Messen des Stromverbrauchs eines Mischspannungsgeräts

TL;DR

Wie kann ich den Stromverbrauch eines Systems messen, das Netzteile mit mehreren Spannungsausgängen verwendet?

Hintergrund

Ich muss einige Stromverbrauchstests auf einem Desktop-Computer durchführen. Ich werde verschiedene Workloads darauf ausführen und möchte die Leistungsantwort auf Board-Ebene messen. Es verwendet einen standardmäßigen 24-poligen ATX-Anschluss , der Spannungen von +3,3 V, +5,0 V, +12,0 V und -12,0 V liefert. Ich möchte sowohl aktive als auch passive Workloads ausführen und den Stromverbrauch aufzeichnen, wenn das System nach Möglichkeit im Ruhezustand ist.

Ich weiß, dass es zahlreiche Komponenten auf einem Desktop-System gibt, die Leistungsmessungen beeinflussen können, wie z. B. WLAN-Karten, SSD/HDD, PCH usw. Die meisten dieser Effekte sind tatsächlich wünschenswert, weil ich sehen möchte, wann die Energieverwaltungsfunktionen des Systems nicht funktionieren. t ihren Stromverbrauch in verschiedenen S-, P- und C-Zuständen angemessen zu reduzieren. Ich habe festgestellt, dass die größte verbleibende Fehlerquelle in meiner Testinfrastruktur die Stromversorgung ist. Ich versuche das Netzteil als Fehlerquelle zu eliminieren.

Ich kann die Versorgung nach Bedarf frei öffnen und modifizieren, einschließlich Schneiden und Spleißen der Drähte.

Hier sind einige Merkmale einer idealen Lösung:

  • Das Starten der Messung, das Stoppen der Messung und das Sammeln von Ergebnissen können mit Python-Skripten automatisiert werden
  • <25mW Messfehler, wenn das System <1A zieht
  • So günstig wie möglich
  • Kann das zu testende System einfach ausschalten
  • Misst den Stromverbrauch des gesamten Motherboards und alles, was daran angeschlossen ist, wenn möglich ohne die Versorgung selbst

Mögliche Lösungen

  1. Verwenden Sie mehrere Leistungsmesser
    Ich könnte vier diskrete Leistungsmesser an die Ausgänge des Netzteils anschließen, einen für jede Spannung.

    Vorteile:

    • Wahrscheinlich die genaueste der Optionen
    • Verwendbar in allen Schlaf-/Wachzuständen des Systems

    Nachteile:

    • Vier Leistungsmesser sind sehr kostenintensiv, um jeweils nur ein System zu messen
    • Es ist schwierig, das zu testende System auszuschalten

  2. Zielsoftware testen
    Sowohl Windows als auch Linux (MacOS ist mir egal) haben die Möglichkeit, Hardwareregister anzuzapfen, die den Stromverbrauch verfolgen. Ich könnte diese Register lesen, um den Stromverbrauch abzuschätzen.

    Vorteile:

    • Keine Hardwareanforderungen
    • Einfache Replikation auf mehreren Testsystemen
    • Frei

    Nachteile:

    • Leistung kann während Schlafzuständen nicht gemessen werden
    • Kann keine genauen Leistungsmessungen des gesamten Systems liefern, nur Systemkomponenten, deren Register dafür konfiguriert sind

  3. Messen Sie stattdessen den Netzteileingang.
    Es gibt Tools wie Watts Up? Leistungsmesser, die den Stromverbrauch messen, wie er von der Steckdose aus gesehen wird.

    Vorteile:

    • Viel niedrigere Kosten als vier Leistungsmesser
    • Einfacher Austausch des zu testenden Systems

    Nachteile:

    • Inklusive Stromverbrauch des Netzteils
    • Ich habe noch keine gefunden, die genau genug ist und gleichzeitig eine programmierbare Schnittstelle und die Möglichkeit bietet, Strom und Spannung gleichzeitig (oder direkt Leistung) zu messen.

Die Frage

Gibt es andere Lösungen oder Techniken, die ich von dieser Liste weggelassen habe, oder Aspekte der enthaltenen Ideen, die ich berücksichtigen sollte? Gibt es einen branchenüblichen Ansatz zur Messung des Stromverbrauchs bei Geräten mit gemischter Spannung, oder sind sie im Allgemeinen für jede Anwendung kundenspezifisch?

