TW201400839A - 電源負載測試裝置 - Google Patents

Abstract

一種電源負載測試裝置包括主控制器、函數發生器、拉載電路以及電流檢測電路，所述函數發生器用於輸出一方波訊號；所述拉載電路用於根據所述方波訊號動態地改變被測電源的輸出電流；所述電流檢測電路電性連接至所述主控制器，所述電流檢測電路用於配合所述主控制器檢測所述輸出電流的斜率，所述主控制器用於將檢測到的所述輸出電流的斜率與一預設斜率值進行比較，並根據比較結果相應控制所述函數發生器調整所述方波訊號，直到所述輸出電流的斜率與所述預設斜率值相等。

Description

電源負載測試裝置

本發明涉及一種電源負載測試裝置，尤其涉及一種用於電腦VRM的電源負載測試裝置。

電腦的電壓調節模組（Voltage Regulator Module, VRM）在實際使用中，其所帶的負載一般是動態負載，即，VRM的負載是隨時變化的，相應地，VRM的輸出電流也隨負載的變化而呈動態變化。例如，電腦在進入某些遊戲程式時，VRM所帶的負載會明顯增大，相應地VRM的輸出電流也明顯增大。

在對VRM進行動態測試時，一般在VRM的輸出端連接一個電子負載，所述電子負載藉由類比實際使用情況改變VRM的輸出電流實現對VRM的動態負載測試。VRM進行動態測試時，其在電子負載的作用下，輸出電流的波形一般可簡化為圖1所示的方波波形，VRM的輸出電流從0上升到I1的上升時間為t1，其中，輸出電流的斜率，即電子負載的拉載斜率為：I1與上升時間t1的比值。根據負載的不同，VRM的拉載斜率也不同，有時，VRM需要較大的拉載斜率來驅動負載。

習知的電子負載的拉載斜率一般在1A/μs左右，並且是固定的，無法滿足某些VRM對較大拉載斜率的需求。

有鑒於此，有必要提供一種可提供較大拉載斜率的電源負載測試裝置。

一種電源負載測試裝置，用於對一被測電源進行動態負載測試，所述電源負載測試裝置包括依次電性連接的主控制器、函數發生器、拉載電路以及電流檢測電路，所述函數發生器用於輸出一方波訊號；所述拉載電路用於根據所述方波訊號動態地改變所述被測電源的輸出電流；所述電流檢測電路還電性連接至所述主控制器，所述電流檢測電路用於配合所述主控制器檢測所述輸出電流的斜率，所述主控制器用於將檢測到的所述輸出電流的斜率與一預設斜率值進行比較，並根據比較結果相應控制所述函數發生器調整所述方波訊號，直到所述輸出電流的斜率與所述預設斜率值相等。

如此，所述的電源負載測試裝置藉由主控制器控制函數發生器對方波訊號的波形進行調節，從而可藉由拉載電路相應調節該電源負載測試裝置的拉載斜率，從而可根據需要獲得較大的拉載斜率。此外，根據鍵盤電路輸入的不同的預設斜率值，所述電源負載測試裝置還可相應得到不同的拉載斜率，因此，具有較好的通用性。

請參閱圖2，本發明較佳實施方式的電源負載測試裝置100用於對一被測電源進行動態負載測試。在本實施方式中，以所述被測電源為一VRM200為例對本發明進行說明。

電源負載測試裝置100包括主控制器10、函數發生器20、拉載電路30、電流檢測電路40、使能電路50、鍵盤電路60以及顯示器70。函數發生器20用於產生一方波訊號；拉載電路30用於根據所述方波訊號動態地改變VRM200的輸出電流；電流檢測電路40用於配合主控制器10檢測VRM200的輸出電流Io，即負載電流，從而得到輸出電流Io的斜率；所述主控制器10用於將輸出電流Io的斜率與一預設斜率值進行比較，並根據比較結果相應控制函數發生器20調整所述方波訊號的波形，直到輸出電流Io的斜率與所述預設斜率值相等。

