CN101441593A - 功率测量装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种功率测量装置，其包括电压转换器、电压电流测量电路与运算单元。电压转换器用以将输入电压信号转换成输出电压信号。电压电流测量电路包括电感、第一电阻、第一电容与第二电容。其中，电感的第一端接收该输出电压信号，而其第二端产生电压反馈信号。运算单元用以将电压反馈信号与第一电容的第一端与第二端之间的端电流信号进行运算，以计算出功率信号。藉此，可以有效地提高热测试的准确性。
Description
技术领域
本发明是有关于一种功率测量装置，且特别是有关于一种增加热测试(Thermal Test)准确性的功率测量装置。
背景技术
在目前电脑系统或服务器中，中央处理器(center processing unit，CPU)的工作效能以及工作频率不断地增加。为了确保电脑系统或服务器的稳定性，一般会执行热测试(Thermal Test)，而热测试的一个重点就是中央处理器或芯片组(Chipset)以最大功率运行时的功率测试问题。
然而，一般在电脑系统或服务器中进行热测试时，都是透过测量中央处理器或芯片组的输入电流，再折算至输出端并进行粗略的测量方式，以获得中央处理器或芯片组的功率。但是，由于电脑系统或服务器的工作效率和中央处理器的电压识别码(Voltage Identification Code，VID)信号的变动无法确实掌握，因而造成功率测量不准确，使得热测试的效率下降。
发明内容
本发明提供一种功率测量装置，藉此可以即时地测量到中央处理器与各芯片组的功率，以便提高工作效率与品质，也可以增加热测试(Thermal Test)的准确性。
本发明提出一种功率测量装置，其包括电压转换器、电压电流测量电路与运算单元。电压转换器用以将输入电压信号转换成输出电压信号，且此电压转换装置包括脉宽调制单元与开关单元。脉宽调制单元依据电压反馈信号而产生脉宽调制信号。开关单元耦接脉宽调制单元，依据脉宽调制信号，决定是否将输入电压信号导通输出，以产生输出电压信号。
电压电流测量电路包括电感、第一电阻、第一电容与第二电容。电感的第一端接收输出电压信号，且其第二端产生电压反馈信号。第一电阻的第一端耦接电感的第一端。第一电容的第一端耦接第一电阻的第二端，且其第二端耦接电感的第二端。第二电容的第一端耦接电感的第二端，且其第二端耦接地端。运算单元用以将电压反馈信号与第一电容的第一端与第二端之间的端电流信号进行运算，以计算出功率信号。
在本发明一实施例中，上述脉宽调制单元包括：误差放大器与比较器。误差放大器用以比较电压反馈信号与电压参考信号，并产生误差信号。比较器用以比较误差信号与斜波信号，并产生脉宽调制信号。
在本发明一实施例中，上述开关单元包括第一晶体管与第二晶体管。第一晶体管的栅极接收脉宽调制信号，且其第一源/漏极端接收输入电压信号，而其第二源/漏极端产生输出电压信号。第二晶体管的栅极接收脉宽调制信号，且其第一源/漏极端耦接至第一晶体管的第二源/漏极端，而其第二源/漏极耦接地端。
在本发明一实施例中，上述运算单元包括电流放大器、电压放大器、第一模拟数字转换器、第一乘法器、第二模拟数字转换器与第二乘法器。电流放大器具有第一端及第二端，分别耦接于第一电容的第一端及第二端，用以将端电流信号转换为单相电流信号。电压放大器具有第一端接收电压反馈信号，且其第二端耦接地端，用以增益电压反馈信号。第一模拟数字转换器将单相电流转换为数字电流信号。第一乘法器将数字电流信号与数值相乘，并产生总输出电流信号。第二模拟数字转换器将经增益的电压反馈信号转换为数字电压信号。第二乘法器将总输出电流信号与数字电压信号相乘，以获得功率信号。
在本发明一实施例中，上述功率测量装置还包括：测量模块与第三模拟数字转换器。测量模块耦接第一电容的第一端及第二端，通过测量第一电容的第一端及第二端之间的一跨压，以获得端电流信号。其中，测量模块包括多个第一开关、多个第二开关、多个第二电阻与多个第三电容。上述第一开关的第一端耦接至第一电容的第一端。上述第二开关的第一端耦接至第一电容的第二端。上述第二电阻的第一端分别耦接至上述第一开关的第二端，且其第二端彼此耦接，而上述第二电阻具有不同的电阻值。上述第三电容的第一端分别耦接至上述第二开关的第二端，且其第二端耦接至上述第二电阻的第二端，而上述第三电容具有不同的电容值。第三模拟数字转换器耦接至上述第二开关的第一端与上述第二电阻的第二端，用以将端电流信号转换成数字电流信号。其中，上述第一开关与上述第二开关的导通与断开，使得上述第二电阻与上述第三电容产生不同组合，进而使测量模块得以测量不同电流范围的端电流信号。
