CN109061524B - 电源测试电路及方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例涉及硬件测试技术领域，提供一种电源测试电路及方法，电源测试电路包括测试电阻、第一检测模块、第二检测模块及控制器，测试电阻与电源电连接；第一检测模块的第一检测端口与测试电阻的第一端电连接，第一检测模块的第二检测端口与测试电阻的第二端电连接，且第一检测模块与所述控制器电连接；测试电阻与工作模块电连接且串联第二检测模块电连接到控制器。与现有技术相比，本发明实施例在电源设计阶段预先进行了电源测试电路的设计，在测试阶段可以直接得到工作模块的电流和功耗，测试过程简单且误差小。

Description

电源测试电路及方法

技术领域

本发明实施例涉及硬件测试技术领域，具体而言，涉及一种电源测试电路及方法。

背景技术

单板设计最基础的是电源，电流和功耗是电源的重要参数，因此，更方便、快捷、准确的测试电源供电时板内电流和功耗就成为了研究重点。由于每路电源会因工作频率、工作负载不同而使测试结果有所差异，故一般前期设计的时候所需电流都是一个估算值，需要后续实际测量来判断是否满足需求以及判定相关风险。现有板内电流和功耗测试过程包括：首先，利用万用表、示波器、电流测试仪等手动测试出每路工作IC的电流值；然后，利用万用表或示波器测试出每路工作IC的电压值；最后换算成功耗并记录。整个测试过程费时费力，而且误差大。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种电源测试电路及方法，用以改善上述问题。

为了实现上述目的，本发明实施例采用的技术方案如下：

第一方面，本发明实施例提供了一种电源测试电路，所述电源测试电路包括测试电阻、第一检测模块、第二检测模块及控制器，所述测试电阻与电源电连接；所述第一检测模块的第一检测端口与所述测试电阻的第一端电连接，所述第一检测模块的第二检测端口与所述测试电阻的第二端电连接，且所述第一检测模块与所述控制器电连接；所述测试电阻与工作模块电连接且串联所述第二检测模块电连接到所述控制器；所述第一检测模块用于依据所述测试电阻的两端电压检测测试电压并将所述测试电压传输至所述控制器；所述第二检测模块用于检测所述工作模块的输入电压并将所述输入电压传输至所述控制器；所述控制器用于依据所述测试电压计算出所述工作模块的输入电流，以及依据所述输入电流和所述输入电压计算出所述工作模块的功耗。

第二方面，本发明实施例提供了一种电源测试方法，应用于上述的电源测试电路，用于测试工作模块的输入电流和功耗，所述方法包括：所述第一检测模块依据所述测试电阻的两端电压检测测试电压并将所述测试电压传输至所述控制器；所述第二检测模块检测所述工作模块的输入电压并将所述输入电压传输至所述控制器；所述控制器依据所述测试电压计算出所述工作模块的输入电流，以及依据所述输入电流和所述输入电压计算出所述工作模块的功耗。

相对现有技术，本发明实施例提供的一种电源测试电路及方法，在电源设计阶段，在电源的输出端设置测试电阻，第一检测模块依据测试电阻的两端电压检测测试电压并将测试电压传输至控制器，第二检测模块检测工作模块的输入电压并将输入电压传输至控制器，使得控制器依据测试电压计算出工作模块的输入电流，以及依据输入电流和输入电压计算出工作模块的功耗，从而完成工作模块的电流和功耗的测试。与现有技术相比，本发明实施例在电源设计阶段预先进行了电源测试电路的设计，在测试阶段可以直接得到工作模块的测试值，测试过程简单且误差小。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1示出了本发明实施例所提供的硬件系统的结构框图。

图2示出了本发明实施例所提供的电源测试电路的电路图。

图3示出了本发明实施例所提供的电源测试方法的流程图。

图标：100-硬件系统；110-电源；130-电源测试电路；131-第一检测模块；132-第二检测模块；133-控制器；134-显示模块；150-工作模块；1311-滤波电路；1312-电流监测芯片；1313-第一A/D转换单元；1321-第二A/D转换单元。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

目前，针对板内单路电流和功耗的测试方法主要有三种，以下对这三种测试方法进行详细介绍。

第一种，将电源的走线断开，在通路中串接一根导线，用电流碳棒测试流过导线的电流，即得到该电源输出的实际电流。这种情况下，功耗测试有以下两种方式：其一，示波器的ch1接电流碳棒、ch2接电压碳棒，利用示波器内部的math＝ch1*ch2测试出功耗的波形；其二，先用万用表点测出电压值U，再通过示波器读取出电流I的RMS(Root Mean Square，电流有效值)值，进一步根据公式P＝I_RMS*R计算出功耗。

