專利名稱：一種開關(guān)控制芯片的仿真方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電子芯片的仿真方法，尤其涉及一種開關(guān)控制芯片的仿真方法。
背景技術(shù)：
隨著科學(xué)技術(shù)、仿真理論以及計算機(jī)的不斷發(fā)展，仿真技術(shù)不斷提高。在當(dāng)今的電 力電子技術(shù)中，仿真技術(shù)的出現(xiàn)大大縮短了研究周期，降低了研究成本和風(fēng)險，提高了研發(fā) 水平，從而加快了科研成果轉(zhuǎn)換成生產(chǎn)力的速度。對實(shí)用電路的仿真來說，分為數(shù)字電路和模擬電路兩大部分，其仿真的原理方法 以及輸入輸出數(shù)值都是不同的。因此對于大部分仿真軟件來說，數(shù)字模塊與模擬器件庫是 分離的，而不同的軟件也有不同的擅長之處。如Pspice、Saber等軟件，常用于仿真模擬電 路；而Matlab/Simulink等軟件，則常用于仿真數(shù)字電路。唯一相同的是，這些仿真軟件的 數(shù)模接口都不是很好，強(qiáng)行將數(shù)字電路與模擬電路聯(lián)合仿真會出現(xiàn)各種問題，或者根本無 法計算。而對于電子芯片來說，一般都是由數(shù)字和模擬電路共同組成的。比如說開關(guān)控制 芯片，大都是由模擬電路產(chǎn)生所需要的電壓，而用數(shù)字電路進(jìn)行比較并做邏輯加減等運(yùn)算， 從而得到需要的輸出脈沖。對大部分芯片而言，完全搭建出其模擬電路圖仿真是比較困難 的，因?yàn)楹芏喙驹诠计渖a(chǎn)的芯片資料時，都不會給出完整的芯片組成，只是大概描述 各組成部分的框架結(jié)構(gòu)及組成功能，無法得到具體參數(shù)進(jìn)行仿真。因此，目前的芯片仿真大 概有以下幾種方法(1)寫出各組成部分的傳遞函數(shù)，編寫文件進(jìn)行仿真(鐘麟，王峰主編， MATLAB仿真技術(shù)與應(yīng)用教程.國防工業(yè)出版社.2004)。(2)通過分析把模擬電路等效為數(shù) 字電路，搭建純數(shù)字及控制回路進(jìn)行仿真(楊鳳彪，閏英敏，張晨光，基于MATLAB的大功率 直流電源仿真研究.電氣開關(guān)，2008，4:37-38，48)。(3)根據(jù)各組成部分功能，構(gòu)建等效宏 模型(多為模擬電路)，從而得到類似的輸出結(jié)果(陳威，顧亦磊，呂征宇，ZVS諧振控制芯 片MC34067的建模與應(yīng)用.電力電子技術(shù)，2007，41(1) 112-114)?？梢钥闯觯@三種方法 的中心思想都是將聯(lián)合仿真轉(zhuǎn)變?yōu)閱我活愋碗娐返姆抡?。但是現(xiàn)有的這些仿真方法都存在 一些問題，最主要的是搭建模型復(fù)雜，計算工作量大。尤其是第一種方法，對于較為復(fù)雜的 芯片結(jié)構(gòu)，將每個器件的傳遞函數(shù)都寫出來是難以實(shí)現(xiàn)的。而且，由于廠家并不會將電路組 成完整的、詳細(xì)的公布于眾，也加大了實(shí)現(xiàn)這種方法的難度。第二種方法仿真工作量較小， 適合于結(jié)構(gòu)簡單的芯片仿真。對于結(jié)構(gòu)龐大、電路復(fù)雜的芯片來說，其分析過程非常困難。 此外，與第一種方法一樣，也會因?yàn)槠骷Y料的不完整性而遇到各種仿真的瓶頸。而對于第 三種辦法來說，如何將等效電路盡量簡化，從而減少計算機(jī)的運(yùn)算量，并滿足仿真計算的收 斂性，也是十分繁雜的。電源是各種電子設(shè)備必不可少的重要組成部分，其性能的優(yōu)劣直接關(guān)系到整個 系統(tǒng)的安全性和可靠性。