CN101988943B - 功率转换效率量测***及方法 - Google Patents

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Abstract

一种功率转换效率量测***，包括一电源、一电阻、一电压表、一负载及一量测设备，电脑包括一处理器及一存储器，存储器包括一量测设定模块，用于预先设定电压调节器的最大输出电流及量测次数，并计算出每次量测时电压调节器的目标输出电流；一负载调整模块，用于读取流经电子负载的电流，并使得电子负载的电流等于量测次数的序号对应的电压调节器的目标输出电流；一计算模块，用于计算出电压调节器的各组输出功率、输入功率及每次量测的功率转换效率；及一判断模块，用于判断量测次数的序号是否超出预设的量测次数。本发明还提供了一种功率转换效率量测方法。本发明功率转换效率量测***及方法能够自动实现对功率转换效率的量测。

Description

功率转换效率量测***及方法
技术领域
本发明涉及一种功率转换效率量测***及方法。
背景技术
为了确保电脑在使用过程中正常执行各项功能，测试人员在完成电脑硬件组装后，就必须进行电脑硬件的各项功能的量测与验证，例如对电压调节器(Voltage RegulatorDevice，VRD)等电压转换设备的功率转换效率进行量测。电压调节器可将较高的直流电压转换成较低的直流电压以给主板上不同的芯片供电，其功率转换效率会随着所连接芯片的不同而变化。而电压调节器的功率转换效率是衡量电压调节器运行状态的重要性能指标，所以在电脑主板出厂前就需对电压调节器功率转换效率进行量测以验证是否符合规范。
目前，对电压调节器功率转换效率的量测方法一般是通过测试人员多次量测电压调节器的输入功率及输出功率，并记录量测结果，并且每一电压调节器的量测时间往往长达数小时，而且量测期间测试人员无法离开现场，还需记录大量数据。此人工量测方法花费了大量时间与精力，并且极容易出错，无法在短时间内完成量测，因此使得量测准确度和效率会极低。
发明内容
鉴于以上内容，有必要提供一种功率转换效率量测***及方法，能够自动对功率转换效率进行量测，提高量测的效率及准确度。
一种功率转换效率量测***，包括一电源、一电阻、一电压表、一电子负载及一量测设备，所述电源通过所述电阻和所述电压表的并联电路连接所述电压调节器，所述电压调节器还通过所述电子负载连接所述电脑，所述电脑还连接所述电压表，所述电脑包括一处理器及一存储器，所述处理器与所述存储器相连并执行所述存储器内存储的指令，所述存储器包括一量测设定模块，用于预先设定所述电压调节器的最大输出电流及量测次数，并根据预设的目标输出电流的计算公式计算出每次量测时所述电压调节器的目标输出电流；一负载调整模块，用于读取所述电子负载上记录的流经所述电子负载的电流，并调整所述电子负载使得所述电子负载的电流等于所述电压调节器的目标输出电流；一计算模块，用于通过读取的多组流经所述电子负载的电流与所述电子负载的输入电压相乘以计算出所述电压调节器的各组输出功率，并读取所述电压表所量测所述电阻两端的电压，根据所述电阻的阻值及所述电源的输出电压，计算出所述电压调节器的各组输入功率，所述电压调节器的功率转换效率等于所有组输出功率与所有组输入功率的比值的平均值；及一判断模块，用于判断量测次数的序号是否超出预设的量测次数，若否，则设置量测次数的序号以进行下一次的量测。
一种功率转换效率量测方法，包括以下步骤：
预先设定一电压调节器的最大输出电流及量测次数，根据预设的目标输出电流的计算公式计算出每次量测时所述电压调节器的目标输出电流，并设置初始量测次数的序号；
读取一电子负载上记录的流经所述电子负载的电流，并调整所述电子负载使得所述电子负载的电流等于量测次数的序号对应的所述电压调节器的目标输出电流；
通过读取的多组流经所述电子负载的电流与所述电子负载的输入电压相乘以计算出所述电压调节器的各组输出功率，并读取一电压表所量测一电阻两端的电压，根据所述电阻的阻值及所述电源的输出电压，计算出所述电压调节器的各组输入功率；
计算出所述电压调节器的功率转换效率，所述功率转换效率等于所有组输出功率与所有组输入功率的比值的平均值；及