在本发明一实施例中，上述运算单元为基板管理控制器，用以将电压反馈信号与数字电流信号进行运算，以获得出功率信号。在另一实施例中，上述功率测量装置还包括显示器，其耦接至运算单元的输出，以显示功率信号的大小。
综上所述，本发明利用电压电流测量装置，将电源转换器所产生的输出电压信号转换成电压反馈信号。另一方面，通过测量第一电容上的跨压，以获得端电流信号。之后，利用运算单元将电压反馈信号与端电流信号进行运算，以获得功率。如此一来，若是电压反馈信号和端电流信号产生变化时，可即时通过运算单元的输出反映出来。因此，本发明可增加功率测量的准确性，也可以提高热测试的工作效率及品质。
为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下。
附图说明
图1绘示为本发明一实施例的功率测量装置的电路图。
图2绘示为本发明另一实施例的功率测量装置的电路图。
具体实施方式
图1绘示为本发明一实施例的功率测量装置的电路图。请参照图1，功率测量装置100包括电压转换器110、电压电流测量电路130、运算单元150与显示器170。
电压转换器110包括脉宽调制单元111与开关单元112。脉宽调制单元111中尚包括误差放大器113与比较器114。误差放大器113接收并比较电压反馈信号Vfb与电压参考信号Vref，而产生误差信号Verror至比较器114。比较器114接收并比较比较误差信号Verror与斜波信号Vramp，而产生脉宽调制信号VPWM至开关单元112，以控制开关单元112的导通状态。
开关单元112包括晶体管M1与M2。晶体管M1的栅极接收脉宽调制信号VPWM，且其第一源/漏极端接收输入电压信号Vin，而其第二源/漏极端产生输出电压信号Vout。晶体管M2的栅极接收脉宽调制信号VPWM，且其第一源/漏极端耦接至晶体管M1的第二源/漏极端，而其第二源/漏极耦接地端。在本实施例中，晶体管M1与M2不会同时接通或断开，亦即当晶体管M1为接通状态，则晶体管M2为断开状态，而当晶体管M1为断开状态，则晶体管M2为接通状态。
承上述，电压电流测量电路130包括电感L1、电阻R1与电容C1、C2。电感L1的第一端接收输出电压信号Vout，且其第二端产生电压反馈信号Vfb。电阻R1的第一端耦接电感L1的第一端。电容C1的第一端耦接电阻R1的第二端，且其第二端耦接电感L1的第二端。电容C2的第一端耦接电感L1的第二端，且其第二端耦接地端。
另外，运算单元150包括电流放大器151、电压放大器152、模拟数字转换器(analog-to-digital converter)153、155与乘法器154、156。电流放大器151具有第一端及第二端，且分别耦接于电容C1的第一端及第二端，用以将端电流信号转换为单相电流信号。电压放大器152具有第一端接收电压反馈信号Vfb，且其第二端耦接地端，用以增益电压反馈信号Vfb。
承上述，模拟数字转换器153将单相电流转换为数字电流信号。乘法器154将数字电流信号与数值N相乘，并产生总输出电流信号。其中，数值N例如为一常数(constant)。模拟数字转换器155将经增益之电压反馈信号Vfb转换为数字电压信号。乘法器156将总输出电流信号与数字电压信号相乘，以获得功率信号。
请继续参照图1，在电压电流测量电路130中，串接的电阻R1及电容C1会通过与电感L1的相互并联来形成凯文连接(Kelvin connection)，并进而成为一个完整的凯文电路。由于电阻R1与电容C1是以凯文连接的方式来与电感L1相互耦接，因此，电压电流测量装置130可以精准地测量到电感L1的电流变化。且此电流变化的情形，将以电压的形式被反映在电容C1上。