請一併參閱圖3，主控制器10包括電性連接至電流檢測電路40的電流檢測引腳P1以及電性連接使能電路50的控制引腳P2。

拉載電路30包括電壓跟隨器U1、第一金屬氧化物半導體場效應電晶體（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor, MOSFET）Q1、負載電阻R0、濾波電阻R1、限流電阻R2-R5以及濾波電容C1。電壓跟隨器U1包括同相輸入端1、反相輸入端2、輸出端3以及控制端4。電壓跟隨器U1的同相輸入端1藉由限流電阻R2電性連接至函數發生器20，用於接收所述方波訊號；反相輸入端2依次藉由濾波電阻R1及濾波電容C1電性連接至輸出端3；輸出端3藉由限流電阻R3電性連接至第一MOSFET Q1的閘極g1；控制端4電性連接至使能電路50。第一MOSFET Q1的源極s1藉由負載電阻R0接地，源極s1還電性連接至電壓跟隨器U1的反相輸入端2；第一MOSFET Q1的汲極d1電性連接至VRM200的輸出端。在本實施方式中，源極s1藉由限流電阻R5電性連接電壓跟隨器U1的反相輸入端2。限流電阻R5用於防止電壓跟隨器U1的反相輸入端2上的電流對VRM的輸出電流Io的測試造成影響。

電壓跟隨器U1的輸出端3上的電壓與其同相輸入端1上的電壓同相，且電壓跟隨器U1的放大倍數近似為1，因此，電壓跟隨器U1的輸出端3輸出的訊號即為所述方波訊號，所述方波訊號驅動第一MOSFET Q1依次導通與截止，從而VRM200在負載電阻R0上產生一動態的電流，即VRM200的輸出電流Io。

根據運算放大器的虛斷特性，電壓跟隨器U1的反相輸入端2的電流近似為零，因此，限流電阻R5上的壓降很小，第一MOSFET Q1的源極s1上的電位近似等於電壓跟隨器U1的反相輸入端2的電位。根據運算放大器的虛短特性，電壓跟隨器U1的同相輸入端1的電位與反相輸入端2的電位相等，因此，第一MOSFET Q1的源極s1上的電位的幅值等於所述方波訊號的幅值。而負載電阻R0上的電流，即輸出電流Io的值等於源極s1上的電位與負載電阻R0的阻值之商，如此，藉由改變所述方波訊號的幅值，即可改變輸出電流Io的大小，從而，在相同的上升時間的情況下，輸出電流Io越大，則其斜率越大。此外，由於所述方波訊號的幅值改變時，輸出電流Io的幅值也隨之改變，因此，輸出電流Io具有與所述方波訊號相同的上升時間、下降時間、頻率以及佔空比，藉由改變所述方波訊號的上升時間以及下降時間，也可相應改變輸出電流Io的上升時間及下降時間，在輸出電流Io幅值不變的情況下，上升時間及下降時間越大，則其斜率越小。

在本實施方式中，拉載電路30還包括NPN型三極管Q2以及PNP型三極管Q3。NPN型三極管Q2以及PNP型三極管Q3用於增強所述方波訊號對第一MOSFET Q1的驅動能力，避免所述方波訊號失真無法正常驅動第一MOSFET Q1。具體地，電壓跟隨器U1的輸出端3藉由限流電阻R5電性連接至NPN型三極管Q2及PNP型三極管Q3的基極b1、b2。NPN型三極管Q2的集極c1電性連接至+5V電源；射極e1電性連接至PNP型三極管Q3的射極e2，且射極e1、e2之間的節點藉由限流電阻R3電性連接至第一MOSFET Q1的閘極g1。PNP型三極管Q3的集極c2電性連接至-5V電源。此外，當第一MOSFET Q1截止時，PNP型三極管Q3還用於使第一MOSFET Q1內的充電電容（圖未示）迅速接地放電，從而使第一MOSFET Q1快速截止，從而提高第一MOSFET Q1的回應速度。