其中開關(guān)電源因?yàn)檗D(zhuǎn)換效率高，而且可以通過PWM(Pulse width modulation.脈寬調(diào)制)或PFW(Pulse frequency modulation，脈沖頻率調(diào)制)控制實(shí)現(xiàn) 較寬的穩(wěn)壓范圍，被譽(yù)為高效節(jié)能電源，它代表著穩(wěn)壓電源的發(fā)展方向，現(xiàn)已成為穩(wěn)壓電源的主流產(chǎn)品。隨著封裝、材料、工藝及各種高新技術(shù)的發(fā)展，人們對電源小尺寸、高功率密度 的要求越來越高，因此，各種電子芯片成為電源電路中不可或缺的組成部分。對于開關(guān)電源 來說，最關(guān)鍵的電子芯片即為控制PWM或PFW輸出的開關(guān)控制芯片?，F(xiàn)在，集成控制芯片結(jié) 構(gòu)愈發(fā)復(fù)雜，電路規(guī)模也愈發(fā)龐大，對其進(jìn)行仿真也變得愈發(fā)困難。

發(fā)明內(nèi)容
所要解決的技術(shù)問題針對以上不足本發(fā)明提供了一種開關(guān)控制芯片仿真方法，即使廠家公布的器件資 料不甚詳細(xì)，結(jié)合外接電路，也可搭建出芯片仿真模型，該模型搭建時只有數(shù)字部分，不存 在數(shù)模電路不兼容問題，且十分簡單易行，計算量小。以此為基礎(chǔ)建立開關(guān)電源的仿真電 路，對指導(dǎo)實(shí)踐工作、加快優(yōu)化電路參數(shù)進(jìn)程、減小成本，都具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。技術(shù)方案一種開關(guān)控制芯片的仿真方法，步驟一 (1)結(jié)合器件資料，在去除輔助端后，梳 理出模擬電路部分的電壓1到電壓n，數(shù)字電路部分輸出1至輸出η ；(2)根據(jù)器件公司公布的器件資料找出模擬部分振蕩電壓幅度與時間的特性公 式、或振蕩電壓充放電時間/頻率的特性公式；若器件資料中給出公式不全，應(yīng)根據(jù)實(shí)際電 路進(jìn)行分析將特性公式補(bǔ)充完整；(3)結(jié)合實(shí)際外接電路，在數(shù)值計算軟件中將所有外接電路中元器件的具體參數(shù) 及外部輸入電壓代入模擬部分振蕩電壓幅度與時間的特性公式、或振蕩電壓充放電時間/ 頻率的特性公式，從而將不同時間下電壓1到電壓η的值，即該電壓在不同時間下的變化計 算出來；(4)把計算結(jié)果保存為二維矩陣數(shù)據(jù)文件；步驟二 在仿真建模軟件中，根據(jù)器件資料，梳理出后續(xù)數(shù)字電路的比較、限幅、邏 輯計算及各種數(shù)字運(yùn)算關(guān)系，將此關(guān)系在仿真建模軟件中用仿真模塊實(shí)現(xiàn)，即可搭建出所 有數(shù)字電路部分的仿真模型；其輸入即為電壓1到電壓η，它們是與時間有關(guān)的數(shù)值，以文 件形式給出，即為步驟一中所述的二維矩陣數(shù)據(jù)文件；步驟二實(shí)施的前提是，二維矩陣數(shù)據(jù) 文件的保存格式與該仿真建模軟件兼容；步驟三用建模軟件進(jìn)行仿真，計算出最終輸出信號與時間的關(guān)系即輸出1到輸 出η ；有益效果本發(fā)明方法簡單易行，運(yùn)算量小，結(jié)果準(zhǔn)確，具備理論指導(dǎo)實(shí)踐的能力，以此為基 礎(chǔ)建立開關(guān)電源的仿真電路，可以加快研發(fā)周期。除開關(guān)電源領(lǐng)域方面應(yīng)用外，還可廣泛用 于其他類似電路仿真中。


圖1為開關(guān)控制芯片的仿真示意圖；圖2為UC3637外圍電路示意圖；圖3為UC3637數(shù)字部分建模示意圖；圖4為UC3637輸出信號示意4