第一种测试方法在线路中串接导线，故需要手动焊接，增加了测试人员的工作量，而且操作过程中很容易损坏器件(例如电感等)；其次，加入导线会有EMI(ElectroMagnetic Interference电磁干扰)的风险；第三，最终的实际电流是通过示波器显示出来的，电流碳棒和示波器的型号不同，结果也会不同，而且测试人员的测试习惯以及测试手法(例如，采样时间、示波器带宽等设置不同)也会引入相关误差，导致结果会有所不同；第四，这种测试方法每次只能测试单路电源输出的实际电流，同时，电压需要借助示波器或者万用表进行点测。

第二种，将电源的走线断开，在通路中串接一颗精密电阻R，阻值大概是10mΩ，然后接入电流测试仪中，测试流过该精密电阻的电压Ur，流经此路的电流值I＝Ur/R，每台电流测试仪可以同时测试多路电源，此种情况下，功耗P＝I*U，其中，U为用万用表测出的电压。

第二种测试方法在线路中串接精密电阻R，故需要手动焊接，增加了测试人员的工作量，而且操作过程中很容易损坏器件；其次，加入精密电阻R会有EMI风险；第三，电流测试仪可以同时测量多路电源，所以测试线比较多、比较杂乱，而且需要做相关标记，测试过程繁琐且效率低；另外，电压需要借助示波器或者万用表进行点测。

第三种，用交流电源给电路板供电，读出交流电源的实际供电电压及电流，此种方法简便准确，但是只能针对整机进行测试。

针对以上三种测试方法存在的问题，本发明实施例通过在电源设计阶段预先设置精密电阻进行板内单路电流和功耗测试，不需要测试人员手动操作且不会引入EMI问题，下面进行详细介绍。

请参照图1，图1示出了本发明实施例所提供的硬件系统100的结构框图。硬件系统100可以是所有需要测试板内电流和功耗的系统，硬件系统100包括电源110、电源测试电路130及工作模块150，电源110的输出端与电源测试电路130电连接且与工作模块150电连接，用于为电源测试电路130和工作模块150提供电力供应。电源测试电路130用于测试工作模块150的输入电流和功耗。电源110可以是硬件系统100上的任意一个直流电源，其输出电压可以是5V、12V、24V等。

在本实施例中，电源测试电路130包括测试电阻Rsource、第一检测模块131、第二检测模块132、控制器133及显示模块134，测试电阻Rsource与电源110电连接，第一检测模块131的第一检测端口a与测试电阻Rsource的第一端电连接，第一检测模块131的第二检测端口b与测试电阻Rsource的第二端电连接，且第一检测模块131与控制器133电连接，测试电阻Rsource与工作模块150电连接且串联第二检测模块132电连接到控制器133，控制器133与显示模块134电连接。

在本实施例中，第一检测模块131用于依据测试电阻Rsource的两端电压检测测试电压并将测试电压传输至控制器133，请参照图2，第一检测模块131包括滤波电路1311、电流监测芯片1312及第一A/D转换单元1313，滤波电路1311并联于测试电阻Rsource的两端，电流监测芯片1312并联至滤波电路1311的两端，且电流监测芯片1312、第一A/D转换单元1313及控制器133依次电连接。

在本实施例中，滤波电路1311包括第一电阻R1、第二电阻R2及第一电容C1，第一电阻R1的一端电连接于电源110和测试电阻Rsource的第一端之间，第一电阻R1的另一端与第一电容C1的一端电连接；第二电阻R2的一端与测试电阻Rsource的第二端电连接，第二电阻R2的另一端与第一电容C1的另一端电连接；电流监测芯片1312包括第一检测端口a和第二检测端口b，第一检测端口a电连接于第一电阻R1和第一电容C1之间，第二检测端口b电连接于第二电阻R2和第一电容C1之间。

在本实施例中，电流监测芯片1312包括第一检测端口a、第二检测端口b、信号输出端OUT、参考电压端REF及使能端VS，第一检测端口a可以是电流监测芯片1312的正输入端IN+，第二检测端口b可以是电流监测芯片1312的负输入端IN-，信号输出端OUT与第一A/D转换单元1313电连接，参考电压端REF电连接到参考电压Vref。

在本实施例中，第一检测模块131用于检测测试电阻Rsource的两端电压，并依据测试电阻Rsource的两端电压和第一公式Ur＝Usource*Gain+Vref计算出测试电压后传输至控制器133，以使控制器133计算工作模块150的输入电流，其中，Ur为测试电压，Usource为测试电阻Rsource的两端电压，Gain为电流监测芯片1312的预设增益，Vref为参考电压。

