【導(dǎo)讀】PWM/PAM 乘法器的基本概念是單個周期內(nèi)（非重疊）脈沖波形的平均值是脈沖面積除以脈沖重復(fù)周期。每個矩形脈沖幅度與電壓成正比，寬度與電流成正比，矩形的面積與乘積成正比：電壓乘以電流。如果脈沖重復(fù)率遠(yuǎn)高于被測頻率，則可以假設(shè)電壓和電流沒有變化 明顯地在脈沖波形的一個周期內(nèi)。PWM/PAM 輸出后跟一個低通濾波器，以去除脈沖頻率及其諧波并恢復(fù)所需的平均值。
0Hz 電路中平均功率的測量（相當(dāng)于 V RMS × I RMS × cos(?)）可以通過對電壓和電流的乘積進(jìn)行采樣并取平均值來完成。這需要四象限乘法，因?yàn)樗矔r電壓和電流可能具有相反的極性。它可以通過多種方式實(shí)現(xiàn)，包括模數(shù) (A/D) 轉(zhuǎn)換，然后進(jìn)行數(shù)字信號處理，或者使用相對昂貴的模擬乘法器芯片，然后進(jìn)行模擬或數(shù)字處理。本設(shè)計(jì)理念提出了第三種方法。它使用廉價的運(yùn)算放大器和模擬開關(guān)來實(shí)現(xiàn)用作四象限乘法器的脈沖寬度/脈沖幅度調(diào)制器 (PWM/PAM)。該電路可適用于許多不同的應(yīng)用。
PWM/PAM 乘法器的基本概念是單個周期內(nèi)（非重疊）脈沖波形的平均值是脈沖面積除以脈沖重復(fù)周期。每個矩形脈沖幅度與電壓成正比，寬度與電流成正比，矩形的面積與乘積成正比：電壓乘以電流。如果脈沖重復(fù)率遠(yuǎn)高于被測頻率，則可以假設(shè)電壓和電流沒有變化 明顯地在脈沖波形的一個周期內(nèi)。PWM/PAM 輸出后跟一個低通濾波器，以去除脈沖頻率及其諧波并恢復(fù)所需的平均值。
該電路使用兩個變壓器：降壓變壓器 TR1 產(chǎn)生低電平電壓信號，電流互感器 TR2 產(chǎn)生低電平電流信號，具有完全電流隔離。
圖 1 使用脈沖調(diào)制技術(shù)測量交流電源
運(yùn)算放大器 IC1-A 用作比較器并生成頻率約為 6kHz 的相當(dāng)線性的三角波形（圖 2 ）。這種過采樣（60Hz 信號頻率的 100 倍，或理論奈奎斯特速率的 50 倍）需要實(shí)現(xiàn)低于滿量程 1% 的誤差。三角波峰峰值振幅必須滿足兩個標(biāo)準(zhǔn)才能獲得可接受的線性響應(yīng)。首先，它必須大于或等于來自 T2 的交流電流峰峰值電壓，以便 100% 的 PWM 占空比成為可能。其次，它必須至少比 ±V CC低 10% 。
圖2 IC1-B（-）輸入
運(yùn)算放大器 IC1-B 配置為生成零基線雙極性方波（圖 3），其占空比由來自 T2 的電流信號的瞬時值決定。電容器 C2 需要獲得急劇的輸出電壓轉(zhuǎn)換。運(yùn)算放大器應(yīng)具有 10V/?s 或更高的轉(zhuǎn)換速率，以產(chǎn)生方波 PWM 信號。當(dāng)來自 T2 的電流信號的瞬時值為零時，IC1-B 輸出的占空比將為 50%。隨著電流信號從零增加到滿量程，占空比從 50% 增加到 100%。隨著電流信號從零減小到負(fù)滿量程，占空比從 50% 減小到 0%。
圖 3 IC1-B 輸出
運(yùn)算放大器 IC2-A、開關(guān) IC3-A 和相關(guān)電阻器以放大器形式實(shí)現(xiàn)四象限乘法器（參考 1），增益為 +1（開關(guān)閉合）或 -1（開關(guān)打開）。開關(guān)由IC1-B輸出的PWM控制；當(dāng)IC1-B的輸出為正時開關(guān)閉合，當(dāng)IC1-B的輸出為負(fù)時開關(guān)打開。IC2-A 的終輸出（圖 4）是 IC1-B 的 PWM 輸出的復(fù)制品（占空比與電流成正比），但振幅與電壓成正比。
圖 4 IC2-A 輸出
IC2-B， 電路的階段是一個低通濾波器，它可以去除 6kHz PWM 頻率及其諧波以及 60Hz 調(diào)制。它的輸出與 PWM 信號的平均值成正比，因此與平均 60Hz 功率成正比。
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