圖5為MC33066外圍電路示意圖；圖6為UCosc隨時間分布波形圖；圖7為UCt隨時間分布波形圖；圖8為MC33066數(shù)字部分建模示意圖；圖9為MC33066輸出信號示意圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明主要應(yīng)用在輸出端存在比較器、觸發(fā)器、限幅器及各種邏輯運(yùn)算門等數(shù)字 電路的芯片中。開關(guān)控制芯片外圍電路以及芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)的前半部分多以模擬電路形式給出，其 目的在于通過內(nèi)置或外接電路產(chǎn)生各種振蕩，將一路或多路輸入轉(zhuǎn)換為三角波、鋸齒波等 特殊波形的輸出；后半部分以數(shù)字形式給出，通過對幾路模擬信號進(jìn)行比較、限幅、邏輯運(yùn) 算等動作，實(shí)現(xiàn)兩路或多路控制信號的輸出。一種開關(guān)控制芯片仿真方法特別適用于模擬電路與數(shù)字電路并存的芯片仿真中， 是將模擬電路與數(shù)字電路部分完全分開，不需在仿真軟件中進(jìn)行數(shù)模聯(lián)仿。開關(guān)控制芯片仿真方法將模擬電路部分的輸出電壓根據(jù)器件資料和外接電路用 公式計算出來，并將電壓隨時間的分布保存為矩陣數(shù)據(jù)文件，再在仿真軟件中搭建純數(shù)字 模型，其輸入為所述矩陣數(shù)據(jù)文件，輸出即為仿真結(jié)果。下面結(jié)合圖1對本發(fā)明步驟進(jìn)行詳細(xì)闡述。步驟一 (1)結(jié)合器件資料，在去除輔助端后，梳理出模擬電路部分的電壓1到電 壓n，數(shù)字電路部分輸出1至輸出η;(2)根據(jù)器件公司公布的器件資料找出模擬部分振蕩電壓幅度與時間的特性公 式、或振蕩電壓充放電時間/頻率的特性公式。若器件資料中給出公式不全，應(yīng)根據(jù)實(shí)際電 路進(jìn)行分析將特性公式補(bǔ)充完整(這一部分在實(shí)施例二中有介紹)；(3)結(jié)合實(shí)際外接電路，在數(shù)值計算軟件(如Matlab)中將所有外接電路中元器件 的具體參數(shù)(如電容值、電阻值等)及外部輸入電壓代入模擬部分振蕩電壓幅度與時間的 特性公式、或振蕩電壓充放電時間/頻率的特性公式，從而將不同時間下電壓1到電壓η的 值(即該電壓在不同時間下的變化)計算出來；(4)把計算結(jié)果保存為二維矩陣數(shù)據(jù)文件(如Matlab中可保存為· mat文件)。步驟二在仿真建模軟件(如Simulink)中，根據(jù)器件資料，梳理出后續(xù)數(shù)字電 路的比較、限幅、邏輯計算及各種數(shù)字運(yùn)算關(guān)系，將此關(guān)系在仿真建模軟件中用仿真模塊實(shí) 現(xiàn)，即可搭建出所有數(shù)字電路部分的仿真模型。其輸入即為圖1中所示的電壓1到電壓n， 它們是與時間有關(guān)的數(shù)值，以文件形式給出，即為步驟一中所述的二維矩陣數(shù)據(jù)文件。步驟 二實(shí)施的前提是，二維矩陣數(shù)據(jù)文件的保存格式與該仿真建模軟件兼容(上述.mat文件與 Simulink 兼容)。步驟三用建模軟件進(jìn)行仿真，計算出最終輸出信號與時間的關(guān)系即輸出1到輸 出η。本發(fā)明不包括芯片故障端檢測、軟啟動等輔助功能的仿真。下面結(jié)合附圖詳細(xì)說明本發(fā)明仿真應(yīng)用的具體情況，實(shí)施例中選用軟件為數(shù)，波峰和波谷分別為+、和-VTH，頻率/、fT/、 ；在所述實(shí)施案例的外接
