CN105717463B - 电源负载测试装置 - Google Patents
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Abstract
一种电源负载测试装置，用于对一被测电源进行动态负载测试，所述电源负载测试装置包括依次电性连接的主控制器、函数发生器以及电流检测电路，所述函数发生器用于输出一方波信号；所述拉载电路用于根据所述方波信号动态地改变所述被测电源的输出电流；所述电流检测电路还电性连接至所述主控制器，所述电流检测电路用于配合所述主控制器检测所述输出电流的斜率，所述主控制器用于将检测到的所述输出电流的斜率与一预设斜率值进行比较，并根据比较结果相应控制所述函数发生器调整所述方波信号，直到所述输出电流的斜率与所述预设斜率值相等。
Description
技术领域
本发明涉及一种电源负载测试装置，尤其涉及一种用于电脑VRM的电源负载测试装置。
背景技术
电脑的电压调节模块(Voltage Regulator Module，VRM)在实际使用中，其所带的负载一般是动态负载，即，VRM的负载是随时变化的，相应地，VRM的输出电流也随负载的变化而呈动态变化。例如，电脑在进入某些游戏程序时，VRM所带的负载会明显增大，相应地VRM的输出电流也明显增大。
在对VRM进行动态测试时，一般在VRM的输出端连接一个电子负载，所述电子负载通过模拟实际使用情况改变VRM的输出电流实现对VRM的动态负载测试。VRM进行动态测试时，其在电子负载的作用下，输出电流的波形一般可简化为图1所示的方波波形，VRM的输出电流从0上升到I1的上升时间为t1，其中，输出电流的斜率，即电子负载的拉载斜率为：I1与上升时间t1的比值。根据负载的不同，VRM的拉载斜率也不同，有时，VRM需要较大的拉载斜率来驱动负载。
目前的电子负载的拉载斜率一般在1A/μs左右，并且是固定的，无法满足某些VRM对较大拉载斜率的需求。
发明内容
针对上述问题，有必要提供一种可提供较大拉载斜率的电源负载测试装置。
一种电源负载测试装置，用于对一被测电源进行动态负载测试，包括依次电性连接的主控制器、函数发生器、拉载电路以、电流检测电路及连接至主控制器从而控制拉载电路及电流检测电路工作状态的使能电路；所述拉载电路用于根据所述方波信号动态地改变所述被测电源的输出电流，包括电压跟随器、第一金属氧化物半导体场效应晶体管、负载电阻，所述电压跟随器的同相输入端电性连接至所述函数发生器的输出端，用于接收所述方波信号，所述电压跟随器的输出端电性连接至所述第一金属氧化物半导体场效应晶体管的栅极，所述第一金属氧化物半导体场效应晶体管的漏极电性连接至所述被测电源的输出端，所述第一金属氧化物半导体场效应晶体管的源极通过所述负载电阻接地，且所述第一金属氧化物半导体场效应晶体管的源极与所述负载电阻之间的节点电性连接至所述电压跟随器的反相输入端；所述电流检测电路还电性连接至所述主控制器，其包括运算放大器，所述运算放大器的的同相输入端电性连接至所述第一金属氧化物半导体场效应晶体管的源极与所述负载电阻之间的节点，所述运算放大器的反相输入端电性连接至所述负载电阻与地之间的节点，所述运算放大器的输出端电性连接至主控制器，所述运算放大器用于将所述负载电阻上流过的所述输出电流放大后转换成相应的电压信号输出至所述主控制器，所述主控制器根据该电压信号相应计算出所述输出电流，从而根据所述输出电流的变化判断出所述输出电流的斜率，所述电流检测电路用于配合所述主控制器检测所述输出电流的斜率，所述主控制器用于将检测到的所述输出电流的斜率与一预设斜率值进行比较，并根据比较结果相应控制所述函数发生器调整所述方波信号，直到所述输出电流的斜率与所述预设斜率值相等；所述电压跟随器及运算放大器均包括控制端，所述使能电路包括第二金属氧化物半导体场效应晶体管、第三电源以及第二限流电阻，所述第二金属氧化物半导体场效应晶体管的栅极电性连接至所述主控制器，源极接地，漏极通过所述第二限流电阻电性连接至所述第三电源；所述第二金属氧化物半导体场效应晶体管的漏极与所述第二限流电阻之间的节点还电性连接至所述电压跟随器的控制端和/或所述运算放大器的控制端，所述主控制器通过控制所述第二金属氧化物半导体场效应晶体管的导通或截止，以改变所述电压跟随器的控制端和/或所述运算放大器的控制端的电平状态，从而控制所述电压跟随器和/或所述运算放大器开始工作或停止工作。
