CN100543479C - 电压突波计算系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种电压突波计算方法，该方法包括：接收并验证使用者输入的计算参数值；在该使用者输入的计算参数值符合计算要求时，推导出电压突波的计算公式；根据该使用者输入的计算参数值与推导出的电压突波计算公式计算出电压突波值。本发明亦提供一种电压突波计算系统。利用本发明电压突波计算系统及方法，有助于判断电压稳定模块的稳定度及帮助设计人员进行新产品的开发。

Description

电压突波计算系统及方法
【技术领域】
本发明涉及一种电压突波计算系统及方法。
【背景技术】
随着电子科技的不断发展，许多3C电子产品的功能也在不断的增多和完善着，这就导致电子产品的电能消耗也随着上升。故研发人员在不断完善电子产品功能的同时，也在不断的寻求如何使得电子产品变得更薄更小，相应地，更薄更小的电子产品的操作电压也要求更小。依据能量守恒定律，对电子产品的电流供应量要增加，如此一来，作为电子产品电能供应核心的、VRM(Voltage Regulation Module，电压稳定模块)就必须在愈来愈大的电流负载下稳定愈来愈严苛的可变动电压范围。
VRM在变载时，由于电路无法在瞬间提供或关闭负载电流，使得输出电流在变载时流向输出滤波电容，而输出滤波电容上的寄生元件：ESR(Equivalent Series Resistance，等效串联电阻)及ESL(EquivalentSeries Inductance，等效串联电感)会因电流的瞬间变化而产生电压突波，导致VRM无法稳定的输出电压。
如何准确计算出一个3C电子产品的输出滤波电容产生的电压突波值以判断该电子产品的VRM是否稳定，以及3C电子产品的设计人员在设计之初如何选择排布输出滤波电容以尽量降低输出滤波电容产生的电压突波值，已经成为一个愈来愈重要的课题。然而，目前还没有一种行之有效的方法以准确的计算出输出滤波电容产生的电压突波值。
避免不能准确计算出输出滤波电容产生的电压突波值，有助于判断VRM的稳定度及帮助设计人员进行新产品的开发。
【发明内容】
鉴于以上内容，有必要提供一种电压突波计算系统以准确计算出输出滤波电容产生的电压突波值，进而有助于判断VRM的稳定度及帮助设计人员进行新产品的开发。
此外，还有必要提供一种电压突波计算方法以准确计算出输出滤波电容产生的电压突波值，进而有助于判断VRM的稳定度及帮助设计人员进行新产品的开发。
一种电压突波计算系统。该系统包括：输入/输出装置，用于对使用者进行身份验证，接收并验证该使用者输入的计算参数值，及发送该使用者输入的计算参数值；及计算装置，用于接收上述输入/输出装置发送的计算参数值，及根据接收的计算参数值计算输出滤波电容的电压突波值。
一种电压突波计算方法，该方法包括如下步骤：(b)接收并验证使用者输入的计算参数值；(c)在该使用者输入的计算参数值符合计算要求时，推导出电压突波的计算公式；(d)根据该使用者输入的计算参数值与推导出的电压突波计算公式计算出电压突波值。
进一步地，所述的电压突波计算公式是根据拉普拉斯方程式原理来推导的。
相较现有技术，所述的电压突波计算系统及方法，充分考量了计算输出滤波电容产生的电压突波值的准确性，有助于判断VRM的稳定度及帮助设计人员进行新产品的开发。
【附图说明】
图1是传统的电压稳定模块从强工作电流突然转变为弱工作电流时输出滤波电容产生的暂态电压突波波形示意图。
图2是输出滤波电容上的寄生元件产生电压突波时的示意图。
图3是本发明电压突波计算系统较佳实施方式的硬件架构图。
图4是信息处理单元根据输出滤波电容的排布规则模拟出的电压突波分析电路。
图5是本发明电压突波计算方法较佳实施方式的具体实施流程图。
【具体实施方式】
如图1所示，是传统的电压稳定模块从强工作电流突然转变为弱工作电流时输出滤波电容产生的暂态电压突波波形示意图。输出滤波电容包括电容C(capacitance)及寄生元件ESR(Equivalent SeriesResistance，等效串联电阻)和ESL(Equivalent Series Inductance，等效串联电感)。t0是输出滤波电容产生电压突波的起始时间点；t1表示输出滤波电容产生的电压突波达到最大值的时间点；t表示t1后的一时间点。输出滤波电容产生的电压突波主要是由输出滤波电容的ESR及ESL产生的，而电容C产生的电压突波是极少的。例如，在时间点t1，输出滤波电容的ESR产生的电压突波的A部分，ESL产生的电压突波的B部分，而电容C产生的电压突波相对于A与B是极小的，通常将输出滤波电容产生的电压突波记为A+B。当VRM(Voltage Regulation Module，电压稳定模块)能稳定的输出电压时，例如在时间点t，输出滤波电容的电容C产生的电压突波记为Ct部分，输出滤波电容的ESR产生的电压突波及ESL产生的电压突波相对于Ct是极小的，通常将输出滤波电容产生的电压突波记为Ct。在本实施例中，输出滤波电容包括：大电容及耦合电容。
