CN106528911A - 一种建立电源vhdl‑ams仿真模型的装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种建立电源VHDL‑AMS仿真模型的装置，设置：输入端阶跃模块、输出端阶跃模块；输入端阶跃模块包括：电源模块；分别与电源模块的输入端和输出端并联的两个示波器；分别与电源模块的输入端和输出端串联的两个电流测试电路；与电流测试电路串联的负载和MOSFET管开关电路；输出端阶跃模包括：电源模块；分别与电源模块的输入端和输出端并联的两个示波器；分别与电源模块的输入端和输出端串联的两个电流测试电路；与电流测试电路串联的电子负载。本发明将电源器件等效为两端口网络，获取多组同一时刻两端口网络的输入电流、输入电压、输出电流、输出电压，用来估计电源器件的黑盒模型；方便了实验测量和实验数据获取。

Description

一种建立电源VHDL-AMS仿真模型的装置

技术领域

本发明属于电源模型技术领域，尤其涉及一种建立电源VHDL-AMS仿真模型的装置。

背景技术

对于***级建模，制造厂商通常不会提供电源器件的内部电路结构。并且产品的数据手册也只提供实际应用的普通特性。在这种情况下，当没有足够的信息可用时，要建立完整的电源模型的行为特性，且在无法获得电源器件的白盒模型或灰盒模型的情况下，就需要采用黑盒模型方法。电源类模型，可以等效成两端口网络模型。它只有两个端口，输入端和输出端。

发明内容

本发明的目的在于提供一种建立电源VHDL-AMS仿真模型的装置，旨在解决器件内部信息不足，无法建立电源模型情况下对电源建立仿真模型的问题。

本发明是这样实现的，一种建立电源VHDL-AMS仿真模型的装置，所述建立电源VHDL-AMS仿真模型的装置设置有：

输入端阶跃模块，通过控制输入电压保持不变，估计两端口网络反向电流增益H_i和输出阻抗Z_o两个参数的传递函数；

输出端阶跃模块，通过控制输出电流保持不变，估计两端口网络输入导纳Y_i和正向电压增益G_o两个参数的传递函数；

所述输入端阶跃模块包括：

电源模块；

分别与电源模块的输入端和输出端并联的两个示波器；

分别与电源模块的输入端和输出端串联的两个电流测试电路；

与电流测试电路串联的负载和MOSFET管开关电路；

所述输出端阶跃模包括：

电源模块；

分别与电源模块的输入端和输出端并联的两个示波器；

分别与电源模块的输入端和输出端串联的两个电流测试电路；

与电流测试电路串联的电子负载；

与电子负载并联的电阻。

进一步，所述电流测试电路增益可用公式(1)表示，或表示为公式(2)。各种增益所需的电阻R_G如表2所示。

进一步，所述电流测试电路的连接如下：

仪表运算放大器，2、3输入端外接电阻R₁和串联电流表XMM3测试输入电流，并提供输入电压V_in，1、8端口连接控制AD620增益的电阻R_G，4、7分别接入正负电压供电，5、6端口分别测试参考电压和输出电压。

进一步，所述电子负载采用OP07构成电路，电路连接如下：

双极性运算放大器，3端口输入参考电压，4、7端口分别连接电压供电和地，6端连接增强型NMOS，并且源级连接用于改变电路电流的电阻R₁，NOMS的漏级连接12V的电压源，选取XCP1测试点，选择电流转换电压的方式测量。

进一步，所述MOSFET管产生二极管压差,电路连接如下：

增强型NMOS管，栅极连接电压源，源级接地，漏级接负载电阻R₁和12V电压，二极管并联于NMOS管，并且用XSC1并联测量二极管压差。

本发明提供的建立电源VHDL-AMS仿真模型的装置，将电源器件等效为两端口网络的方法，获取多组同一时刻两端口网络的输入电流、输入电压、输出电流、输出电压，用来估计电源器件的黑盒模型；方便了实验测量和实验数据获取。