電流檢測電路40包括運算放大器U2、限流電阻R6-R8以及回饋電阻R9。運算放大器U2包括同相輸入端5、反相輸入端6、輸出端7以及控制端8。運算放大器U2的同相輸入端5藉由限流電阻R6電性連接至負載電阻R0與源極s1之間的節點；且同相輸入端5與限流電阻R6之間的節點還藉由限流電阻R8接地。反相輸入端6藉由限流電阻R7電性連接至負載電阻R0與地之間的節點；且反相輸入端6與限流電阻R7之間的節點還藉由回饋電阻R9電性連接至輸出端7。輸出端7電性連接至主控制器10。運算放大器U2用於將負載電阻R0上流過的所述輸出電流Io放大後轉換成電壓訊號輸出至主控制器10的電流檢測引腳P1，主控制器10根據該電壓訊號相應計算出輸出電流Io，從而根據負載電阻R0上輸出電流Io的變化判斷出輸出電流Io的斜率。

使能電路50電性連接至主控制器10，主控制器10藉由使能電路50控制拉載電路30以及電流檢測電路40的工作狀態。具體地，使能電路50包括第二MOSFET Q4以及限流電阻R10。第二MOSFET Q4的閘極g2電性連接至主控制器10的控制引腳P2，源極s2接地，閘極d2電性連接至電壓跟隨器U1及運算放大器U2的控制端4、8。電壓跟隨器U1及運算放大器U2的控制端4、8與汲極d2之間的節點還藉由限流電阻R10電性連接至一電源，如本實施方式中的+5V電源。主控制器10藉由控制第二MOSFET Q4的導通與截止，相應改變控制端4及8的電平狀態，從而控制電壓跟隨器U1及運算放大器U2開始工作或停止工作。在本實施方式中，控制端4及8均為高電平有效。如此，當主控制器10藉由控制引腳P2發送一低電平訊號（邏輯0）至第二MOSFET Q4時，第二MOSFET Q4截止，控制端4及8藉由限流電阻R10連接至+5V電源而呈高電平，電壓跟隨器U1及運算放大器U2開始工作；而當主控制器10藉由控制引腳P2發送一高電平訊號（邏輯1）至第二MOSFET Q4時，第二MOSFET Q4導通，控制端4及8藉由第二MOSFET Q4接地而呈低電平，電壓跟隨器U1及運算放大器U2停止工作。

可以理解，所述使能電路50也可僅連接至電壓跟隨器U1或者運算放大器U2的其中一個，從而主控制器10僅對電壓跟隨器U1或者運算放大器U2的其中一個的工作狀態進行控制。

在本實施方式中，所述預設斜率值由電性連接至主控制器10的鍵盤電路60輸入。藉由鍵盤電路60輸入不同的預設斜率值，可以使得拉載電路30獲得不同的拉載斜率。此外，函數發生器20輸出的所述方波訊號的幅值、上升時間、下降時間、頻率以及佔空比等參數也可藉由所述鍵盤電路60輸入，主控制器10藉由鍵盤電路60接收所述方波訊號的各參數，並根據各參數控制函數發生器20輸出相應的所述方波訊號。

顯示器70電性連接至所述主控制器10，用於在主控制器10的控制下顯示鍵盤電路60輸入的所述預設斜率值以及所述方波訊號的各參數。

下面簡述所述電源負載測試裝置100的工作過程：

首先將所述拉載電路30的第一MOSFET Q1的汲極d1電性連接至一被測電源，如本實施例中的待測VRM200。接著鍵盤電路60首先輸入所述預設斜率值以及所述方波訊號的幅值、上升時間、下降時間、頻率以及佔空比等參數。主控制器10控制顯示器70顯示鍵盤電路60輸入的上述資訊，同時根據鍵盤電路60輸入的方波訊號的各參數控制所述函數發生器20輸出相應的所述方波訊號，隨後主控制器10藉由使能電路50控制拉載電路30以及電流檢測電路40開始工作，拉載電路30則根據所述方波訊號驅動VRM200輸出相應的輸出電流Io，電流檢測電路40隨後配合主控制器10檢測所述輸出電流Io的變化以相應判斷出所述輸出電流Io的斜率。主控制器10再將檢測到的輸出電流Io的斜率與所述預設斜率值進行比較，並根據比較結果控制函數發生器20對所述方波訊號的幅值和/或上升時間及下降時間進行微調，直到輸出電流Io的斜率與所述預設斜率值相等。