判断所述量测次数的序号是否超出预设的量测次数，若否，设置所述量测次数的序号，返回执行读取一电子负载上记录的流经所述电子负载的电流的步骤。
本发明功率转换效率量测***及方法通过量测设定模块预先设定电压调节器的最大输出电流及量测次数，并计算出每次量测时电压调节器的目标输出电流；读取流经电子负载的电流并使得电子负载的电流等于量测次数的序号对应的电压调节器的目标输出电流，最后通过读取的各项数据计算出电压调节器的各组输出功率、输入功率及功率转换效率；直至顺次完成所有量测，就可实现功率转换效率的自动量测，从而提高量测的效率及准确度。
附图说明
图1是本发明功率转换效率量测***的较佳实施方式与一电压调节器相连的框图。
图2是图1的存储器的框图。
图3是本发明功率转换效率量测方法的较佳实施方式的流程图。
具体实施方式
请共同参考图1及图2，本发明功率转换效率量测***6可对一电压转换设备如一电压调节器30在不同输出电流时的功率转换效率进行量测，其较佳实施方式包括一电源10、一电阻R、一电压表20、一电子负载40及一量测设备如一电脑50。电源10通过电阻R和电压表20的并联电路连接电压调节器30，电压调节器30还通过电子负载40连接电脑50，电脑50还连接电压表20。在本实施方式中，电阻R为阻值极小的精密电阻，电子负载40为一可调整负载的精密的电子负载仪器，其可提供电压与电流信息如记录电子负载40的输入电压及流经电子负载40的电流，并且电子负载40会将输入的电能完全转换为热能散逸。电源10可输出一直流电压通过电阻R分压后提供给电压调节器30。电压调节器30将此直流电压转化为另一直流电压输出给电子负载40。电压表20可精确地量测电阻R两端的电压。电脑50对电压调节器30的功率转换效率进行计算。在本实施方式中，电脑50通过USB(Universal Serial Bus，通用串行总线)接口与电压表20及电子负载40相连，在其他实施方式中，电脑50也可以通过其他接口如RS232等接口与电压表20及电子负载40相连。
所述电脑50包括一处理器52及一存储器53。处理器52与存储器53相连并执行存储器53内存储的指令，存储器53包括一量测设定模块530、一负载调整模块532、一计算模块534及一判断模块536。
所述量测设定模块530用于预先设定电压调节器30的最大输出电流Imax(其根据电压调节器30产品的规定来设定的)及量测次数，根据预设的目标输出电流Ip的计算公式Ip＝Imax×(5×p-5)％(p＝1、...、n)计算出第p次量测时电压调节器30的目标输出电流，并以量测次数的序号的递增顺序顺次进行量测。在其他实施方式中，也可以以量测次数的序号的递减顺序顺次进行量测。例如，若电压调节器30的最大输出电流Imax为10安培，量测次数设定为21次，则通过公式Ip＝Imax×(5×p-5)％(p＝1、...、21)可计算出每次量测电压调节器30的目标输出电流Ip分别为0安培、0.5安培、1安培、1.5安培、…、10安培。
所述负载调整模块532用于读取电子负载40上记录的流经电子负载40的电流，并调整电子负载40使得电子负载40的电流等于本次量测时电压调节器30的目标输出电流，例如若电子负载40的电流大于本次量测时电压调节器30的目标输出电流则控制电子负载40增加阻抗，若电子负载40的电流小于本次量测电压调节器30的目标输出电流则控制电子负载40减小阻抗，直到电子负载40的电流等于电压调节器30的目标输出电流为止。由于电压调节器30需一段时间才达到热平衡，在没达到热平衡之前进行量测会造成量测的准确度降低，因此，负载调整模块532还用于设定一预设时间，例如3分钟，这样可使得电压调节器30达到热平衡以提高量测的准确度。
