几种功率测量的方法及应用分析方法（几种功率测量的方法及应用分析）

欢迎您来到125生活网，我是小二，许多人对这个问题还不是很清楚，以下是我对几种功率测量的方法及应用分析方法，几种功率测量的方法及应用分析精心的整理，预计阅读2分钟。

介绍

功率测量用于测量用电设备所消耗的功率，广泛应用于家用电器、照明设备、工业机器、生产线等领域的研发。本文重点介绍几种功率测量方法及其具体应用。

1.功率测量技术

有4种测量功率的方法：

(1)二极管检测功率法；

(2)等效热功耗检测方法；

(3)真有效值/DC (TRMS/DC)转换检测功率法；

(4)对数放大和功率检测法。

下面介绍这四种方法，并比较它们的优缺点。

1.1利用二极管检测功率的方法

二极管检测输入功率的电路如图1所示。图1(a)是一个简单的半波整流和滤波电路，总输入电阻为50 。d是整流管，C是滤波电容。输入电源引脚经过整流和滤波，获得输出电压U0。但是，当环境温度升高或降低时，U0会发生显著变化。图1(b)示出了一种改进的二极管检测输入功率的电路，该电路增加了一个温度补偿二极管D2来补偿二极管D1的整流电压。二极管具有负温度系数。当温度升高时，D1的压降会减小，但D2的压降也会减小，最终输出电压保持稳定。

需要指出的是，二极管检测电路响应平均值，不能直接测量输入功率的有效值，而是根据正弦波有效值与平均值的关系间接测量有效值功率。显然，当被测波形不是正弦波时，波峰因数不等于1.4142，会造成较大的测量误差。

1.2等效热功耗检测方法

等效热功耗检测方法的电路如图2所示。它将未知交流信号的等效热量与DC参考电压的有效热量进行比较。当信号电阻(R1)和参考电阻(R2)的温差为零时，两个电阻的功耗相等，所以未知信号电压的有效值等于DC参考电压的有效值。R1和R2是低温度系数的匹配电阻，它们的压降分别为KU1和KU0。为了测量温差，电压输出温度传感器A和B分别连接在R1和R2附近。两个热电偶也可以用来测量温差。R1和R2也分别串联过热保护电阻。

虽然等效热功耗检测法的原理非常简单，但是在实际应用中很难实现，而且这种检测设备的价格非常昂贵。

1.3真有效值/DC (trms/DC)转换检测功率方法

真有效值/DC转换功率检测法最大的优点是测量结果与被测信号的波形无关，这就是“真有效值”的含义。因此，它可以精确地测量任何波形的真实均方根功率。测量真均方根功率的第一种方法是使用单芯片真均方根/DC转换器(如AD636)，首先测量真均方根电压电平，然后将其转换为真均方根功率电平。

另一个测量真均方根功率的电路框图如图3所示。与此电路对应的典型产品是单芯片RF真有效值功率检测系统集成电路AD8361。U1是射频信号输入端，U0是DC电压输出端。US端接2.7 ~ 5.5v电源，COM为共地。IREF是参考工作模式选择终端，PWDN是睡眠模式控制终端。FLTR是滤波器的引出端，在该端和美国端之间并联一个电容，以降低滤波器的截止频率。SREF是功率参考控制终端。

从U1端输入的射频电压有效值为U1，通过平波器1产生与U12成正比的脉动电流信号I。电流信号通过由内部电阻R1和电容C组成的平方律检测器获得均方值电压U12，并输入到误差放大器的同相输入端。平方器2和误差放大器可以形成闭合的负反馈电路，并且负反馈信号被加到误差的反相输入端

这种检测方法有以下优点：第一，由于两个平方器是相同的，所以量程改变时转换精度不会受到影响；其次，当环境温度变化时，两个平方器可以互相补偿，保持输出电压稳定；第三，所用平方器的频带很宽，从DC到微波。

1.4对数放大检测功率法

对数放大器检波器由多级对数放大器组成，其电路框图如图4所示。图4中有五个对数放大器(A ~ E)。每个对数放大器的增益为20dB(即电压放大倍数为lO倍)，最大输出电压限制为lV。因此，对数放大器的斜率ks=LV/20db，即50mv/db。五个对数放大器的输出电压分别通过检波器送到加法器()，然后通过低通滤波器得到输出电压U0。对数放大器可以对输入交流信号的包络进行对数运算，其输出电压与kS和PIN的关系如下

其中：B是截距，对应于输出电压为零时的输入功率电平值。

普通对数放大器的特性曲线只适用于正弦波输入信号。当输入信号不是正弦波时，特性曲线上的截距会发生变化，从而影响输出电压值。此时，应校正输出读数。需要指出的是，ADI公司生产的AD8362单芯片RF真有效值功率检波器虽然也属于对数检波功率法，但采用独特的专利技术，可以适用于任何输入信号波形，特性曲线上的截距不随输入信号变化。