需要说明的是，电流监测芯片1312的预设增益Gain由电流监测芯片1312内部的电阻决定，用户可以根据自己的需要选择合适的电流监测芯片1312，例如，型号为INA214AQDCKRQ1的芯片，其预设增益为100。参考电压Vref必须准确，否则会影响后续控制器133的计算值，参考电压可以与电源110的输出电压一致，例如，5V、12V、24V等。测试电阻Rsource不能选择阻值太大的电阻，以保证不影响第二检测模块132的输出。

在本实施例中，电流监测芯片1312依据测试电阻Rsource的两端电压Usource检测测试电压，该测试电压为一个模拟值，将其输入第一A/D转换单元1313，使得第一A/D转换单元1313对该测试电压进行A/D转换，通过A/D转换得到数字信号之后，第一A/D转换单元1313经I2C总线将该数字信号传输至控制器133，得到工作模块150的输入电流，即流过测试电阻Rsource的电流。

在本实施例中，第一A/D转换单元1313用于对电流监测芯片1312的信号输出端OUT输出的测试电压Ur进行A/D转换得到数字信号，并将该数字信号传输至控制器133。为了保证A/D转换得到的数据准确性，第一A/D转换单元1313最好选择12bit以上的A/D转换芯片，例如，型号为ADC128D818的A/D转换芯片，该A/D转换芯片可以同时接收8路电压信号，之后通过I2C总线将数字信号传输至控制器133，控制器133接收到测试电压Ur，从而计算出工作模块150的输入电流。

在本实施例中，第二检测模块132用于检测工作模块150的输入电压并将输入电压传输至控制器133，第二检测模块132包括第二电容C2及第二A/D转换单元1321，测试电阻Rsource与工作模块150电连接，测试电阻Rsource、第二A/D转换单元1321及控制器133依次电连接，且测试电阻Rsource通过第二电容C2串联接地。

在本实施例中，第二检测模块132检测到的工作模块150的输入电压为Vout＝U-Usource，其中，Vout为输入电压，Usource为测试电阻Rsource的两端电压，U为电源110的输出电压。

在本实施例中，第二A/D转换单元1321对工作模块150的输入电压Vout进行A/D转换得到数字信号，之后第二A/D转换单元1321通过I2C总线将该数字信号传输至控制器133，得到工作模块150的输入电压。，工作模块150的输入电压可以是测试电阻Rsource与工作模块150及第二检测模块132电连接的节点处的电压，第二A/D转换单元1321在此处相当于万用表，流入第二检测模块132的非常小，故流过测试电阻Rsource的电流就相当于工作模块150的输入电流。同样地，为了保证A/D转换得到的数据准确性，第二A/D转换单元1321最好选择12bit以上的A/D转换芯片，例如，型号为ADC128D818的A/D转换芯片。

在本实施例中，控制器133用于依据第一检测模块131检测到的测试电压计算出工作模块150的输入电流，以及依据输入电流和输入电压计算出工作模块150的功耗。

作为一种实施方式，控制器133用于依据第二公式

计算出工作模块150的输入电流，其中，Iload为工作模块150的输入电流，Rsource为测试电阻的阻值。另外，控制器133计算得到工作模块150的输入电流Iload之后，控制器133还用于依据工作模块150的输入电压Vout及工作模块150的输入电流Iload，通过公式P＝Vout*Iload计算出工作模块150的功耗。

在本实施例中，控制器133可以是一种集成电路芯片，具有信号处理能力，控制器133可以是数字信号处理器、专用集成电路、现场可编程门阵列或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。作为一种实施方式，控制器133可以是，但不限于MCU(Microcontroller Unit，微控制单元)。

需要指出的是，如果控制器133内置A/D转换模块，则可节省一部分外围电路设计，此时控制器133可以直接接收模拟信号进行内部换算。

在本实施例中，显示模块134用于在控制器133的控制下对工作模块150的输入电流及功率进行显示，显示模块134可以是数码管。由于本发明实施例提供的电源测试电路130可以同时对8路电源110供给工作模块150的输入电流和功耗进行检测，故显示模块134可以在控制器133的控制下，根据用户需求显示任一路电源110供给工作模块150的输入电流和功耗。

请参照图3，图3示出了本发明实施例所提供的电源测试方法的流程图。电源测试方法应用于上述的电源测试电路130，用于测试硬件系统100中工作模块150的输入电流和功耗，该电源测试方法的流程如下：

