CN101930025A - 一种功耗测试装置 - Google Patents

Abstract

本发明适用于电子设备功耗测试领域，提供了一种功耗测试装置；功耗测试装置包括：采样电路、滤波电路、放大电路以及单片机，单片机的第一输入端连接至放大电路的输出端，对放大电路的输出进行模数转换以及编程运算后由单片机的第一输出端输出待测装置的功耗值。本发明提供的功耗测试装置通过采样电路对供电电源的输出进行采样，对采样的信号进行滤波、放大处理后经单片机进行模数转换以及编程运算后输出电源的功耗值；从而代替了现有的人工测量方式，减少了误差，提高了精度，节约了成本；同时采用选通电路对不同的电源组合进行选通输出，可以满足所有板卡的取电方式。

Description

一种功耗测试装置

技术领域

本发明属于电子设备功耗测试领域，尤其涉及一种功耗测试装置。

背景技术

目前对电子产品节能的要求越来越高，各生产厂商一般都有严格的功耗测量方法及规定，许多产品已在显著位置标明产品的功耗。然而，对于计算机来说，一台计算机整体的功耗很容易测量出来，如果要使整个计算机的功耗降低，必须知道计算机内的每一个设备的功耗，主板是计算机中不可缺少的组成部分，有必要对主板的功耗进行单独测试；因此，电子设备生产商在产品开发过程中需要一种基本的测试设备来测量计算机主板或其他板卡的功耗，从而帮助开发人员进行改进设计。

现有的功耗测试板是根据电阻串联分压原理，将电阻单元串联在板卡各供电电压线路上，然后通过人工使用电压表分别测量各供电电压线路上各个电阻两端的电压，采用人工计算板卡供电电压消耗的功耗，相加后得到板卡总功耗。

这种方式需要人工使用万用表测量板卡各供电电压线路上的每一个电阻的电压，由于对该电压的精度要求比较高(毫伏级)，因此对万用表的精度要求比较高，而高精度的万用表价格昂贵，因此导致测试成本高；同时由于人工参与测量容易造成人为失误以及板卡焊接造成的误差，使得测试结果并不精确；此外，还需要记录并计算板卡各测量电压的功耗及板卡的总功耗，不方便，人力成本高。同时，因计算机主板的取电方式种类较多，现有功耗测试板的输入、输出接口的组合方式不能满足所有板卡取电组合方式的需求，对一些板卡不能够进行功耗测量。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种功耗测试装置，旨在解决现有的功耗测试板需要人工参与导致误差大、成本高、测量结果不精确的问题。

本发明实施例是这样实现的，一种功耗测试装置，所述功耗测试装置包括：

采样电路，其连接在供电电源的输出电源线与待测装置的电源输入端之间，采集并输出所述供电电源的输出电源线输出的模拟电压信号；

滤波电路，其第一输入端连接至所述采样电路的输出端，将所述采样电路输出的模拟电压信号滤波后输出；

放大电路，其输入端连接至所述滤波电路的输出端，将所述滤波后的模拟电压信号放大后输出；以及

单片机，其第一输入端连接至所述放大电路的输出端，对所述放大电路的输出进行模数转换以及编程运算后由所述单片机的第一输出端输出待测装置的功耗值。

其中，所述采样电路包括：串接在所述供电电源的输出电源线与待测装置的电源输入端之间的电阻单元，所述电阻单元包括多个并联的电阻。

其中，所述电阻为毫欧级电阻。

其中，所述功耗测试装置还包括：显示电路，连接至所述单片机的第一输出端，将所述单片机的第一输出端输出的待测装置的功耗值显示出来。

其中，所述功耗测试装置还包括：电源转换模块，其输入端连接至所述供电电源的输出电源线，所述电源转换模块的输出端分别连接至所述单片机的电源端以及所述放大电路的电源端，将所述供电电源的输出电源线输出的模拟电压信号转换为供电电压信号并给所述单片机以及所述放大电路供电。