Matlab/Simulink。實(shí)施例1以本發(fā)明對TI公司的UC3637芯片進(jìn)行仿真(如圖2至圖4)。步驟一 (1)結(jié)合器件資料，在去除輔助端后(如圖2)，梳理出模擬電路部分的電 壓1到電壓n，電壓1到電壓11對應(yīng)+々1,，41,，+81,，-81,；而數(shù)字電路部分輸出1至輸出2對 應(yīng) Aout 與 Bout ；(2)器件資料中給出了 -Ain和+Bin的計算公式。這兩個電壓隨時間為三角波函
(+Vth)-(-VS)
2RTCr[(+Vm)-(-Vm)]
電路中，Ct = IOOOpF, Rt = 39k Ω , +Vs = 15V, -Vs = -15V, +Vth 和-Vth 分別為 +4V 和-4V。 調(diào)制信號為0，+Ain與-Bin分別為+1. 44V與-1. 44V，不隨時間變化而改變；(3)在數(shù)值計算軟件Matlab中將上述已知數(shù)值代入公式(即為頻率f的公式)， 得到-Ain與+Bin應(yīng)為閾值電壓4V，頻率為30kHz的三角波。(4)接著，將四個模擬電路的輸出電壓隨時間分布的矩陣數(shù)據(jù)保存到四個mat文 件中即可(mat文件為Matlab/Simulink兼容文件后綴名)。步驟二根據(jù)器件資料，梳理出后續(xù)數(shù)值電路中為比較運(yùn)算，這樣可以在 Simulink中搭建出所有數(shù)字電路部分的仿真模型。即+々 與-Ain做比較，+Ain大時，Aout 輸出為1 ；反之輸出為O ；同理，+8 與3 做比較，+Bin大時，Bout輸出為1 ；反之輸出為 0(如圖3所示)。步驟三在所述實(shí)施案例里，將上述四個mat文件代入圖3給出的模型中，最終得 出的UC3637輸出信號(如圖4所示)。實(shí)施例2以本發(fā)明對MOTOROLA公司的MC33066芯片進(jìn)行仿真(如圖5至圖9)。步驟一 (1)結(jié)合器件資料，去除輔助端后(如圖5)，梳理出模擬電路部分的電壓 1到電壓n，電壓1到電壓η分別對應(yīng)UCosc與UCt ；而數(shù)字電路部分輸出1和輸出2分別 對應(yīng)了 Drive OutputA 禾Π Drive OutputB ；(2)器件資料給出了 UCosc與UCt放電時間特性公式，其放電時間分別為
^ V · /T
+ 5.1
^dchg ~ (^DT + Rose )COSC In
^x * Rose
Rvfo
^x * Rose Rvfo
+ 3.6
和其中Vx是器件
tos = RtCt ln(—) = 034SRTCT。 3.6
6引腳與3引腳的壓差，且Vx ( 2. 5V。再根據(jù)電容特性分析，將充電過程的特性公式補(bǔ)充
完整。即"C脫=5.φ-。χρ(-)]，且 3. 6V 彡 UCosc 彡 4. 9V ；UCt = 5. IV。所述實(shí)施案
DT^ osc
例中，Rdt = 380 Ω，Rt = 20k Ω，Rvfo = 3k Ω，Cosc = Ct = InF, Rose = 6. 7kQ ,反饋輸入 電壓取為O。(3)在數(shù)值計算軟件Matlab中將實(shí)際參數(shù)代入公式，計算出UCosc隨時間分布波 形(如圖6所示)，以及UCt隨時間分布波形(如圖7所示)。(4)接著將這兩個二維矩陣數(shù)據(jù)，分別保存到對應(yīng)的mat文件中。步驟二 根據(jù)器件資料，梳理出后續(xù)數(shù)值電路中有滯回比較、邏輯或、非及JK觸發(fā) 運(yùn)算，這樣可以在Simulink中搭建出所有數(shù)字電路部分的仿真模型。即UCosc與UCt經(jīng)