Hinweis
Ich habe mir diese anderen verwandten Fragen von EESE angesehen, aber sie waren für diese Frage nicht hilfreich:
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Messen der Ausgangsampere von einem Netzteil Netzteil
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Antworten (2)

Es wäre einfach genug, ein "Verlängerungskabel" für das 24-polige ATX-Stromkabel herzustellen. In dieses spezielle Testkabel könnten Sie "High-Side-Stromsensoren" verdrahten, die den Strom für jede Versorgungsspannung messen würden. Mit diesem Test-/Monitorkabel können Sie es problemlos an jedes Netzteil und jedes Motherboard anschließen.

Diese sind so kostengünstig, dass Sie jede Spannung richtig messen können. Und sie lassen sich leicht mit Laborinstrumenten oder sogar einem Hobby-Mikrocontroller wie Arduino usw. verbinden.

Hier sind zwei Beispiele für High-Side-Stromsensoren. Bereits auf "Breakout-Boards" montiert und bereit zum Verdrahten in Ihre Testschaltung. Sie kosten beide < 10 US-Dollar und es gibt mehrere andere Beispiele für ähnliche Produkte.

https://www.pololu.com/product/1186

https://www.sparkfun.com/products/12040

Lösung (1) wäre kompliziert und würde zu Messungen führen, die die (In-)Effizienz des Netzteils nicht beinhalten.

Lösung (2) ist nur realisierbar, wenn ACPI auf der Maschine die Eingangsleistungsmessung unterstützt. Soweit ich weiß, wird dies nur auf batteriebetriebenen Maschinen unterstützt.

Lösung (3) - Leistungsaufnahme direkt an der Maschine messen - ist richtig, da sie am einfachsten ist und Ihnen ein vollständiges Bild vermittelt. Sie müssen Spannung und Strom nicht getrennt messen. Verwenden Sie einen Standard-AC-Leistungsmesser. Ein billiges Multimeter mit RS232/USB, das Wechselstrom messen kann, sollte die Aufgabe ebenfalls erfüllen.

Bitte klären Sie, warum Sie die Stromversorgung ausschließen möchten. Es ist nicht so, dass der Rest der Maschine ohne Verluste arbeitet. Gibt es einen Grund, zwischen beispielsweise einer +5-V-Leitung und einer +12-V-Leitung zu unterscheiden?
Der Fehler wird so groß sein, dass jede absolute Studie völlig überflüssige Ergebnisse liefert. Ihre Studie ist jedoch vergleichend (Sie vergleichen verschiedene Kernel-Setups / -Versionen), sodass Sie relative Vergleiche anstellen können.
Wie Sie sehen, ist die Ineffizienz des Netzteils nur ein kleiner Teil der Geschichte – alle Peripheriegeräte mit ihren Nutzungsmustern (insbesondere HDD, WLAN, GPU) werden beeinflusst, es wird Verluste in der CPU selbst, im Motherboard und im Blinken geben LEDs.. Es bringt wirklich keinen Vorteil, die Netzteilausgänge separat zu messen.
Auch hier hätten Sie in dem Beitrag erwähnen sollen, dass Sie dies messen. Und wieder macht es keinen Sinn - da Sie sagten, Sie messen den Effekt verschiedener Software / Firmware, müssen Sie nur zwei Messungen vergleichen und den Unterschied zwischen ihnen zeigen. Das ist wohl viel einfacher, als den absoluten Stromverbrauch eines Subsystems in einem PC zu messen. Schließlich ist es falsch zu sagen, dass das Netzteil nur eine Quelle für Messfehler ist - Sie können die Festplattennutzung beispielsweise beim Testen von WLAN nicht vollständig kontrollieren.
Diese Diskussion war völlig unproduktiv, daher habe ich meine Kommentare entfernt. Ihre Kommentare sind nicht ungültig, nur irrelevant. Sie können davon ausgehen, dass ich alle anderen nicht trivialen Fehlerquellen akzeptiert, entfernt oder tatsächlich gewollt habe. Das Netzteil ist meine wichtigste (nicht einzige) verbleibende Fehlerquelle, und deshalb möchte ich es weg haben. Wenn Sie Vorschläge haben, wie Sie das erreichen können, höre ich zu.
Messen des Stromverbrauchs eines Mischspannungsgeräts
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