步骤S1，第一检测模块131依据测试电阻的两端电压检测测试电压并将测试电压传输至控制器133。

在本实施例中，第一检测模块131检测测试电阻Rsource的两端电压，并依据测试电阻Rsource的两端电压和第一公式Ur＝Usource*Gain+Vref计算出测试电压后传输至控制器133，以使控制器133计算工作模块150的输入电流，其中，Ur为测试电压，Usource为测试电阻Rsource的两端电压，Gain为电流监测芯片1312的预设增益，Vref为参考电压。

步骤S2，第二检测模块132检测工作模块150的输入电压并将输入电压传输至控制器133。

在本实施例中，第二检测模块132检测到的工作模块150的输入电压为Vout＝U-Usource，其中，Vout为工作模块150的输入电压，Usource为测试电阻Rsource的两端电压，U为电源110的输出电压。

步骤S3，控制器133依据测试电压计算出工作模块150的输入电流，以及依据输入电流和输入电压计算出工作模块150的功耗。

在本实施例中，控制器133依据第二公式

计算出工作模块150的输入电流，其中，Iload为工作模块150的输入电流，Rsource为测试电阻的阻值。另外，控制器133计算得到工作模块150的输入电流Iload之后，控制器133会依据工作模块150的输入电压Vout及工作模块150的输入电流Iload，通过公式P＝Vout*Iload计算出工作模块150的功耗。

步骤S4，显示模块134在控制器133的控制下对工作模块150的输入电流及功率进行显示。

在本实施例中，由于本发明实施例提供的电源测试电路130可以同时对8路电源110供给工作模块150的输入电流和功耗进行检测，故显示模块134可以在控制器133的控制下，根据用户需求显示任一路电源110供给工作模块150的输入电流和功耗。

以下用一个实例对本发明实施例提供的电源测试电路及方法进行进一步说明。假设某产品板需要测试每路SATA盘片的电流及功耗，通过MCU来确定待测电路的电流Iload和电压Vsata。其中，电流Iload的检测实现方式为：在每路SATA总电源输入级加一颗测试电阻，利用电流监测器INA21侦测流经该测试电阻的电流，后经A/D转换芯片ADC128D818将侦测到的实时信号进行A/D转换送入到MCU当中，MCU计算得到电流Iload。电压Vout的检测实现方式为：待测电路的电压Vsata直接送入到A/D转换芯片ADC128D818进行A/D转换送入到MCU当中，MCU计算得到Vsata值，MCU接收到实时测试的电流Iload和电压Vsata，进行P＝Vsata*Iload运算得到待测电路的功耗，MCU会控制数码管，根据需求将用户需要的电流和功耗实时显示出来。

本发明实施例所提供的电源测试电路130的工作原理是：

首先，第一检测模块131依据测试电阻Rsource的两端电压检测测试电压并将测试电压传输至控制器133，具体来说，第一检测模块131检测测试电阻Rsource的两端电压，并依据测试电阻Rsource的两端电压和第一公式Ur＝Usource*Gain+Vref计算出测试电压后传输至控制器133，以使控制器133计算工作模块150的输入电流，其中，Ur为测试电压，Usource为测试电阻Rsource的两端电压，Gain为电流监测芯片1312的预设增益，Vref为参考电压；

然后，第二检测模块132检测工作模块150的输入电压并将输入电压传输至控制器133，该输入电压为Vout＝U-Usource，其中，Vout为输入电压，Usource为测试电阻Rsource的两端电压，U为电源110的输出电压；

接下来，控制器133依据第二公式

计算出工作模块150的输入电流，其中，Iload为工作模块150的输入电流，Rsource为测试电阻的阻值，以及依据工作模块150的输入电压Vout及输入电流Iload，通过公式P＝Vout*Iload计算出工作模块150的功耗；

最后，控制器133控制显示模块134对工作模块150的输入电流及功率进行显示。

与现有技术相比，本发明实施例提供的电源测试电路及方法具有以下优点：首先，本发明至少可以同时测试8路电源110供给工作模块150的输入电流和功耗，并将电源110供给工作模块150的输入电流和功耗直接通过数码管的方式显示出来，测试结果一目了然，测试更方便、快捷、准确；其次，没有外部接入，不会引入相关干扰，不会由于环境、测试仪器、测试人员、测试手法而造成额外误差，不会由于测试人员、测试仪器等不同而导致测试结果不一致的问题。