因此，通过将电容C1上的跨压输入至电流放大器151，以获得一单相电流信号。之后，将此单相电流信号经由模拟数字转换电路153转换成数字的电流信号。接着，将得到的数字电流信号与一数值N(例如相数)，通过乘法器154进行相乘以得到总电流信号，此总输出电流例如是中央处理器或芯片组的总输出电流。
另一方面，电感L1与电容C2会组成一完整的低通滤波器，用以滤除输出电压信号Vout的高频成分，并且产生电压反馈信号Vfb。之后，通过电压放大器152增益电感L1的第二端所产生的电压反馈信号Vfb，并透过模拟数字转换器155，将电压反馈信号Vfb转换成数字的电压信号。
接着，当乘法器156接收到数字电压信号与总电流信号后，并将上述两信号进行相乘以计算出一功率信号，此功率信号即为中央处理器或芯片组的功率，并被传送至显示器170。最后，通过显示器170直接显示功率信号的大小。如此一来，使用者即可透过显示器170得知中央处理器或芯片组的功率信息，若是电容C1上的端电流信号和电压反馈信号Vfb产生变化时，可即时反映在显示器170所显示的功率信号，以增加热测试的准确性，亦可提高测试的工作效率与品质。
图2绘示为本发明另一实施例的功率测量装置的电路图。请参照图2，在功率测量装置100中，电压转换器110、电压电流测量电路130以及显示器170的内部电路及其功效与图1相同，故不再赘述。而本实施例与图1的不同在于，功率测量装置100还包括测量模块210与模拟数字转换器220。测量模块210耦接电容C1的第一端及第二端，通过测量电容C1的第一端及第二端之间的一跨压，以获得端电流信号。其中，测量模块210包括开关SW1_1～SW1_n、SW2_1～SW2_n、电阻R2_1～R2_n与电容C2_1～C2_n，而n为大于0的正整数。
开关SW1_1～SW1_n的第一端耦接至电容C1的第一端。开关SW2_1～SW2_n的第一端耦接至电容C1的第二端。电阻R2_1～R2_n的第一端分别耦接至开关SW1_1～SW1_n的第二端，电阻R2_1～R2_n的第二端彼此耦接，其中，电阻R2_1～R2_n各自具有不同的电阻值。电容C2_1～C2_n的第一端分别耦接至开关SW2_1～SW2_n的第二端，电容C2_1～C2_n的第二端耦接至电阻R2_1～R2_n的第二端，其中电容C2_1～C2_n各自具有不同的电容值。
另外，通过开关SW1_1～SW1_n与SW2_1～SW2_n的导通与断开，使得电阻R2_1～R2_n与电容C2_1～C2_n产生不同组合，进而使测量模块210得以测量不同电流范围的端电流信号。举例来说，当开关SW1_1～SW1_2与SW2_1～SW2_2导通，使得电阻R2_1～R2_2与电容C2_1～C2_2产生一种组合，此组合例如可以测量电流的范围最大值为10mA。而若是开关SW1_3～SW1_5与SW2_3～SW2_5导通，使得电阻R2_3～R2_5与电容C2_3～C2_5产生另一种组合，此组合例如可以测量电流的范围最大值为100mA。此外，上述说明并不能用以局限本发明的形式，使用者可视其需求自行调整开关、电阻以及电容的个数以及配对关系，以产生所需要的测量范围。
之后，通过模拟数字转换器220耦接至开关SW2_1～SW2_n的第一端与电阻R2_1～R2_n的第二端，用以将电容C1上所产生的端电流信号转换成数字电流信号，并传送至运算单元150。在本实施例中，假设模拟数字转换器220以型号为IR3720的集成电路，而运算单元150以配置于主板上的基板管理控制器(BaseboardManagement Controller，BMC)来实施。因此通过IR3720的集成电路将所接收到的模拟信号转换为I2C(inter-integrated circuit)的数字信号，并传送至基板管理控制器，以便于控制并计算上述I2C的数字信号。
接着，在利用基板管理控制器将其所接收的电压反馈信号Vfb与I2C数字电流信号进行运算，以获得出功率信号。最后，通过显示器170将功率信号的大小显示出来。
综上所述，本发明利用电压电流测量装置，将电压转换器所产生的输出电压信号转换成电压反馈信号。另一方面，通过测量第一电容上的跨压，以获得端电流信号。之后，再利用运算单元，将电压反馈信号与端电流信号进行运算，以获得中央处理器或芯片组的功率。如此一来，若是电压反馈信号(输出电压信号)和端电流信号产生变化时，可即时反映在运算单元的输出。因此，本发明可增加功率测量的准确性，也可以提高热测试的工作效率及品质。
虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围当以权利要求所界定的为准。
Claims (7)
1.一种功率测量装置，包括：
一电压转换器，用以将一输入电压信号转换成一输出电压信号，该电压转换器包括：
一脉宽调制单元，依据一电压参考信号与一电压反馈信号，而产生一脉宽调制信号；以及
一开关单元，耦接该脉宽调制单元，依据该脉宽调制信号，决定是否将该输入电压信号导通输出，以产生该输出电压信号；
一电压电流测量电路，包括：
一电感，其第一端接收该输出电压信号，其第二端产生该电压反馈信号；
一第一电阻，其第一端耦接该电感的第一端；
一第一电容，其第一端耦接该第一电阻的第二端，其第二端耦接该电感的第二端；以及
一第二电容，其第一端耦接该电感的第二端，其第二端耦接地端；以及
一运算单元，用以将该电压反馈信号与该第一电容的第一端与第二端之间的一端电流信号进行运算，以计算出一功率。
2.如权利要求1所述的功率测量装置，其特征在于，该脉宽调制单元包括：
一误差放大器，比较该电压反馈信号与一电压参考信号，并产生一误差信号；以及
一比较器，比较该误差信号与一斜波信号，并产生该脉宽调制信号。
3.如权利要求1所述的功率测量装置，其特征在于，该开关单元包括：
一第一晶体管，其栅极接收该脉宽调制信号，其第一源/漏极端接收该输入电压信号，其第二源/漏极端产生该输出电压信号；以及
一第二晶体管，其栅极接收该脉宽调制信号，其第一源/漏极端耦接至该第一晶体管的第二源/漏极端，其第二源/漏极耦接地端。
4.如权利要求1所述的功率测量装置，其特征在于，该运算单元包括：
一电流放大器，具有第一端及第二端分别耦接于该第一电容的第一端及第二端，用以将该端电流信号该转换为一单相电流信号；
一电压放大器，具有第一端接收该电压反馈信号，第二端耦接地端，用以增益该电压反馈信号；
一第一模拟数字转换器，将该单相电流转换为一数字电流信号；
一第一乘法器，将该数字电流信号与一数值相乘，并产生一总输出电流信号；
一第二模拟数字转换器，将经增益的该电压反馈信号转换为一数字电压信号；以及
一第二乘法器，将该总输出电流信号与该数字电压信号相乘，以获得该功率信号。
5.如权利要求1所述的功率测量装置，其特征在于，还包括：
一测量模块，耦接该第一电容的第一端及第二端，通过测量该第一电容的第一端及第二端之间的一跨压，以获得该端电流信号，该测量模块包括：
多个第一开关，该些第一开关的第一端耦接至该第一电容的第一端；
多个第二开关，该些第二开关的第一端耦接至该第一电容的第二端；
多个第二电阻，该些第二电阻的第一端分别耦接至该些第一开关的第二端，该些第二电阻的第二端彼此耦接，其中该些第二电阻具有不同的电阻值；以及
多个第三电容，该些第三电容的第一端分别耦接至该些第二开关的第二端，该些第三电容的第二端耦接至该些第二电阻的第二端，其中该些第三电容具有不同的电容值；以及
一第三模拟数字转换器，耦接至该些第二开关的第一端与该些第二电阻的第二端，用以将该端电流信号转换成一数字电流信号，
其中，该些第一开关与该些第二开关的导通与断开，使得该些第二电阻与该些第三电容产生不同组合，进而使该测量模块得以测量不同电流范围的该端电流信号。
6.如权利要求5所述的功率测量装置，其特征在于，该运算单元为一基板管理控制器，用以将该电压反馈信号与该数字电流信号进行运算，以获得出该功率信号。
7.如权利要求1所述的功率测量装置，其特征在于，还包括：
一显示器，耦接至该运算单元的输出，以显示该功率信号的大小。
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| C14 | Grant of patent or utility model | ||
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
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Granted publication date: 20100901 Termination date: 20191123 |