其中，所述供电电源包括多路输出电源线，每路输出电源线上串接一个电阻单元，每个电阻单元包括多个并联的电阻。

其中，所述功耗测试装置还包括：选通电路，其输入端连接至所述采样电路的输出端，所述选通电路的输出端连接至所述滤波电路的输入端，所述选通电路的控制端连接至所述单片机的第二输出端，根据所述单片机的第二输出端输出的控制信号对所述供电电源输出的多路电源进行选通组合。

其中，所述选通电路进一步包括：多路选通继电器；其中每路选通继电器的输入端与所述一个电阻单元连接，每路选通继电器的输出端与所述滤波电路的输入端连接，每路选通继电器的控制端与所述单片机的第二输出端连接；以及按键电路；其输出端连接至所述单片机的第二输入端，根据所述按键电路的输入端输入的电源组合信号由所述单片机的第二输出端输出控制信号并控制所述多路选通继电器对所述供电电源输出的多路电源进行选通组合。

其中，所述多路输出电源线包括：4PIN CPU电源线、8PIN CPU电源线、20PIN ATX电源线、24PIN ATX电源线、4PIN电源线和AT电源线。

其中，所述功耗测试装置还包括：校验电路，其连接至所述滤波电路的第二输入端，用于对***误差进行校验。

本发明实施例提供的功耗测试装置通过采样电路对供电电源的输出进行采样，对采样的信号进行滤波、放大处理后经单片机进行模数转换以及编程运算后输出电源的功耗值；从而代替了现有的人工测量方式，减少了误差，提高了精度，节约了成本；同时采用选通电路对不同的电源组合进行选通输出，可以满足所有板卡的取电方式。

附图说明

图1是本发明实施例提供的功耗测试装置与供电电源以及待测装置之间的逻辑结构示意图；

图2是本发明实施例提供的功耗测试装置的模块结构图；

图3是本发明实施例提供的用于测量计算机主板功耗的功耗测试装置的模块结构图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明实施例提供的功耗测试装置通过采样电路对供电电源的输出进行采样，对采样的信号进行滤波、放大处理后经单片机进行模数转换以及编程运算后输出电源的功耗值；从而代替了现有的人工方式，减少了误差，提高了精度，节约了成本。

图1示出了本发明实施例提供的功耗测试装置2与供电电源1以及待测装置3之间的逻辑结构，为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分，详述如下。

功耗测试装置2的输入端连接至供电电源1的输出电源线，功耗测试装置2的输出端连接至待侧装置3的电源输入端；供电电源1输出的电源电压经过功耗测试装置2后提供给待侧装置3供电；其中，待测装置3可以为计算机主板，通过功耗测试装置2可以测量计算机主板的功耗。

在本发明实施例中，功耗测试装置2的模块结构如图2所示，为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分，详述如下。

功耗测试装置2包括：采样电路21、滤波电路23、放大电路24以及单片机25；其中采样电路21连接在供电电源1的输出电源线与待测装置3的电源输入端之间，采样电路21采集并输出供电电源1的输出电源线输出的模拟电压信号；滤波电路23的第一输入端连接至采样电路21的输出端，将采样电路21输出的模拟电压信号滤波后输出；放大电路24的输入端连接至滤波电路23的输出端，将滤波后的模拟电压信号放大后输出；单片机25的第一输入端连接至放大电路24的输出端，对放大电路24的输出进行模数转换以及编程运算后由单片机25的第一输出端输出待测装置3的功耗值。

作为本发明的一个实施例，采样电路21包括：串接在供电电源1的输出电源线与待测装置3的电源输入端之间的电阻单元，该电阻单元包括多个并联的电阻；其中，电阻为毫欧级电阻。