此時，電源負載測試裝置100可以等效為一動態的電子負載，在電源負載測試裝置100的作用下，使得VRM200的輸出電流Io呈動態變化，實現對VRM200的動態測試。

所述的電源負載測試裝置100藉由主控制器10控制函數發生器20對方波訊號的波形進行調節，從而可藉由拉載電路30相應調節該電源負載測試裝置100的拉載斜率使其達到所述預設斜率值，從而可根據需要設置所述預設斜率值即可獲得較大的拉載斜率。此外，根據鍵盤電路60輸入的不同的預設斜率值，所述電源負載測試裝置100還可相應得到不同的拉載斜率，因此，具有較好的通用性。

綜上所述，本發明符合發明專利要件，爰依法提出專利申請。惟，以上所述者僅為本發明之實施方式，本發明之範圍並不以上述實施方式為限，舉凡熟悉本案技藝之人士，於援依本案發明精神所作之等效修飾或變化，皆應包含於以下之申請專利範圍內。

100．．．電源負載測試裝置

200．．．VRM

10．．．主控制器

20．．．函數發生器

30．．．拉載電路

40．．．電流檢測電路

50．．．使能電路

60．．．鍵盤電路

70．．．顯示器

Io．．．輸出電流

P1．．．電流檢測引腳

P2．．．控制引腳

U1．．．電壓跟隨器

U2．．．運算放大器

Q1．．．第一MOSFET

Q2．．．NPN型三極管

Q3．．．PNP型三極管

Q4．．．第二MOSFET

R0．．．負載電阻

R1．．．濾波電阻

R2-R8、R10．．．限流電阻

R9．．．回饋電阻

C1．．．濾波電容

1、5．．．同相輸入端

2、6．．．反相輸入端

3、7．．．輸出端

4、8．．．控制端

g1、g2．．．閘極

s1、s2．．．源極

d1、d2．．．汲極

b1、b2．．．基極

c1、c2．．．集極

e1、e2．．．射極

圖1為習知VRM在進行動態測試時的輸出電流波形圖。

圖2為本發明較佳實施方式的電源負載測試裝置的功能模組圖。

圖3為圖2所示電源負載測試裝置的電路圖。

100．．．電源負載測試裝置

200．．．VRM

10．．．主控制器

20．．．函數發生器

30．．．拉載電路

40．．．電流檢測電路

50．．．使能電路

60．．．鍵盤電路

70．．．顯示器

Claims (10)