综上所述，本发明实施例提供的一种电源测试电路及方法，电源测试电路包括测试电阻、第一检测模块、第二检测模块及控制器，测试电阻与电源电连接；第一检测模块的第一检测端口与测试电阻的第一端电连接，第一检测模块的第二检测端口与测试电阻的第二端电连接，且第一检测模块与控制器电连接；测试电阻与工作模块电连接且串联第二检测模块电连接到控制器；第一检测模块用于依据测试电阻的两端电压检测测试电压并将测试电压传输至控制器；第二检测模块用于检测工作模块的输入电压并将输入电压传输至控制器；控制器用于依据测试电压计算出工作模块的输入电流，以及依据输入电流和输入电压计算出工作模块的功耗。与现有技术相比，本发明实施例在电源设计阶段预先进行了电源测试电路的设计，在测试阶段可以以直接得到工作模块的电流和功耗，测试过程简单且误差小。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

Claims (8)

1.一种电源测试电路，其特征在于，所述电源测试电路包括测试电阻、第一检测模块、第二检测模块及控制器，所述测试电阻与电源电连接；所述第一检测模块的第一检测端口与所述测试电阻的第一端电连接，所述第一检测模块的第二检测端口与所述测试电阻的第二端电连接，且所述第一检测模块与所述控制器电连接；所述测试电阻与工作模块电连接且串联所述第二检测模块电连接到所述控制器；所述第二检测模块包括第二电容及第二A/D转换单元，所述测试电阻、第二A/D转换单元及控制器依次电连接，且所述测试电阻通过所述第二电容串联接地，所述电源为直流电源；

所述第一检测模块用于依据所述测试电阻的两端电压检测测试电压并将所述测试电压传输至所述控制器；

所述第二检测模块用于检测所述工作模块的输入电压并将所述输入电压传输至所述控制器；

所述控制器用于依据所述测试电压计算出所述工作模块的输入电流，以及依据所述输入电流和所述输入电压计算出所述工作模块的功耗；

所述第二A/D转换单元检测到的所述工作模块的输入电压为Vout＝U-Usource，其中，Vout为所述输入电压，Usource为所述测试电阻的两端电压，U为所述电源的输出电压。

2.如权利要求1所述的电源测试电路，其特征在于，所述第一检测模块包括滤波电路、电流监测芯片及第一A/D转换单元，所述滤波电路并联于所述测试电阻的两端，所述电流监测芯片并联至所述滤波电路的两端，且所述电流监测芯片、第一A/D转换单元及控制器依次电连接。

3.如权利要求2所述的电源测试电路，其特征在于，所述电流监测芯片还包括信号输出端及参考电压端，所述信号输出端与所述第一A/D转换单元电连接，所述参考电压端电连接到参考电压。

4.如权利要求2所述的电源测试电路，其特征在于，所述滤波电路包括第一电阻、第二电阻及第一电容，所述第一电阻的一端电连接于所述电源和所述测试电阻的第一端之间，所述第一电阻的另一端与所述第一电容的一端电连接；所述第二电阻的一端与所述测试电阻的第二端电连接，所述第二电阻的另一端与所述第一电容的另一端电连接；所述电流监测芯片包括所述第一检测端口和所述第二检测端口，所述第一检测端口电连接于所述第一电阻和所述第一电容之间，所述第二检测端口电连接于所述第二电阻和所述第一电容之间。

5.如权利要求3所述的电源测试电路，其特征在于，所述第一检测模块用于检测所述测试电阻的两端电压，并依据所述测试电阻的两端电压和第一公式Ur＝Usource*Gain+Vref计算出所述测试电压后传输至所述控制器，以使所述控制器计算出所述工作模块的输入电流，其中，Ur为所述测试电压，Usource为所述测试电阻的两端电压，Gain为所述电流监测芯片的预设增益，Vref为所述参考电压。

6.如权利要求5所述的电源测试电路，其特征在于，所述控制器用于依据第二公式

计算出所述工作模块的输入电流，其中，Iload为所述输入电流，Rsource为所述测试电阻的阻值。

7.如权利要求1所述的电源测试电路，其特征在于，所述电源测试电路还包括显示模块，所述显示模块与所述控制器电连接，所述显示模块用于在所述控制器的控制下对所述工作模块的输入电流及功率进行显示。

8.一种电源测试方法，其特征在于，应用于权利要求1-7任一项所述的电源测试电路，用于测试工作模块的输入电流和功耗，所述方法包括：

所述第一检测模块依据所述测试电阻的两端电压检测测试电压并将所述测试电压传输至所述控制器；

所述第二检测模块检测所述工作模块的输入电压并将所述输入电压传输至所述控制器；

所述控制器依据所述测试电压计算出所述工作模块的输入电流，以及依据所述输入电流和所述输入电压计算出所述工作模块的功耗。

Images