输入功率和RMS电流测量低成本解决方案
真实输入功率计算
组合方程式1、7和13,得到:
VIN和IIN由ADC在标准中断环路中测量,其具有一定的限制时间,并且主要用于PFC环路控制。因此,为了节省CPU计算时间和防止标准中断环路溢出,仅在该环路中计算Cv(n)C
i(n)。另外,方程式14的 以及
各项,使用无限脉冲响应(IIR)滤波器来实现。在背景环路中完成真实输入功率的最终计算。
输入RMS电流计算
图1所示数字控制器所进行的电流测量并不代表总输入电流,因为电磁干扰(EMI)滤波器中电容的作用未包括在内。在高线压和轻负载条件下,这种滤波器电流不再可以忽略不计,必须将其包括进来,以实现精确的输入电流报告。
图4显示了一种简化版的EMI滤波器,我们去除了电感器,并使用一个单电容器(C)来代替总电容。图中,IEMI为EMI电容器的RMS电抗性电流,IMeasure为数字控制器测量的输入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滤波器产生的电抗性电流为:
为了计算EMI电容器的电抗性电流,首先需要知道输入电压频率。AC线压和中性点电压由两个ADC通道检测,然后通过固件整流。通过对比两个ADC结果,我们可以发现零交叉。由于使用固定率对输入电压进行采样,因此可以通过计数两个连续零交叉点之间的采样数来计算AC频率。一旦知道输入电压频率,便可计算EMI电容器的电抗性电流:
如前所述,在标准中断环路中测量电压,因此为了节省CPU计算时间和防止该环路溢出,仅在其内计算 。
方程式16的 和
项,通过IIR滤波器实现。在背景环路中计算最终EMI电抗性电流。ADC测得电流为:
使用离散格式,它可以写为:
组合方程式1和18得到:
所前所述,在标准中断环路中测量电流,因此仅在该环路中计算 。
方程式19的 和
项通过IIR滤波器实现。
最后,把EMI滤波器的电抗性电流(IEMI)加上IMeasure(RMS),得到总输入电流。IEMI领先受测电流(IMeasure(RMS))90º,因此,在背景环路中计算最终输入RMS电流。
测试结果
这种输入功率和RMS电流测量方法在一个360W的PFC评估模块上进行了测试。结果(表1)表明,这种方法拥有优异的测量精确度。
表1 输入功率和RMS电流测量的测试结果
结论
我们为您介绍了一种低成本但却精确的离线电源输入功率和RMS电流测量方法。这种方法使用现有PFC控制器芯片和硬件,无需传统的专用功率计芯片和额外的检测电路,并且不影响正常的PFC控制。另外,它还具有如下一些特点:
极低的成本
简单的两点校准
使用双采样保持,VIN和IIN同时采样
固件EMI电流补偿
固件电流检测,相移补偿
优化的数学计算,CPU使用开销较少