1. 一種電源負載測試裝置，用於對一被測電源進行動態負載測試，其改良在於：所述電源負載測試裝置包括依次電性連接的主控制器、函數發生器、拉載電路以及電流檢測電路，所述函數發生器用於輸出一方波訊號；所述拉載電路用於根據所述方波訊號動態地改變所述被測電源的輸出電流；所述電流檢測電路還電性連接至所述主控制器，所述電流檢測電路用於配合所述主控制器檢測所述輸出電流的斜率，所述主控制器用於將檢測到的所述輸出電流的斜率與一預設斜率值進行比較，並根據比較結果相應控制所述函數發生器調整所述方波訊號，直到所述輸出電流的斜率與所述預設斜率值相等。
2. 如申請專利範圍第1項所述之電源負載測試裝置，其中所述控制器藉由控制所述函數發生器改變所述方波訊號的幅值和/或上升時間以及下降時間來調節所述輸出電流的斜率。
3. 如申請專利範圍第1項所述之電源負載測試裝置，其中所述拉載電路包括電壓跟隨器、第一金屬氧化物半導體場效應電晶體以及負載電阻，所述電壓跟隨器的同相輸入端電性連接至所述函數發生器的輸出端，用於接收所述方波訊號，所述電壓跟隨器的輸出端電性連接至所述第一金屬氧化物半導體場效應電晶體的閘極，所述第一金屬氧化物半導體場效應電晶體的汲極電性連接至所述被測電源的輸出端，所述第一金屬氧化物半導體場效應電晶體的源極藉由所述負載電阻接地，且所述第一金屬氧化物半導體場效應電晶體的源極與所述負載電阻之間的節點電性連接至所述電壓跟隨器的反相輸入端。
4. 如申請專利範圍第3項所述之電源負載測試裝置，其中所述拉載電路還包括濾波電阻以及濾波電容，所述電壓跟隨器的反相輸入端依次藉由所述濾波電阻以及濾波電容電性連接至所述電壓跟隨器的輸出端。
5. 如申請專利範圍第3項所述之電源負載測試裝置，其中所述拉載電路還包括第一限流電阻，所述第一限流電阻電性連接至所述電壓跟隨器的反相輸入端與所述第一金屬氧化物半導體場效應電晶體的源極及所述負載電阻之間的節點之間，用於防止所述電壓跟隨器的反相輸入端上的電流對所述輸出電流的測試造成影響。
6. 如申請專利範圍第3項所述之電源負載測試裝置，其中所述拉載電路還包括NPN型三極管、PNP型三極管、第一電源以及第二電源，所述電壓跟隨器的輸出端電性連接至所述NPN型三極管及所述PNP型三極管的基極，所述NPN型三極管的集極電性連接至所述第一電源；射極電性連接至所述PNP型三極管的射極，且所述NPN型三極管以及PNP型三極管的射極之間的節點電性連接至所述第一金屬氧化物半導體場效應電晶體的閘極；所述PNP型三極管的集極電性連接至所述第二電源；所述NPN型三極管以及PNP型三極管用於增強所述方波訊號對第一金屬氧化物半導體場效應電晶體的驅動能力，避免所述方波訊號失真無法正常驅動第一金屬氧化物半導體場效應電晶體。
7. 如申請專利範圍第3項所述之電源負載測試裝置，其中所述電流檢測電路包括運算放大器，所述運算放大器的的同相輸入端電性連接至所述第一金屬氧化物半導體場效應電晶體的源極與所述負載電阻之間的節點，所述運算放大器的反相輸入端電性連接至所述負載電阻與地之間的節點，所述運算放大器的輸出端電性連接至主控制器，所述運算放大器用於將所述負載電阻上流過的所述輸出電流放大後轉換成相應的電壓訊號輸出至所述主控制器，所述主控制器根據該電壓訊號相應計算出所述輸出電流，從而根據所述輸出電流的變化判斷出所述輸出電流的斜率。
8. 如申請專利範圍第7項所述之電源負載測試裝置，其中所述電壓跟隨器及運算放大器均包括控制端，所述使能電路包括第二金屬氧化物半導體場效應電晶體、第三電源以及第二限流電阻，所述第二金屬氧化物半導體場效應電晶體的閘極電性連接至所述主控制器，源極接地，汲極藉由所述第二限流電阻電性連接至所述第三電源；所述第二金屬氧化物半導體場效應電晶體的汲極與所述第二限流電阻之間的節點還電性連接至所述電壓跟隨器的控制端和/或所述運算放大器的控制端，所述主控制器藉由控制所述第二金屬氧化物半導體場效應電晶體的導通或截止，以改變所述電壓跟隨器的控制端和/或所述運算放大器的控制端的電平狀態，從而控制所述電壓跟隨器和/或所述運算放大器開始工作或停止工作。
9. 如申請專利範圍第1項所述之電源負載測試裝置，其中所述電源負載測試裝置還包括電性連接至所述主控制器的鍵盤電路，所述鍵盤電路用於輸入所述預設斜率值。
10. 如申請專利範圍第9項所述之電源負載測試裝置，其中所述電源負載測試裝置還包括電性連接至所述主控制器的顯示器，所述顯示器用於在所述主控制器的控制下顯示所述鍵盤電路輸入的所述預設斜率值。