附图说明

图1是本发明实施例提供的输入端阶跃实验结构示意图。

图2是本发明实施例提供的输出端阶跃实验结构示意图。

图3是本发明实施例提供的电流测试电路连接示意图。

图4是本发明实施例提供的电子负载电路连接示意图。

图5是本发明实施例提供的可变电流的电子负载电路图。

图6是本发明实施例提供的MOSFET管开关原理图。

图7是本发明实施例提供的MOSFET管做开关产生二极管压差电路示意图。

图8是本发明实施例提供的多级二极管产生电压差连接示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明为了获取电源器件模型的行为特性，将电源器件等效为两端口网络的方法，获取多组同一时刻两端口网络的输入电流、输入电压、输出电流、输出电压，用来估计电源器件的黑盒模型；并且为了更加方便的进行实验测量和实验数据获取，设计了该装置。

下面结合附图对本发明的应用原理作详细的描述。

本发明实施例提供的建立电源VHDL-AMS仿真模型的装置使用四个示波器同时测量电路中的电压值，如图1图2所示，其中并联在电源输入和输出端的示波器分别测量输入电压、输出电压，另外两个示波器用于电流测试电路中，电流测试电路中示波器测得实时电压，该电压根据电流测试电路的特性和公式(3)计算得到实时的该路的电流值，通过输入端和输出端的电流测试电路即可运算得到输入电流、输出电流，便可实时快速采集到实验数据；如图1和图2所示，分为输入端阶跃实验和输出端阶跃实验。

测量电路中的设置如下表1：

表1.实验数据采集表格

本发明实施例提供的建立电源VHDL-AMS仿真模型的装置包括：

电流测试电路，采用仪表放大器AD620实现。AD620是一种低功耗、高精度仪表放大器，它只需要一个外接电阻，即可设置各种增益。增益的选择根据实际需要，通过R_G来选择AD620的增益。为了给AD620提供精确增益，应该使用精度为0.1～1％、温度系数小于100ppm/℃的电阻R_G。当G＝1时，R_G不连接(即R_G＝∞)，其他增益可用公式(1)表示，或表示为公式(2)。各种增益所需的电阻R_G如表2所示。

表2.增益电阻与对应增益关系

其中，电流测量电路实质是将电流转换成电压测量。测试电路如图3所示。通过XMM1电压表测量输出电压，经过计算可以反映输入端电流的数值。计算公式为(3)。其中I_in是输入电流，U_out是输出电压，R₁是接在仪表放大器输入端的测试电阻，G是计算增益。

计算得到的输出电压值计算公式如(4)所示。

U_out＝G*I_in*R_in-参考电压U₅ (4)

例如，当R_G为1％精确增益取值为49.9时，测得，参考电压U₅＝11.794V，计算得到的输入电流是109.52mA，而实际输入电流是100mA，验证了该实验装置可以用来用电压表示电流。也就是说，根据公式(4)可以构成这样的对应关系：当得到输出电压时，即可说明对应的输入电流。

电子负载，采用OP07构成电路，它是一种低噪声，非斩波稳零的双极性运算放大器。直流电子负载的设计如图4所示，该电子负载在恒流模式下，只要改变R₁的电阻值，反映出XCP1测试点的电流值也会改变。

该电路可以很容易获得稳定及精确的电流值，R₁为取样电阻，V_ref为给定信号。当给定一个信号V_ref时，如果R₁上的电压小于V_ref，也就是OP07的IN-小于IN+，OP07输出加大，使MOS管加大导通导致R₁的电流加大。如果R₁上的电压大于V_ref时，IN-小于IN+，OP07减小，也就降低了R₁上经过的电流，这样电路始终可以维持在恒定的给定值上，也就实现了恒流工作。而此装置中，采用该电子负载的作用是，当R₁改变时，产生不同的电流以供装置使用。

若将R₁换成可变电阻，就可以方便的改变电路中显示的电流值。如图5所示，R₁为可变电阻，此时，通过改变可变电阻的阻值可以得到任意的变化的电流值。

MOSFET管开关电路，采用MOSFET管作为开关，是因为其开关速度非常快，一般在纳秒级，且在MOSFET管内部没有延迟。在图3输入端阶跃实验中，采用MOSFET，当做开关使用，当MOSFET开关闭合，二极管的正向导通，其正向压降，硅管约0.7V，形成电压差，从而产生输入端电压值的阶跃条件。如图6和图7所示为MOSFET管做开关产生二极管压差电路的原理图。