在本发明实施例中，功耗测试装置2还包括：显示电路26，连接至单片机25的第一输出端，将单片机25的第一输出端输出的待测装置3的功耗值显示出来。作为本发明的一个实施例，显示电路26可以为LED显示器，单片机25第一输出端输出的待测装置3的功耗值可以通过4位(精确到小数点后一位)的LED显示器显示。

在本发明实施例中，功耗测试装置2还包括：电源转换模块27，其输入端连接至供电电源1的输出电源线，电源转换模块27的输出端分别连接至单片机25的电源端以及放大电路24的电源端，将供电电源1的输出电源线输出的模拟电压信号转换为供电电压信号并给单片机25以及放大电路24供电。

在本发明实施例中，功耗测试装置2还包括：校验电路28，连接至滤波电路23的第二输入端，校验电路28用于对***误差进行校验，校验后的***误差分别经滤波电路23滤波、放大电路24放大后输入给单片机25，单片机25在编程运算计算板卡的电压消耗功率时会将***误差考虑进去，从而提高了测量精度。

在本发明实施例中，供电电源1包括多路输出电源线，每路输出电源线上串接一个电阻单元，每个电阻单元包括多个并联的电阻。其中，多路输出电源线包括：4PIN CPU电源线、8PIN CPU电源线、20PIN ATX电源线、24PIN ATX电源线、4PIN电源线和AT电源线。

在本发明实施例中，功耗测试装置2还包括：选通电路22，其输入端连接至采样电路21的输出端，选通电路22的输出端连接至滤波电路23的输入端，选通电路22的控制端连接至单片机25的第二输出端，根据单片机25的第二输出端输出的控制信号对供电电源1输出的多路电源进行选通组合。

作为本发明的一个实施例，选通电路22进一步包括：多路选通继电器221以及按键电路222；其中每路选通继电器的输入端与一个电阻单元连接，每路选通继电器的输出端与滤波电路23的输入端连接，每路选通继电器的控制端与单片机25的第二输出端连接；按键电路222的输出端连接至单片机25的第二输入端，根据按键电路222的输入端输入的电源组合信号，由单片机25的第二输出端输出控制信号并控制多路选通继电器221对供电电源1输出的多路电源进行选通组合。

为了更进一步说明本发明实施例提供的功耗测试装置，图3示出了本发明实施例提供的用于测量计算机主板功耗的功耗测试装置的模块结构，为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分，详述如下。

在本发明实施例中，根据计算机主板最常用的取电方式，功耗测试装置可以提供多种电源接口：比如4PIN CPU电源接口、8PIN CPU电源接口、20PINATX接口、24PIN ATX电源接口、4PIN电源接口、AT电源接口等等；因此也可以设计多种电源组合方式：比如20PIN ATX电源、AT电源、20PIN ATX+4PINCPU电源或24PIN ATX接口+8PIN CPU接口+4PIN CPU接口；每一种电源组合方式均可以通过在功耗测试装置2中的按键电路222上分别对应设置一个按键，可以根据计算机主板的实际取电方式，通过不同的按键来实现准确侦测。

在供电电源1输出的每一路电源线与待测装置3的电源输入端之间串接一个电阻单元，每个电阻单元包括多个并联的电阻。例如：在供电电源1输出的4PIN CPU电源接口与待测装置3的4PIN CPU板卡电源线之间串接一个由四个阻值为毫欧姆级的电阻并联组成的电阻单元；在供电电源1输出的8PIN CPU电源接口与待测装置3的8PIN CPU板卡电源线之间串接一个由四个阻值为毫欧姆级的电阻并联组成的电阻单元；在供电电源1输出的24PIN ATX电源接口(兼容20PIN ATX电源接口)与待测装置3的24PIN ATX板卡电源线(兼容20PIN ATX板卡电源线)之间串接一个由两个阻值为毫欧姆级的电阻并联组成的电阻单元；在供电电源1输出的AT电源接口与待测装置3的AT板卡电源线之间串接一个由三个阻值为毫欧姆级的电阻并联组成的电阻单元；在供电电源1输出的4PIN电源接口与待测装置3的4PIN板卡电源线之间串接一个由三个阻值为毫欧姆级的电阻并联组成的电阻单元。