本发明中电源负载测试装置通过主控制器控制函数发生器对方波信号的波形进行调节，从而可通过拉载电路相应调节该电源负载测试装置的拉载斜率，从而可根据需要获得较大的拉载斜率。此外，根据键盘电路输入的不同的预设斜率值，所述电源负载测试装置还可相应得到不同的拉载斜率，因此，具有较好的通用性。
附图说明
图1为现有VRM在进行动态测试时的输出电流波形图。
图2为本发明较佳实施方式的电源负载测试装置的功能模块图。
图3为图2所示电源负载测试装置的电路图。
主要元件符号说明
电源负载测试装置 100
VRM 200
主控制器 10
函数发生器 20
拉载电路 30
电流检测电路 40
使能电路 50
键盘电路 60
显示器 70
输出电流 Io
电流检测引脚 P1
控制引脚 P2
电压跟随器 U1
运算放大器 U2
第一MOSFET Q1
NPN型三极管 Q2
PNP型三极管 Q3
第二MOSFET Q4
负载电阻 R0
滤波电阻 R1
限流电阻 R2-R8、R10
反馈电阻 R9
滤波电容 C1
同相输入端 1、5
反相输入端 2、6
输出端 3、7
控制端 4、8
栅极 g1、g2
源极 s1、s2
漏极 d1、d2
基极 b1、b2
集电极 c1、c2
发射极 e1、e2
如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。
具体实施方式
请参阅图2，本发明较佳实施方式的电源负载测试装置100用于对一被测电源进行动态负载测试。在本实施方式中，以所述被测电源为一VRM200为例对本发明进行说明。
电源负载测试装置100包括主控制器10、函数发生器20、拉载电路30、电流检测电路40、使能电路50、键盘电路60以及显示器70。函数发生器20用于产生一方波信号；拉载电路30用于根据所述方波信号动态地改变VRM200的输出电流；电流检测电路40用于配合主控制器10检测VRM200的输出电流Io，即负载电流，从而得到输出电流Io的斜率；所述主控制器10用于将输出电流Io的斜率与一预设斜率值进行比较，并根据比较结果相应控制函数发生器20调整所述方波信号的波形，直到输出电流Io的斜率与所述预设斜率值相等。
请一并参阅图3，主控制器10包括电性连接至电流检测电路40的电流检测引脚P1以及电性连接使能电路50的控制引脚P2。
拉载电路30包括电压跟随器U1、第一金属氧化物半导体场效应晶体管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，MOSFET)Q1、负载电阻R0、滤波电阻R1、限流电阻R2-R5以及滤波电容C1。电压跟随器U1包括同相输入端1、反相输入端2、输出端3以及控制端4。电压跟随器U1的同相输入端1通过限流电阻R2电性连接至函数发生器20，用于接收所述方波信号；反相输入端2依次通过滤波电阻R1及滤波电容C1电性连接至输出端3；输出端3通过限流电阻R3电性连接至第一MOSFET Q1的栅极g1；控制端4电性连接至使能电路50。第一MOSFET Q1的源极s1通过负载电阻R0接地，源极s1还电性连接至电压跟随器U1的反相输入端2；第一MOSFET Q1的漏极d1电性连接至VRM200的输出端。在本实施方式中，源极s1通过限流电阻R5电性连接电压跟随器U1的反相输入端2。限流电阻R5用于防止电压跟随器U1的反相输入端2上的电流对VRM的输出电流Io的测试造成影响。
电压跟随器U1的输出端3上的电压与其同相输入端1上的电压同相，且电压跟随器U1的放大倍数近似为1，因此，电压跟随器U1的输出端3输出的信号即为所述方波信号，所述方波信号驱动第一MOSFET Q1依次导通与截止，从而VRM200在负载电阻R0上产生一动态的电流，即VRM200的输出电流Io。
根据运算放大器的虚断特性，电压跟随器U1的反相输入端2的电流近似为零，因此，限流电阻R5上的压降很小，第一MOSFET Q1的源极s1上的电位近似等于电压跟随器U1的反相输入端2的电位。根据运算放大器的虚短特性，电压跟随器U1的同相输入端1的电位与反相输入端2的电位相等，因此，第一MOSFET Q1的源极s1上的电位的幅值等于所述方波信号的幅值。而负载电阻R0上的电流，即输出电流Io的值等于源极s1上的电位与负载电阻R0的阻值之商，如此，通过改变所述方波信号的幅值，即可改变输出电流Io的大小，从而，在相同的上升时间的情况下，输出电流Io越大，则其斜率越大。此外，由于所述方波信号的幅值改变时，输出电流Io的幅值也随之改变，因此，输出电流Io具有与所述方波信号相同的上升时间、下降时间、频率以及占空比，通过改变所述方波信号的上升时间以及下降时间，也可相应改变输出电流Io的上升时间及下降时间，在输出电流Io幅值不变的情况下，上升时间及下降时间越大，则其斜率越小。