所述计算模块534用于读取多组(如30组)电子负载40上记录的流经电子负载40的电流及电子负载40的输入电压，根据流经电子负载40的电流与电子负载40的输入电压相乘以计算出电压调节器30的各组输出功率，并同时读取电压表20所量测电阻R两端的电压，根据已知的电阻R的阻值及电源10的输出电压，计算出电压调节器30的各组输入功率，电压调节器30的功率转换效率等于每组输出功率与每组输入功率的比值的平均值。例如，假设其中一组流经电子负载40的电流为Iou＝Ip，电子负载40的输入电压为Vou，电压调节器30的输出功率为Pou，电压调节器30的输入功率为Pin，电源10的输出电压为V1，电压调节器30的输入电压为Vin，电阻R的阻值为r，流经电阻R的电流为Iin，电压调节器30的功率转换效率为Eff，且V1与r均已知，则Pou＝Vou×Iou，Iin＝(V1-Vin)/r，Pin＝Vin×Iin，Eff＝Pou/Pin。
所述判断模块536用于判断量测次数的序号是否等于预设的量测次数，若否，则将量测次数的序号加1以进行下一次的量测。若是，则判断为已完成量测，并控制电子负载40将负载设为零，并以显示方式告知测试人员已完成量测。在其他实施方式中，完成量测后，判断模块536也可以不需要控制电子负载40将负载设为零及告知测试人员已完成量测。在其他实施方式中，若以量测次数的序号的递减顺序顺次进行量测，则所述判断模块536判断量测次数的序号是否等于最小的量测次数的序号1，若否，则将量测次数的序号减1以进行下一次的量测。若是，则判断为已完成量测，并控制电子负载40将负载设为零，并显示测试结果及告知测试人员已完成量测，测试结果为不同目标输出电流时的电压调节器30的功率转换效率。
如图3所示，本发明功率转换效率量测方法可对一电压转换设备如一电压调节器30在不同输出电流时的功率转换效率进行量测，其较佳实施方式包括以下步骤：
步骤S100，所述量测设定模块530预先设定电压调节器30的最大输出电流Imax(如10安培)及量测次数(如21次)，根据预设的目标输出电流Ip的计算公式Ip＝Imax×(5×p-5)％(p＝1、...、21)计算出第p次量测时电压调节器30的目标输出电流Ip，并将初始量测次数的序号设定为1。
步骤S102，所述负载调整模块532调整电子负载40使得电子负载40的电流等于量测次数的序号对应的电压调节器30的目标输出电流。
步骤S104，所述计算模块534读取多组(如30组)电子负载40上记录的流经电子负载40的电流Ioui(i＝1、...、30)及电子负载40的输入电压Voui(i＝1、...、30)，并根据流经电子负载40的电流与电子负载40的输入电压相乘Ioui×Voui(i＝1、...、30)以计算出电压调节器30的各组输出功率Poui(i＝1、...、30)。并同时读取电压表20所量测电阻R两端的电压Vi(i＝1、...、30)，根据已知的电阻R的阻值r及电源10的输出电压V1，计算出电压调节器30的各组输入功率Pini＝(V1-Vi)2/r(i＝1、...、30)。例如，若已知电阻R的阻值r＝0.1欧姆及电源10的输出电压V1＝12伏特，其中一组量测的电阻R两端的电压Vi＝6伏特，则此组电压调节器30的输入功率Pini＝(12-6)2/0.1＝360瓦特。
步骤S106，所述计算模块534计算出电压调节器30的功率转换效率Eff，所述功率转换效率Eff等于每组输出功率Poui(i＝1、...、30)与每组输入功率Pini(i＝1、...、30)的比值的平均值，即p为量测次数的序号。
步骤S108，所述判断模块536判断量测次数的序号是否等于预设的量测次数，若否，则执行步骤S110，若是，则执行步骤S112。
步骤S110，所述判断模块536将量测次数的序号加1，返回执行步骤S102。
步骤S112，所述判断模块536控制电子负载40将负载设为零，并显示测试结果及告知测试人员已完成量测，测试结果为不同目标输出电流时的电压调节器30的功率转换效率。
本发明功率转换效率量测***6及功率转换效率量测方法可通过电脑50自动计算出电压调节器30在不同目标输出电流时的功率转换效率，从而提高量测的效率及准确度。

Claims (10)

1.一种功率转换效率量测***，包括一电源、一电阻、一电压表、一电子负载及一量测设备，所述电源通过所述电阻和所述电压表的并联电路连接一电压调节器，所述电压调节器还通过所述电子负载连接一电脑，所述电脑还连接所述电压表，所述电脑包括一处理器及一存储器，所述处理器与所述存储器相连并执行所述存储器内存储的指令，所述存储器包括：