在本发明实施例中，根据电阻串联分压原理，使用阻值极小的电阻单元串联在计算机主板的各供电电压(3.3V、5V或12V)线路上，电阻单元进行分压(一般是毫伏级)，由于电阻单元是由多个毫欧姆级的电阻并联，因此电阻单元对计算机主板电源电压的影响可以忽略不计。作为本发明的一个实施例，功耗测试装置2主要是针对各电源接口的+3.3V、+5V和+12V电压进行测量，因此在各电源接口的+3.3V、+5V和+12V线路上放置电阻单元，电源接口的其他信号为点对点连接；此时电阻单元两端电压压差为毫伏级，测量时将电阻单元两端各端的电压引出。

在本发明实施例中，电阻单元两端的电压信号经过多路选通继电器221进行选通后输出到滤波电路23。其中，多路选通继电器221包括：4PIN CPU+12V选通继电器，8PIN CPU+12V选通继电器，24PIN ATX电源、AT电源、4PIN电源+5V选通继电器，24PIN ATX电源、AT电源、4PIN电源+12V选通继电器，24PIN ATX电源+3.3V选通继电器。作为本发明的一个实施例，可以根据实际需要通过按键电路222选择不同的电源组合，由不同的选通继电器选通输出给滤波电路23，这样可以满足所有板卡的取电方式。

在本发明实施例中，滤波电路23对多路选通继电器221选通输出的模拟电压信号进行滤波处理后，由放大电路24将滤波后的模拟电压信号放大后输出。作为本发明的一个实施例，放大电路24可以采用OPP777差分运算放大器，通过该OPP777差分运算放大器可以将滤波后的模拟电压信号放大50倍，即将毫伏级的电压信号放大到0-2.5V之间。

在本发明实施例中，OPP777差分运算放大器为单向供电。由于连接在+12V电源接口的电阻单元的两端的电压在12V范围内，如果OPP777差分运算放大器采用+12V电源供电，那么OPP777差分运算放大器就不能工作，因此测量+12V电源需要提供更大的工作电压，就需要另外设计供电电路，这样设计成本太高。因此，本发明实施例提供的功耗测试装置中是采用电源转换模块27，通过电源转换模块27将+12V电源转换为+5V电源给单片机PCI16F877A以及OPP777差分运算放大器供电，将电阻单元两端中电压低的一端通过短路焊盘方式与OPP777差分运算放大器的地端相连，由于+12V电压的地和OPP777差分运算放大器的地是隔离的，那么电阻单元两端中的一端相对于OPP777差分运算放大器是地端，而另一端电压值为电阻单元的压差，从而消除了共模电压。

在本发明实施例中，放大电路24输出的模拟电压信号被单片机25的模拟量采集端口采集，经过模数转换和编程运算后可以计算出该计算机主板的电压消耗的功率，具体的可以通过下述公式计算板卡消耗的功率：(主板消耗功率＝(电阻单元两端电压/放大倍数/电阻)*测量电压)。最后，再通过显示电路26将计算机主板消耗的功率显示出来。

作为本发明的一个实施例，单片机25可以采用PIC16F877A单片机。

在本发明实施例中，校验电路28进一步包括：PIC16F877A模拟参考电压电路281以及PIC16F877A模拟参考电压选通继电器282，其中，PIC16F877A模拟参考电压电路281的输出端连接至PIC16F877A模拟参考电压选通继电器282的输入端，PIC16F877A模拟参考电压选通继电器282的输出端连接至滤波电路23的第二输入端；对***误差进行校验后分别经滤波电路23滤波、放大电路24放大后输入给单片机25，单片机25在编程运算计算机主板的电压消耗功率时会将***误差考虑进去，从而提高了测量精度。