6過3. 6V和4. 9V兩個電壓滯回比較后，進(jìn)行邏輯或運(yùn)算，其輸出分別進(jìn)入JK觸發(fā)器以及 邏輯非門。將JK觸發(fā)器中的正相輸出與邏輯非門輸出做邏輯與運(yùn)算，其結(jié)果即為Drive OutputA;而將JK觸發(fā)器中的反相輸出與邏輯非門輸出做邏輯與運(yùn)算，其結(jié)果即為Drive OutputB(如圖8所示)。步驟三在所述實(shí)施案例里，將上述兩個mat文件代入圖8給出的模型中，最終得 出的MC33066輸出信號(如圖9所示)。雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例公開如上，但它們并不是用來限定本發(fā)明，任何熟悉 此技藝者，在不脫離本發(fā)明之精神和范圍內(nèi)，自當(dāng)可作各種變化或潤飾，因此本發(fā)明的保護(hù) 范圍應(yīng)當(dāng)以本申請的權(quán)利要求保護(hù)范圍所界定的為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
一種開關(guān)控制芯片的仿真方法，其特征在于步驟一(1)結(jié)合器件資料，在去除輔助端后，梳理出模擬電路部分的電壓1到電壓n，數(shù)字電路部分輸出1至輸出n；(2)根據(jù)器件公司公布的器件資料找出模擬部分振蕩電壓幅度與時間的特性公式、或振蕩電壓充放電時間/頻率的特性公式；若器件資料中給出公式不全，應(yīng)根據(jù)實(shí)際電路進(jìn)行分析將特性公式補(bǔ)充完整；(3)結(jié)合實(shí)際外接電路，在數(shù)值計算軟件中將所有外接電路中元器件的具體參數(shù)及外部輸入電壓代入模擬部分振蕩電壓幅度與時間的特性公式、或振蕩電壓充放電時間/頻率的特性公式，從而將不同時間下電壓1到電壓n的值，即該電壓在不同時間下的變化計算出來；(4)把計算結(jié)果保存為二維矩陣數(shù)據(jù)文件；步驟二在仿真建模軟件中，根據(jù)器件資料，梳理出后續(xù)數(shù)字電路的比較、限幅、邏輯計算及各種數(shù)字運(yùn)算關(guān)系，將此關(guān)系在仿真建模軟件中用仿真模塊實(shí)現(xiàn)，即可搭建出所有數(shù)字電路部分的仿真模型；其輸入即為電壓1到電壓n，它們是與時間有關(guān)的數(shù)值，以文件形式給出，即為步驟一中所述的二維矩陣數(shù)據(jù)文件；步驟二實(shí)施的前提是，二維矩陣數(shù)據(jù)文件的保存格式與該仿真建模軟件兼容；步驟三用建模軟件進(jìn)行仿真，計算出最終輸出信號與時間的關(guān)系即輸出1到輸出n。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種開關(guān)控制芯片的仿真方法，步驟一將模擬電路部分的輸出電壓根據(jù)器件資料和外接電路用公式計算出來，并將電壓隨時間的分布保存為矩陣數(shù)據(jù)文件；步驟二在仿真建模軟件中，根據(jù)器件資料，梳理出后續(xù)數(shù)字電路的比較、限幅、邏輯計算及各種數(shù)字運(yùn)算關(guān)系，將此關(guān)系在仿真建模軟件中用仿真模塊實(shí)現(xiàn)，即可搭建出所有數(shù)字電路部分的仿真模型；其輸入即為電壓1到電壓n，它們是與時間有關(guān)的數(shù)值，以文件形式給出，即為步驟一中所述的二維矩陣數(shù)據(jù)文件；步驟二實(shí)施的前提是，二維矩陣數(shù)據(jù)文件的保存格式與該仿真建模軟件兼容；步驟三用建模軟件進(jìn)行仿真，計算出最終輸出信號與時間的關(guān)系即輸出1到輸出n。
文檔編號G06F17/50GK101944152SQ20101050054
公開日2011年1月12日 申請日期2010年9月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月29日
發(fā)明者姚義龍, 孫雪錚 申請人:中國電子科技集團(tuán)公司第十四研究所