在该0.7V电压差的变化中，记录输入端输出端四个示波器的电压值的变化情况，并且采集该电压值。如果需要更大的电压差，可以多串联几个二极管实现，如图8所示，两个二极管就可以产生约1.4V的电压差。

示波器，采样频率要高一些，按照香农采样定理，采样频率应至少是开关频率的两倍高。

电源，表示电源类器件的黑盒模型模块。

进一步，所述电流测试电路的连接如下。

仪表运算放大器，2、3输入端外接电阻R₁和串联电流表XMM3测试输入电流，并提供输入电压V_in，1、8端口连接控制AD620增益的电阻R_G，4、7分别接入正负电压供电，5、6端口分别测试参考电压和输出电压。

进一步，所述电子负载采用OP07构成电路，电路连接如下。

双极性运算放大器，3端口输入参考电压，4、7端口分别连接电压供电和地，6端连接增强型NMOS，并且源级连接用于改变电路电流的电阻R₁，NOMS的漏级连接12V的电压源，选取XCP1测试点，选择电流转换电压的方式测量。

进一步，所述MOSFET管产生二极管压差,电路连接如下：。

增强型NMOS管，栅极连接电压源，源级接地，漏级接负载电阻R₁和12V电压，二极管并联于NMOS管，并且用XSC1并联测量二极管压差。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种建立VHDL-AMS电源模型的装置，其特征在于，所述建立VHDL-AMS电源模型的装置设置有：

输入端阶跃模块，通过控制输入电压保持不变，估计两端口网络反向电流增益H_i和输出阻抗Z_o两个参数的传递函数；

输出端阶跃模块，通过控制输出电流保持不变，估计两端口网络输入导纳Y_i和正向电压增益G_o两个参数的传递函数；

所述输入端阶跃模块包括：

电源模块；

分别与电源模块的输入端和输出端并联的两个示波器；

分别与电源模块的输入端和输出端串联的两个电流测试电路；

与电流测试电路串联的负载和MOSFET管开关电路；

所述输出端阶跃模包括：

电源模块；

分别与电源模块的输入端和输出端并联的两个示波器；

分别与电源模块的输入端和输出端串联的两个电流测试电路；

与电流测试电路串联的电子负载；

与电子负载并联的电阻。

2.如权利要求1所述的建立电源VHDL-AMS仿真模型的装置，其特征在于，所述电流测试电路增益可用公式(1)表示，或表示为公式(2)；各种增益所需的电阻R_G如下所示：

$R_G=\frac{49.9K\mathrm{\Ω}}{G-1}---\left(1\right)$

$G=\frac{49.4K\mathrm{\Ω}}{R_G}+1---\left(2\right).$

3.如权利要求1所述的建立电源VHDL-AMS仿真模型的装置，其特征在于，所述电流测试电路的连接如下：

仪表运算放大器，2、3输入端外接电阻R₁和串联电流表XMM3测试输入电流，并提供输入电压V_in，1、8端口连接控制AD620增益的电阻R_G，4、7分别接入正负电压供电，5、6端口分别测试参考电压和输出电压。

4.如权利要求1所述的建立电源VHDL-AMS仿真模型的装置，其特征在于，所述电子负载采用OP07构成电路，电路连接如下：

双极性运算放大器，3端口输入参考电压，4、7端口分别连接电压供电和地，6端连接增强型NMOS，并且源级连接用于改变电路电流的电阻R₁，NOMS的漏级连接12V的电压源，选取XCP1测试点，选择电流转换电压的方式测量。

5.如权利要求1所述的建立电源VHDL-AMS仿真模型的装置，其特征在于，所述MOSFET管开关电路产生二极管压差电路连接如下：

增强型NMOS管，栅极连接电压源，源级接地，漏级接负载电阻R₁和12V电压，二极管并联于NMOS管，并且用XSC1并联测量二极管压差。