本发明实施例提供的功耗测试装置2不仅可以用于测量计算机主板的功耗，还可以用于测量其他板卡的功耗。可以根据不同需求将电阻单元两端引出的线接到其他功耗板上相对应的电压脚，另外，电阻单元中电阻的个数可以根据具体应用进行确定。

本发明实施例提供的功耗测试装置通过采样电路对供电电源的输出进行采样，对采样的信号进行滤波、放大处理后经单片机进行模数转换以及编程运算后输出电源的功耗值；从而代替了现有的人工测量方式，减少了误差，提高了精度，节约了成本；同时采用选通电路对不同的电源组合进行选通输出，可以满足所有板卡的取电方式。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种功耗测试装置，其特征在于，所述功耗测试装置包括：

采样电路，其连接在供电电源的输出电源线与待测装置的电源输入端之间，采集并输出所述供电电源的输出电源线输出的模拟电压信号；

滤波电路，其第一输入端连接至所述采样电路的输出端，将所述采样电路输出的模拟电压信号滤波后输出；

放大电路，其输入端连接至所述滤波电路的输出端，将滤波后的模拟电压信号放大后输出；以及

单片机，其第一输入端连接至所述放大电路的输出端，对所述放大电路的输出进行模数转换以及编程运算后由所述单片机的第一输出端输出待测装置的功耗值。

2.如权利要求1所述的功耗测试装置，其特征在于，所述采样电路包括：

串接在所述供电电源的输出电源线与待测装置的电源输入端之间的电阻单元，所述电阻单元包括多个并联的电阻。

3.如权利要求2所述的功耗测试装置，其特征在于，所述电阻为毫欧级电阻。

4.如权利要求1所述的功耗测试装置，其特征在于，所述功耗测试装置还包括：

显示电路，连接至所述单片机的第一输出端，将所述单片机的第一输出端输出的待测装置的功耗值显示出来。

5.如权利要求1所述的功耗测试装置，其特征在于，所述功耗测试装置还包括：

电源转换模块，其输入端连接至所述供电电源的输出电源线，所述电源转换模块的输出端分别连接至所述单片机的电源端以及所述放大电路的电源端，将所述供电电源的输出电源线输出的模拟电压信号转换为供电电压信号并给所述单片机以及所述放大电路供电。

6.如权利要求1所述的功耗测试装置，其特征在于，所述供电电源包括多路输出电源线，每路输出电源线上串接一个电阻单元，每个电阻单元包括多个并联的电阻。

7.如权利要求6所述的功耗测试装置，其特征在于，所述功耗测试装置还包括：

选通电路，其输入端连接至所述采样电路的输出端，所述选通电路的输出端连接至所述滤波电路的输入端，所述选通电路的控制端连接至所述单片机的第二输出端，根据所述单片机的第二输出端输出的控制信号对所述供电电源输出的多路电源进行选通组合。

8.如权利要求7所述的功耗测试装置，其特征在于，所述选通电路进一步包括：

多路选通继电器；其中每路选通继电器的输入端与所述一个电阻单元连接，每路选通继电器的输出端与所述滤波电路的输入端连接，每路选通继电器的控制端与所述单片机的第二输出端连接；以及

按键电路；其输出端连接至所述单片机的第二输入端，根据所述按键电路的输入端输入的电源组合信号由所述单片机的第二输出端输出控制信号并控制所述多路选通继电器对所述供电电源输出的多路电源进行选通组合。

9.如权利要求6所述的功耗测试装置，其特征在于，所述多路输出电源线包括：

4PIN CPU电源线、8PIN CPU电源线、20PIN ATX电源线、24PIN ATX电源线、4PIN电源线和AT电源线。

10.如权利要求1所述的功耗测试装置，其特征在于，所述功耗测试装置还包括：校验电路，其连接至所述滤波电路的第二输入端，用于对***误差进行校验。

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