時間是 1。較高的正輸入信號產生 1 的時間百分比較高，而較低的負輸入信號產生 1 的時間百分比較低。與大多數量化器不同，delta-sigma 調制器將量化噪聲推向更高的頻率 [4]，使其適合高精度測量。

Delta-sigma 數字濾波器

C2000 MCU 具有內置 delta-sigma 數字濾波器，可解碼 1 位流。濾波器輸出的有效位數 (ENOB) 取決于濾波器類型、過采樣率 (OSR) 和 delta-sigma 調制器頻率 [5]。通常，對于給定的濾波器類型，OSR 越高，ENOB 就越高；然而，代價是濾波器延遲增加。

通過研究速度與分辨率之間的權衡，選擇正確的濾波器配置非常重要。對于 PFC 電流環路控制，較短的延遲更為重要，因為它可以幫助增加控制環路相位裕度并降低總電流諧波失真。另一方面，高分辨率電流數據對于實現電子計量的高精度是的。為此，這里提出的解決方案使用兩個 delta-sigma 數字濾波器：一個配置為高速但分辨率相對較低，用于 PFC 電流環路控制；另一個配置為高分辨率但速度相對較低，用于電子計量。