通過采樣電壓與電流的乘積並進行平均處理可以完成60Hz電路的平均功耗測量(相當於VRMS × IRMS × cos(φ))。這裏要用四象限乘法，因為瞬時電壓和電流可能具有相反的極性。它有很多種實現方法，包括模數(A/D)轉換+數字信號處理，或者使用相對昂貴的模擬乘法器芯片+模擬或數字處理。本設計實例介紹了第三種方法。這種方法使用便宜的運放和模擬開關實現脈衝寬度/脈衝幅度調製器(PWM/PAM)並將它用作四象限乘法器。這種電路經過修改可以用於許多不同的應用。

 

PWM/PAM乘法器的基本概念是

，一個(非重疊)maichongboxingzaidangezhouqineidepingjunzhidengyumaichongmianjichuyimaichongzhongfuzhouqi。youyumeigejuxingmaichongfuduzhengbiyudianyazhi
，kuanduzhengbiyudianliu，juxingmianjizhengbiyudianyayudianliudechengji。ruguomaichongzhongfusulvyuangaoyubeicepinlv
，namejiukeyijiashezaimaichongboxingdeyigezhouqineidianyahedianliubuhuiyoumingxiandebianhua。PWM/PAM輸出連到一個低通濾波器
，用於濾除脈衝頻率及其諧波
，並恢複出想要的平均值。

 

電路共使用了兩個變壓器：一個是降壓變壓器TR1
，用於產生低電平的電壓信號；另一個是電流變壓器TR2，用於產生低電平的電流信號，並具有完全的電流隔離。

圖1：使用脈衝調製技術測量交流功耗。

 

運放IC1-A用作比較器，產生頻率約為6kHz且相當線性的三角波(圖2)。為了取得低於滿刻度1%的誤差，這種過采樣是必須的(100乘以60Hz信號頻率，或50乘以理論上的奈奎斯特頻率)。三角波的峰峰幅度必須滿足兩個條件才能獲得可接受的線性響應。首先，它必須大於或等於T2產生的交流電流最大峰峰值電壓，這樣才能實現100%的PWM占空比。其次

，它必須至少比±VCC低10%。

圖2：IC1-B(-)輸入。

 

運放IC1-B被配置為產生零基線的雙極方波(圖3)
，其占空比取決於T2產生的電流信號的瞬時值。電容C2用於獲得陡峭的輸出電壓轉換。運放的壓擺率必須大於等於10V/μs，以便產生最優的方波PWM信號。當T2產生的瞬時電流信號值為0時，IC1-B將輸出占空比為50%的信號。隨著電流信號從0增加到滿刻度
，占空比隨之從50%增加到100%。當電流信號從0降低到負的滿刻度時，占空比將從50%減小到0%。

圖3：IC1-B輸出。

 

運放IC2-A
、開關IC3-A和相關的電阻實現了一個四象限乘法器，實現形式相當於增益為+1(開關閉合)或-1(開關斷開)的放大器。開關由IC1-B的PWM輸出進行控製。當IC1-B的輸出為正時，開關閉合
；當IC1-B的輸出為負時，開關斷開。從IC2-A產生的輸出(圖4)是IC1-BPWM輸出的複製(占空比正比於電流)，除了幅度正比於電壓外。

圖4：IC2-A輸出。

 

IC2-B是電路的最後一級
，是一個低通濾波器
，用於移除6kHz的PWM頻率及其諧波以及60Hz調製信號。它的輸出正比於PWM信號的平均值
，因此就是平均的60Hz功耗值。