¿Es posible usar una sola MCU S&H de ADC para medir la potencia activa?

Sin embargo, ¿hay alguna forma de calcular la potencia activa con precisión (multiplicando las muestras instantáneas de voltaje y corriente) con un solo ADC y un solo S&H, por ejemplo, a través de la interpolación lineal (para alinear las muestras de corriente y voltaje en el mismo instante)?

Puede hacer esto digitalmente retrasando o adelantando el voltaje o la corriente para que se alineen temporalmente. Solo necesita un pequeño búfer para mantener valores y calcular el valor intermedio que necesita. Cuantos más valores utilice en su rutina de interpolación, mejor será el resultado. Comenzaría probando dos valores e interpolando linealmente para ver qué tipo de error obtiene. Debido a que el voltaje es más predecible que la corriente (más onda sinusoidal), interpolaría esa forma de onda para alinearla con la corriente.

Lo que realmente está diciendo es que hay un retraso entre la medición del voltaje y la corriente.

Ese retraso representa un cambio de fase que depende de la frecuencia. A bajas frecuencias, ese cambio de fase es aceptable. A una frecuencia lo suficientemente alta, no lo es.

Tienes que decidir cuál es tu frecuencia máxima de interés y cuánto error puedes tolerar. Calcule el cambio de fase debido al retraso en su frecuencia más alta, luego calcule el error que causa. Si eso excede el error con el que está dispuesto a vivir, entonces necesita menos demora entre las dos lecturas.

Dicho todo esto, la frecuencia de muestreo de 1 kHz para calcular la potencia real y el factor de potencia para la alimentación de CA típica es demasiado baja. Por lo general, desea ir 10 veces más rápido o más. Recuerde que los picos cortos tienen un contenido significativo de armónicos de alta frecuencia. Nuevamente, debe decidir cuál es su límite de error, pero generalmente desea hacer un trabajo decente con los primeros 100 armónicos más o menos.

Agregado

Ahora dice que su contenido armónico es "bajo" y que las señales tienen "apariencia de onda sinusoidal". Tenga en cuenta que este NO es el caso de la forma de onda actual que muestra. Esos picos agregan un contenido armónico significativo.

Si al menos una de sus señales tiene un contenido armónico bajo, puede medirlo primero y ajustarlo a tiempo con la segunda señal. Por lo general, el voltaje se comporta mejor y es más similar a un seno.

Podría, por ejemplo, hacer un ajuste polinomial en las últimas muestras y luego usarlo para extrapolar la señal al mismo tiempo que se mide la otra señal. O, si puede medir las dos señales alternativamente, espere una muestra para poder usar el promedio de las dos últimas muestras de la señal de ancho de banda bajo para multiplicar por la otra señal. Eso es básicamente interpolar las dos muestras adyacentes para aproximar el valor al mismo tiempo que la muestra de la señal de ancho de banda alto.

En resumen, hay varias formas de filtrar e interpolar múltiples muestras de una señal para estimar su valor en el tiempo de muestra de la otra señal.

Si su frecuencia de muestreo es lo suficientemente rápida y si sabe (calcula) el retraso entre las mediciones de voltaje y corriente, está listo. En este caso, cambie el voltaje a tiempo, ya que será mucho más suave (más fácil). El mayor problema será muestrear lo suficientemente rápido para captar la forma de onda aguda de la corriente. Tal vez muestree la corriente continuamente y el voltaje solo cerca de los cruces por cero.

Sin embargo, tenga en cuenta todos los tiempos de configuración relevantes al cambiar los canales del multiplexor.

Sus picos actuales duran alrededor de 1 milisegundo, con tiempos de subida de 300 uS. Debe muestrear 10X eso, en su búsqueda de precisión. Por lo tanto, 30uS de muestreo por canal. ¿Y para 6 canales? Cada 5 microsegundos. Por lo tanto, la tasa de muestreo de 200 KHz.

Ahora, sobre ese cambio de fase. ¿El error de temporización de 30uS causará un error demasiado grande en la potencia informática? 30uS sería su retraso en el peor de los casos (un ciclo de muestreo completo). Si elige ranuras de muestreo adyacentes para Ix y Vx, entonces 5uS es su retraso.