今日，包含离线电源实在输入功率和输入RMS电流丈量在内的能耗实时丈量，正变得愈加重要。这些丈量可用于调理供电和优化动力运用。例如，设备有许多服务器的一些数据中心对服务器层辅佐功耗丈量就很感兴趣，由于这样能够完成低本钱数据服务，并对低功耗作业期间的处理才能进行智能的办理。输入功率和电流的一般丈量办法是运用一个专用功率计芯片和附加检测电路。虽然功率计芯片能够供给可承受的丈量成果，但它大大增加了本钱和规划作业量。
丈量设备
图1显现了由一个数字操控器进行电源阻隔操控的传统PFC设备。输入线路和中性点电压通过一个衰减网络检测，之后由两个独自的模数转化器 (ADC) 输入采样。电流信号经由一个分流器检测，然后被信号调理电路扩大和滤波。之后，衔接至一个ADC进行电流环路操控。由于输入电压和电流丈量现已具有，因而可用它们来丈量输入功率和RMS电流。相同的传统PFC设备用于这些丈量，无需传统专用功率计芯片和附加检测电路。
图1 输入功率和电流丈量PFC设备
电流丈量与校准
电流检测信号调理电路(图1)一般由一个运算扩大器和一个低通滤波器组成，意图是放巨细检测信号和去除高频噪声。之后，通过一个ADC丈量该信号，并以ADC计数陈述。为了取得实在的电流值，需把ADC计数转化为以安培为单位的电流。ADC计数与安培的联系可由原理图推导得出;可是，组件容差可能会使丈量准确度变得不行承受。因而，需求进行一次校准。
电路如图1所示，在任何时候，分流器的输入电流(单位毫安培)均为：
核算得到的ki和mi为小数，小于1,而PFC运用的大多数数字操控器均运用定点数学核算。为了下降核算的化整差错和坚持足够高的准确度，把这些小数值乘以2N,然后四舍五入为最为挨近的整数。例如，假如PFC电路的电流检测增益和偏移量核算得到为ki= 1.59和mi= 229.04,则ki乘以28,然后四舍五入为407;mi乘以20.电流斜率和偏移量分别为：
其间，iin_slope = 407,iin_slope_shift = 8,iin_offset = 229,而iin_offset_shift = 0.
核算得到输入功率和RMS电流今后，假如ki和mi为倍数，则不要直接运用它们，你能够先运用iin_slope和iin_offset来做乘法运算。然后，运用iin_slope_shift和iin_offset_shift来转化成果。例如，不要运用y = ki× x + mi× z进行核算，而要运用下面的核算办法：
电压检测电路非常简略，它能够仅仅一个分压器，如图2所示。一般，会有一些箝制二极管来维护ADC引脚。由于二极管的反向漏电流影响ADC的丈量准确度，因而应挑选运用低反向漏电流的二极管。
图2 AC输入电压检测电路
任何时候，输入电压均为：
其间，kv为电压检测增益，Cv为ADC转化输出(计数)，而mv则为电压检测偏移量。Kv和mv的校准办法相似，都是对电流检测增益和偏移量进行校准。可是，一种愈加简略的办法是只需依据原理图进行核算。由于没有了校准，因而分压器运用的电阻会影响丈量准确度。咱们引荐把低容差电阻器用作分压器，例如：0.1%容差。
一个12位ADC和2.5V基准电压的数字操控器，输入电压被分压器衰减至2.5V以下。这样，通过衰减的信号被ADC转化为数字信号。因而：
与输入电流丈量相似，需求对电压检测增益和偏移量进行一些操作，以使其习惯定点微处理器，并下降核算差错。
VIN和IIN相互联系
实在输入功率界说为：
其间，N为总采样数。方程式13标明，需一起对VIN和IIN采样。可是，VIN和IIN却是由两个不同的ADC通道在不一起间采样。即使是很小的时刻差，也会引起丈量差错。在一些数字操控器中，例如：TI UCD3138等，具有一种被称作“双采样坚持”的机制，其答应两种通道一起采样，然后消除了这种差错。
由于电流检测电路中运用了低通滤波器，受测电流信号呈现推迟，而且实践电流存在相移。图3显现了这种状况，图中，通道2为实践电流信号，通道1为通过扩大的相同信号，其随后经低通滤波器输出。该扩大信号有约220 μs的相位推迟。需求对这种推迟进行补偿，不然它会影响输入功率丈量的准确度。一种简略的补偿办法是，让VIN-sense信号推迟约220μs,然后运用该通过推迟的VIN信号来进行输入功率核算。所以，假如每隔20μs丈量一次VIN,则需求对其推迟220/20 =11次。
图3 电流检测相移
实在输入功率核算
组合方程式1、7和13,得到：
输入RMS电流核算
图1所示数字操控器所进行的电流丈量并不代表总输入电流，由于电磁搅扰(EMI)滤波器中电容的效果未包含在内。在高线压和轻负载条件下，这种滤波器电流不再能够忽略不计，有必要将其包含进来，以完成准确的输入电流陈述。
图4显现了一种简化版的EMI滤波器，咱们去除了电感器，并运用一个单电容器(C)来替代总电容。图中，IEMI为EMI%&&&&&%器的RMS电抗性电流，IMeasure为数字操控器丈量的输入RMS电流，而IIN则为总输入RMS电流。
图4 简化版EMI滤波器的电流
EMI滤波器发生的电抗性电流为：
运用离散格局，它能够写为：
测验成果
这种输入功率和RMS电流丈量办法在一个360W的PFC评价模块进步行了测验。成果(表1)标明，这种办法具有优异的丈量准确度。
表1 输入功率和RMS电流丈量的测验成果
定论
特色：
极低的本钱
简略的两点校准
运用双采样坚持，VIN和IIN一起采样
固件EMI电流补偿
固件电流检测，相移补偿
优化的数学核算，CPU运用开支较少
本文介绍的这种新颖、低本钱且准确的输入功率和RMS电流丈量解决方案，运用现有的数字功率因数校对(PFC)操控芯片和硬件，以及简略的两点校准和优化数学核算。这样便可供给优异的丈量准确度，并极大下降本钱和削减作业量，一起不影响正常的PFC操控。