如图2所示，是输出滤波电容上的寄生元件示意图。在时间点t1(如图1所示)，ESR产生的电压突波为ΔVESR，ESL产生的电压突波为ΔVESL，而电容C产生的电压突波ΔVC相对于ΔVESR及ΔVESL是极小的，故该输出滤波电容产生的电压突波约等于ΔVESR+ΔVESL。流经输出滤波电容的电流为ic，该电流ic是一个随着时间t变化而变化着的参变量。
如图3所示，是本发明电压突波计算系统较佳实施方式的硬件架构图。该电压突波计算系统包括计算装置10及输入/输出装置20。该计算装置10用于根据使用者输入的计算参数计算输出滤波电容的电压突波值。该输入/输出装置20为使用者提供操作界面，用于对使用者进行身份验证，及接收并验证使用者输入的计算参数值。在本实施例中，使用者输入的计算参数值包括：稳态输出电压值VID，VRM工作电流突然转变过程中电流负载的最小电流值imin及最大电流值imax，输出滤波电容的电容值、等效串联电阻值、等效串联电感值及输出滤波电容数目值，及电流变化的斜率值。
该输入/输出装置20包括接收单元201、判断单元202、发送单元203及显示单元204。在本实施例中，该显示单元204是液晶显示器。
该显示单元204，用于显示信息。在本实施例中，该信息包括：密码错误警告信息，参数不足信息及计算结果信息。
该接收单元201，用于接收使用者输入的登陆密码，接收使用者输入的计算参数值，接收计算装置10发送来的计算结果，及将该计算结果传送给显示单元204。
该判断单元202，用于判断使用者输入的登陆密码与保存的验证密码是否一致，及判断使用者输入的计算参数值是否满足计算要求。在本实施例中，计算要求包括：计算所需的参数值、各个参数值的限定范围。
该发送单元203，用于在使用者输入的登陆密码与保存的验证密码不一致时发送密码错误警告信息给该显示单元204，在使用者输入的计算参数值没有满足计算要求(例如：计算参数值没有输入完全)时发送参数不足信息给该显示单元204，在使用者输入的计算参数值满足计算要求时将该计算参数值发送给该计算装置10。
该计算装置10包括输入单元103、信息处理单元102及输出单元101。该输入单元103与上述接收单元201可以是彼此独立的操作机构，亦可以是同一个操作机构。该输出单元101与上述发送单元203可以是彼此独立的操作单元，亦可以是同一个操作单元。
该输入单元103，用于接收上述发送单元203发送来的计算参数值。
该信息处理单元102，用于根据输出滤波电容的排布规则模拟出电压突波分析电路，依据模拟出的电压突波分析电路推导出电压突波的计算公式，及根据该输入单元103接收的计算参数值与推导出的电压突波计算公式计算出电压突波值。在本实施例中，该信息处理单元102是根据Laplace(拉普拉斯)方程式原理来推导电压突波的计算公式的。
该输出单元101用于将该信息处理单元102的计算结果发送给上述接收单元201。
对运用该电压突波计算系统以实现对电压突波进行快速及准确的计算的步骤，进行如下阐述。
首先，令接收单元201接收使用者输入的登陆密码，判断单元202判断该使用者输入的登陆密码与保存的验证密码是否一致，接收单元201在该使用者输入的登陆密码与保存的验证密码一致时接收该使用者输入的计算参数值，判断单元202判断该使用者输入的计算参数值是否满足计算要求，发送单元203在该使用者输入的计算参数值满足计算要求时将该计算参数值发送给输入单元103。
接着，输入单元103接收发送单元203发送的计算参数值，信息处理单元102推导电压突波的计算公式，及根据计算参数值与推导出的电压突波计算公式计算出电压突波值，输出单元101将信息处理单元102的计算结果发送给接收单元201。
之后，接收单元201接收输出单元101发送的计算结果，并将该计算结果传送给显示单元204以显示出来。
如图4所示，是信息处理单元102根据输出滤波电容的排布规则模拟出的电压突波分析电路。将所有的大电容及耦合电容模拟成两个等价电容，ESL1代表所有大电容的等价等效串联电感值，ESR1代表所有大电容的等价等效串联电阻值，C1代表所有大电容的等价电容值，i1代表流经所有大电容的等价电流值，ESL2代表所有耦合电容的等价等效串联电感值，ESR2代表所有耦合电容的等价等效串联电阻值，C2代表所有耦合电容的等价电容值，i2代表流经所有耦合电容的等价电流值，i0代表电路的总电流值。i1、i2及i0都是随着时间t变化而变化着的参变量，且i0＝i1+i2。