在本实施方式中，拉载电路30还包括NPN型三极管Q2以及PNP型三极管Q3。NPN型三极管Q2以及PNP型三极管Q3用于增强所述方波信号对第一MOSFET Q1的驱动能力，避免所述方波信号失真无法正常驱动第一MOSFET Q1。具体地，电压跟随器U1的输出端3通过限流电阻R5电性连接至NPN型三极管Q2及PNP型三极管Q3的基极b1、b2。NPN型三极管Q2的集电极c1电性连接至+5V电源；发射极e1电性连接至PNP型三极管Q3的发射极e2，且发射极e1、e2之间的节点通过限流电阻R3电性连接至第一MOSFET Q1的栅极g1。PNP型三极管Q3的集电极c2电性连接至-5V电源。此外，当第一MOSFET Q1截止时，PNP型三极管Q3还用于使第一MOSFET Q1内的充电电容(图未示)迅速接地放电，从而使第一MOSFET Q1快速截止，从而提高第一MOSFET Q1的响应速度。
电流检测电路40包括运算放大器U2、限流电阻R6-R8以及反馈电阻R9。运算放大器U2包括同相输入端5、反相输入端6、输出端7以及控制端8。运算放大器U2的同相输入端5通过限流电阻R6电性连接至负载电阻R0与源极s1之间的节点；且同相输入端5与限流电阻R6之间的节点还通过限流电阻R8接地。反相输入端6通过限流电阻R7电性连接至负载电阻R0与地之间的节点；且反相输入端6与限流电阻R7之间的节点还通过反馈电阻R9电性连接至输出端7。输出端7电性连接至主控制器10。运算放大器U2用于将负载电阻R0上流过的所述输出电流Io放大后转换成电压信号输出至主控制器10的电流检测引脚P1，主控制器10根据该电压信号相应计算出输出电流Io，从而根据负载电阻R0上输出电流Io的变化判断出输出电流Io的斜率。
使能电路50电性连接至主控制器10，主控制器10通过使能电路50控制拉载电路30以及电流检测电路40的工作状态。具体地，使能电路50包括第二MOSFET Q4以及限流电阻R10。第二MOSFET Q4的栅极g2电性连接至主控制器10的控制引脚P2，源极s2接地，栅极d2电性连接至电压跟随器U1及运算放大器U2的控制端4、8。电压跟随器U1及运算放大器U2的控制端4、8与漏极d2之间的节点还通过限流电阻R10电性连接至一电源，如本实施方式中的+5V电源。主控制器10通过控制第二MOSFET Q4的导通与截止，相应改变控制端4及8的电平状态，从而控制电压跟随器U1及运算放大器U2开始工作或停止工作。在本实施方式中，控制端4及8均为高电平有效。如此，当主控制器10通过控制引脚P2发送一低电平信号(逻辑0)至第二MOSFET Q4时，第二MOSFET Q4截止，控制端4及8通过限流电阻R10连接至+5V电源而呈高电平，电压跟随器U1及运算放大器U2开始工作；而当主控制器10通过控制引脚P2发送一高电平信号(逻辑1)至第二MOSFET Q4时，第二MOSFET Q4导通，控制端4及8通过第二MOSFETQ4接地而呈低电平，电压跟随器U1及运算放大器U2停止工作。
可以理解，所述使能电路50也可仅连接至电压跟随器U1或者运算放大器U2的其中一个，从而主控制器10仅对电压跟随器U1或者运算放大器U2的其中一个的工作状态进行控制。
在本实施方式中，所述预设斜率值由电性连接至主控制器10的键盘电路60输入。通过键盘电路60输入不同的预设斜率值，可以使得拉载电路30获得不同的拉载斜率。此外，函数发生器20输出的所述方波信号的幅值、上升时间、下降时间、频率以及占空比等参数也可通过所述键盘电路60输入，主控制器10通过键盘电路60接收所述方波信号的各参数，并根据各参数控制函数发生器20输出相应的所述方波信号。
显示器70电性连接至所述主控制器10，用于在主控制器10的控制下显示键盘电路60输入的所述预设斜率值以及所述方波信号的各参数。
下面简述所述电源负载测试装置100的工作过程：