2.单片DC功率测量系统的设计。

MAX42ll属于低成本、低功耗、高端DC功率/电流测量系统。它使用精密电流检测放大器来测量负载电流，然后使用模拟乘法器来计算功率。因此不影响负载的接地路径，特别适用于测量电池供电系统的功率和电流值。功率和电流的最大误差小于1.5%，频率带宽为220kHz。测量的电源电压的标准值为4-28V。检测电流时的满量程电压为100mV或150mV。电源电压2.7 ~ 5.5 V，工作电流670A(典型值)。

Max42LL A/B/C的简化电路如图5所示，主要包括精密电流检测放大器、25: 1电阻分压器和模拟乘法器。外围电路包括被测4~28V电源电压、2.7 ~ 5.5V芯片工作电压、电流检测电阻RSENSE和负载。测量原理是利用精密电流检测放大器检测负载电流，得到与电流成正比的模拟电压，然后将电压加到模拟乘法器上，负载电流乘以源电压，从POUT端输出与负载功率成正比的电压。设功率检测放大器的增益为G，RSENSE上的电压为USENSE，RS引脚的源电压为URS，则

Max42l 1a/b/c内部分压电阻连接到RS端和模拟乘法器的输入端。这种设计可以精确测量电源负载的功率，为电源(如电池)提供保护。POUT端和IOUT端输出的功率信号和电流信号可以分别通过A/D转换器发送到MCU。理想情况下，最大负载电流在RSENSE上产生满量程检测电压。通过选择适当的增益，电流检测放大器可以获得最大输出电压而不会饱和。计算RSENSE的最大值时，RS端和RS端之间的差分电压不应超过满量程检测电压。适当增加RSENSE的电阻值可以提高USENSE，有助于减小输出误差。

3.单片真有效值射频功率测量系统的设计

通信系统的要求是保证功率放大器在发送端能满足传输的需要，输出功率不超过规定的指标，否则设备会过热损坏。因此，必须在发射机电路中增加射频功率测量和功率控制电路。同样，射频功率测量对接收机来说也很重要。根据有效值定义计算出的功率称为“真均方根功率”，简称“真功率”。由于现代通信系统具有恒定负载和阻抗源(通常为50)，因此只需知道电压有效值就可以计算出功率，功率测量可以转化为电压有效值的测量。

传统的射频功率计或射频检测系统电路复杂，集成度低。最近，美国ADI公司相继推出完全集成AD8361、AD8362和AD8318的单芯片RF真有效值功率测量系统，不仅可以精确测量RF功率，还可以测量中频(IF)和低频(LF)功率。

AD8318是一款单芯片RF功率测量系统，采用高速硅锗制造工艺制造，将绝缘体上硅与超高速互补双极性器件相结合。其内部解调对数放大器的输出电压与被测功率成正比，可以精确测量1 MHz ~ 8 GHz的射频功率。测量适合计算机和无线局域网基站的无线输出功率。AD8318不仅远远优于传统产品，而且具有比模块化测量系统更高的性价比和比二极管功率检测方法更高的精度。AD8318集高精度、低噪声和宽动态范围于一体。在5.8GHz的输入频率下，AD8318的测量精度优于ldB，动态范围为55dB。8GHz时精度优于3dB，动态范围超过58dB。但输出噪声仅采用对数放大功率法测量，对数斜率的额定值为25mV/dB，可通过改变UOUT与USET引脚之间反馈电压的比例系数进行调整。当信号从IN端子输入时，截取功率电平为25dB。AD8318的典型应用电路如图6所示。

AD8318专门设计用于测量最高8 GHz的RF功率，因此保持IN和IN引脚与功能单元电路之间的绝缘非常重要。AD8318的正电源引脚UPSI和UPS0必须连接相同的电压，UPSI引脚为输入电路提供偏置电压，UPSO引脚为UOUT引脚的低噪声输出驱动器提供偏置电压。AD8318内部还有一些独立的公共接地。CMOP用作输出驱动器的公共地。所有公共接地都应连接到低阻抗印刷接地区域。允许的电源电压范围为4.5 ~ 5.5v.C3 ~ C6是电源去耦电容，应尽可能靠近电源引脚和地。

AD8318采用交流耦合和单端输入模式。当输入信号的频率为lMHz ~ 8GHz时，连接IN和IN的耦合电容(C1、C2)可采用0402 lnF表贴陶瓷片式电容，耦合电容应靠近IN和IN-pin。当与IN引脚匹配时，外部分流电阻R1(52.3)可以提供具有足够带宽的50匹配阻抗。AD8318的输出电压可以通过模数转换器直接发送至数字电压表(DVM)或单片机(C)。

4.结论。

详细介绍了四种常用的功率测量方法，并给出了DC功率测量系统和射频功率测量系统的设计方案。

好了，对于上述问题的回答就结束了，希望能让你有所启发或者能所帮助，小二将再未来的文章更加努力，希望你喜欢！