如图5所示，是本发明电压突波计算方法较佳实施方式的具体实施流程图。首先，对使用者进行身份验证，具体而言，接收单元201接收使用者输入的登陆密码，判断单元202判断该使用者输入的登陆密码与保存的验证密码是否一致，发送单元203在使用者输入的登陆密码与保存的验证密码不一致时发送密码错误警告信息给显示单元204(步骤S30)。接着，接收并验证该使用者输入的计算参数值，具体而言，接收单元201在该使用者输入的登陆密码与保存的验证密码一致时接收该使用者输入的计算参数值，判断单元202判断该使用者输入的计算参数值是否满足计算要求，发送单元203在使用者输入的计算参数值没有满足计算要求时发送告知信息给该显示单元204以告知该使用者重新输入，或在该使用者输入的计算参数值满足计算要求时将该计算参数值发送给输入单元103(步骤S32)。之后，信息处理单元102根据Laplace方程式原理推导电压突波的计算公式，具体而言，信息处理单元102根据输出滤波电容的排布规则模拟出电压突波分析电路，依据模拟出的电压突波分析电路推导出电流方程式的表达式为： I 2 ( s ) = ( ESL 1 · s 2 + ESR 1 · s + 1 / C 1 ) · SR / s 2 ) ( ESL 1 + ESL 2 ) · s 2 + ( ESR 1 + ESR 2 ) · s + ( 1 / C 1 + 1 / C 2 ) , 逆Laplace转换运算推导出i2(t)，进而得出： V 1 ( t ) = i 1 ( t ) · ESR 1 + ESL 1 · i 1 ( t ) t + 1 C 1 · SR · t 2 2 , V 2 ( t ) = i 2 ( t ) · ESR 2 + ESL 2 · i 2 ( t ) t + 1 C 2 · SR · t 2 2 , 其中V1(t)代表所有大电容产生的电压突波值，V2(t)代表所有耦合电容产生的电压突波值，i1(t)＝i0(t)-i2(t)， t = Δi 0 SR , s代表纯数理意义上的参数，SR代表电流变化的斜率值，Δi0代表电流变化的绝对值，即Δi0＝imax-imin(步骤S34)。最后，带入该使用者输入的参数值计算所要求的电压突波值，具体而言，信息处理单元102根据该使用者输入的参数值计算出V1(t)及V2(t)，输出单元101将计算出的电压突波值V1(t)及V2(t)发送给接收单元201，接收单元201接收该电压突波值V1(t)及V2(t)，并发送给显示单元204以显示计算的结果(步骤S36)。

Claims (5)

1.一种电压突波计算系统，其特征在于，该系统包括：
输入/输出装置，用于对使用者进行身份验证，接收并验证该使用者输入的计算参数值，及发送该使用者输入的计算参数值；及
计算装置，用于接收上述输入/输出装置发送的计算参数值，及根据接收的计算参数值计算输出滤波电容的电压突波值，其中：
所述的输入/输出装置包括：
显示单元，用于显示信息；
接收单元，用于接收使用者输入的登陆密码，接收使用者输入的计算参数值，接收该计算装置发送来的计算结果，及将该计算装置的计算结果传送给该显示单元；
判断单元，用于判断使用者输入的登陆密码与保存的验证密码是否一致，及判断使用者输入的计算参数值是否满足计算要求；
发送单元，用于在使用者输入的登陆密码与保存的验证密码不一致时发送密码错误警告信息给该显示单元，在使用者输入的计算参数值没有满足计算要求时发送参数不足信息给该显示单元，及在使用者输入的计算参数值满足计算要求时将该计算参数值发送给该计算装置；
所述的计算装置包括：
信息处理单元，用于根据输出滤波电容的排布规则模拟出电压突波分析电路，依据模拟出的电压突波分析电路推导出电压突波计算公式，及根据上述发送单元发送的计算参数值与推导出的电压突波计算公式计算出电压突波值。
2.如权利要求1所述的电压突波计算系统，其特征在于，所述的信息处理单元根据拉普拉斯方程式原理来推导电压突波计算公式。
3.一种电压突波计算方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
接收并验证使用者输入的计算参数值；
在该使用者输入的计算参数值符合计算要求时，推导出电压突波计算公式；及
根据该使用者输入的计算参数值与推导出的电压突波计算公式计算出电压突波值。
4.如权利要求3所述的电压突波计算方法，其特征在于，所述推导出电压突波计算公式的步骤包括：
根据输出滤波电容的排布规则模拟出电压突波分析电路；及
依据模拟出的电压突波分析电路推导出电压突波计算公式。
5.如权利要求4所述的电压突波计算方法，其特征在于，所述的电压突波计算公式是根据拉普拉斯方程式原理来推导的。
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