首先将所述拉载电路30的第一MOSFET Q1的漏极d1电性连接至一被测电源，如本实施例中的待测VRM200。接着键盘电路60首先输入所述预设斜率值以及所述方波信号的幅值、上升时间、下降时间、频率以及占空比等参数。主控制器10控制显示器70显示键盘电路60输入的上述信息，同时根据键盘电路60输入的方波信号的各参数控制所述函数发生器20输出相应的所述方波信号，随后主控制器10通过使能电路50控制拉载电路30以及电流检测电路40开始工作，拉载电路30则根据所述方波信号驱动VRM200输出相应的输出电流Io，电流检测电路40随后配合主控制器10检测所述输出电流Io的变化以相应判断出所述输出电流Io的斜率。主控制器10再将检测到的输出电流Io的斜率与所述预设斜率值进行比较，并根据比较结果控制函数发生器20对所述方波信号的幅值和/或上升时间及下降时间进行微调，直到输出电流Io的斜率与所述预设斜率值相等。
此时，电源负载测试装置100可以等效为一动态的电子负载，在电源负载测试装置100的作用下，使得VRM200的输出电流Io呈动态变化，实现对VRM200的动态测试。
所述的电源负载测试装置100通过主控制器10控制函数发生器20对方波信号的波形进行调节，从而可通过拉载电路30相应调节该电源负载测试装置100的拉载斜率使其达到所述预设斜率值，从而可根据需要设置所述预设斜率值即可获得较大的拉载斜率。此外，根据键盘电路60输入的不同的预设斜率值，所述电源负载测试装置100还可相应得到不同的拉载斜率，因此，具有较好的通用性。
Claims (3)
1.一种电源负载测试装置，用于对一被测电源进行动态负载测试，其特征在于：所述电源负载测试装置包括依次电性连接的主控制器、函数发生器、拉载电路、电流检测电路及连接至主控制器从而控制拉载电路及电流检测电路工作状态的使能电路；所述拉载电路用于根据方波信号动态地改变所述被测电源的输出电流，包括电压跟随器、第一金属氧化物半导体场效应晶体管、负载电阻，所述电压跟随器的同相输入端电性连接至所述函数发生器的输出端，用于接收所述方波信号，所述电压跟随器的输出端电性连接至所述第一金属氧化物半导体场效应晶体管的栅极，所述第一金属氧化物半导体场效应晶体管的漏极电性连接至所述被测电源的输出端，所述第一金属氧化物半导体场效应晶体管的源极通过所述负载电阻接地，且所述第一金属氧化物半导体场效应晶体管的源极与所述负载电阻之间的节点电性连接至所述电压跟随器的反相输入端；所述电流检测电路还电性连接至所述主控制器，其包括运算放大器，所述运算放大器的同相输入端电性连接至所述第一金属氧化物半导体场效应晶体管的源极与所述负载电阻之间的节点，所述运算放大器的反相输入端电性连接至所述负载电阻与地之间的节点，所述运算放大器的输出端电性连接至主控制器，所述运算放大器用于将所述负载电阻上流过的所述输出电流放大后转换成相应的电压信号输出至所述主控制器，所述主控制器根据该电压信号相应计算出所述输出电流，从而根据所述输出电流的变化判断出所述输出电流的斜率，所述电流检测电路用于配合所述主控制器检测所述输出电流的斜率，所述主控制器用于将检测到的所述输出电流的斜率与一预设斜率值进行比较，并根据比较结果相应控制所述函数发生器调整所述方波信号，直到所述输出电流的斜率与所述预设斜率值相等；所述电压跟随器及运算放大器均包括控制端，所述使能电路包括第二金属氧化物半导体场效应晶体管、第三电源以及第二限流电阻，所述第二金属氧化物半导体场效应晶体管的栅极电性连接至所述主控制器，源极接地，漏极通过所述第二限流电阻电性连接至所述第三电源；所述第二金属氧化物半导体场效应晶体管的漏极与所述第二限流电阻之间的节点还电性连接至所述电压跟随器的控制端和/或所述运算放大器的控制端，所述主控制器通过控制所述第二金属氧化物半导体场效应晶体管的导通或截止，以改变所述电压跟随器的控制端和/或所述运算放大器的控制端的电平状态，从而控制所述电压跟随器和/或所述运算放大器开始工作或停止工作。
2.如权利要求1所述的电源负载测试装置，其特征在于：所述主控制器通过控制所述函数发生器改变所述方波信号的(i)幅值和/或(ii)上升时间以及下降时间来调节所述输出电流的斜率。
3.如权利要求2所述的电源负载测试装置，其特征在于：所述拉载电路还包括滤波电阻以及滤波电容，所述电压跟随器的反相输入端依次通过所述滤波电阻以及滤波电容电性连接至所述电压跟随器的输出端。
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