一量测设定模块，用于预先设定所述电压调节器的最大输出电流及量测次数，并根据所述最大输出电流以及量测次数设定的目标输出电流的计算公式计算出每次量测时所述电压调节器的目标输出电流；
一负载调整模块，用于读取所述电子负载上记录的流经所述电子负载的电流，并调整所述电子负载使得所述电子负载的电流等于所述电压调节器的目标输出电流；
一计算模块，用于通过读取的多组流经所述电子负载的电流与所述电子负载的输入电压相乘以计算出所述电压调节器的各组输出功率，并读取所述电压表所量测所述电阻两端的电压，根据所述电阻的阻值及所述电源的输出电压，计算出所述电压调节器的各组输入功率，所述电压调节器的功率转换效率等于所有组输出功率与所有组输入功率的比值的平均值；及
一判断模块，用于判断量测次数的序号是否超出预设的量测次数，若否，则设置量测次数的序号以进行下一次的量测。
2.如权利要求1所述的功率转换效率量测***，其特征在于：所述目标输出电流的计算公式为Ip=Imax×（5×p-5）%，p为量测次数的序号，Imax为所述电压调节器的最大输出电流，Ip为所述目标输出电流。
3.如权利要求1所述的功率转换效率量测***，其特征在于：所述负载调整模块还用于比较所述电子负载的电流与本次量测时所述电压调节器的目标输出电流，若电子负载的电流大于本次量测时所述电压调节器的目标输出电流则控制所述电子负载增加阻抗，若所述电子负载的电流小于本次量测所述电压调节器的目标输出电流则控制所述电子负载减小阻抗。
4.如权利要求1所述的功率转换效率量测***，其特征在于：若以量测次数的序号的递增顺序顺次进行量测，则所述判断模块判断量测次数的序号是否等于预设的量测次数，若否，则将量测次数的序号加1以进行下一次的量测。
5.如权利要求1所述的功率转换效率量测***，其特征在于：若以量测次数的序号的递减顺序顺次进行量测，则所述判断模块判断量测次数的序号是否等于最小的量测次数的序号，若否，则将量测次数的序号减1以进行下一次的量测。
6.如权利要求1所述的功率转换效率量测***，其特征在于：若量测次数的序号已超出预设的量测次数，则判断为已完成量测，并控制所述电子负载将负载设为零，并显示测试结果。
7.一种功率转换效率量测方法，包括以下步骤：
预先设定一电压调节器的最大输出电流及量测次数，根据所述最大输出电流以及量测次数设定的目标输出电流的计算公式计算出每次量测时所述电压调节器的目标输出电流，并设置初始量测次数的序号；
读取一电子负载上记录的流经所述电子负载的电流，并调整所述电子负载使得所述电子负载的电流等于量测次数的序号对应的所述电压调节器的目标输出电流；
通过读取的多组流经所述电子负载的电流与所述电子负载的输入电压相乘以计算出所述电压调节器的各组输出功率，并读取一电压表所量测一电阻两端的电压，根据所述电阻的阻值及一电源的输出电压，计算出所述电压调节器的各组输入功率；
计算出所述电压调节器的功率转换效率，所述功率转换效率等于所有组输出功率与所有组输入功率的比值的平均值；及
判断所述量测次数的序号是否超出预设的量测次数，若否，设置所述量测次数的序号，返回执行读取一电子负载上记录的流经所述电子负载的电流的步骤。
8.如权利要求7所述的功率转换效率量测方法，其特征在于：若初始量测次数的序号设置为1，则判断所述量测次数的序号是否超出预设的量测次数的步骤中，还包括步骤：判断量测次数的序号是否等于预设的量测次数，若否，则将量测次数的序号加1以进行下一次的量测。
9.如权利要求7所述的功率转换效率量测方法，其特征在于：所述目标输出电流的计算公式为Ip=Imax×（5×p-5）%，p为量测次数的序号，Imax为所述电压调节器的最大输出电流，Ip为所述目标输出电流。
10.如权利要求7所述的功率转换效率量测方法，其特征在于：在判断所述量测次数的序号是否超出预设的量测次数的步骤中还包括步骤：若量测次数的序号已超出预设的量测次数，则判断为已完成量测，并控制所述电子负载将负载设为零，并显示测试结果及告知测试人员已完成量测。
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