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目前市面上能支持HDL语言联合仿真的电源仿真软件并不多,能支持VHDL联合仿真的就更少了,PSIM软件支持VHDL及verilogHDL联合仿真,这样对于快速验证HDL实现的新想法是十分便捷的。
PSIM中VHDL代码仿真,是通过调用QuestaSim/ModelSim,两款软件协同完成的,本质属于不同软件的联合仿真。
下图是PSIM软件自带的例子,运行此例子需要安装QuestaSim/ModelSim软件。
VHDL例子有3个,Tutorial1是3相两电平逆变器,Tutorial2是同步buck,Tutorial3是单相全桥逆变器。
一,
打开Tutorial1文件夹,内容如下,下级vhdl文件夹中是8个.vhd源文件和1个compile.bat(调用VHDL编译及仿真),下级work文件夹就是vhdl的工作文件夹(work库)。
简单分析下此例子vhdl代码的构成,采用自顶向下的设计方法,顶层entity是Top_Inversor,7输入6输出,输入分别是3相电压、3相电流、直流母线电压、角频率、有功和无功给定、电感量,输出分别是6个管驱动。
Top_Inversor由5个子元件h1_filter、abc_dqo、ruta_datos1、ruta_datos2、dqo_abc构成(其中Ruta_Datos2下层会调用h2_filter),使用4个进程P_WT、P_BIEST、CMP、GEN并行运行。(vhdl文件夹中还有一个ModCouplerTemporaryFile.vhd,此文件与该例子运行无关。)
打开PSIM模型文件inverter.psimsch后,显示如下
VHDL模块在左下角,控制部分全VHDL实现,电流环为dq0坐标下带耦合的配置,其需要的输入参数角频率和电感量,由右上角File提供。
该例子是有点特殊的,无ADC,浮点类型的模拟量直接作为输入经过一阶数字滤波器h1_filter后直接参与控制运算,数据类型均为浮点。 这在仿真中是无问题的。
双击打开VHDL模块,得到如下窗口,HDL file是指定顶层实体.vhd文件,Wave file 是指定wave.do文件(在例子文件夹内),右侧需要设置ModelSim仿真步长。
双击PSIM模型界面右上角的钟表图标,得到如下窗口,仿真参数设置。
保持原有参数及设置不变,接下来看下运行过程及结果。点击PSIM运行图标后,稍等几秒,会自动调用QuestaSim/ModelSim软件
需要在QuestaSim/ModelSim命令行输入run -all启动ModelSim仿真,同时PSIM也开始真正运行。ModelSim环境下各输入输出变量中间量是自动添加的,运行完后可在ModelSim窗口进行波形操作和变量查看,操作和ModelSim完全一样。
仿真时间200ms,得到如下PSIM结果
二,
现在打开Tutorial2文件夹,看下同步buck的例子,使用了PSIM自带的ADC模块,vhdl代码结构为顶层实体top_controller,由ADC_controller、regulador、DPWM子元件构成。
此例是真正的数字控制。ADC_controllerwei ADC模块的时序控制器,regulador(文件名compensator)是控制计算单元,包含误差项计算、环路补偿计算等,DPWM是发波单元,输出同步buck的上下管驱动信号。compensator_pack.vhd是用户程序包,里面是用户数据类型定义和一些常数定义。
三,
再来看下verlogHDL例子,软件自带一个buck,文件夹内容如下
双击打开buck_iL_verilog_vs_analog.psimsch,其中包含两个buck,上部分为模拟实现的,下半部分是verilogHDL实现的。
点击PSIM运行按钮后,同样是调用ModelSim,此例的ModelSim是自动运行的,仿真完成后结果如下
红色线(后缀2)是verilog实现的结果
四,PSIM的其他功能
1,C2000 DSP的联合仿真及代码自动生成,PSIM提供可在图形界面下交互参数的DSP外设模块,同时支持这些外设模块及完整工程的C代码自动生成。
C2000 DSP外设模块的位置
F280049的ADC用户界面
2,Utilities菜单
s2z转换工具,提供了常用滤波器/补偿器的s2z转换功能,z系数14位小数,双线性和后向差分两种变换方法
SimCoupler目录设置工具,双击打开时PSIM自动检测其他安装环境,打开后可选择其他环境的安装目录。
PSIM目前支持JMAG(电磁有限元软件)、matlab/simulink、SPICE仿真器联合仿真。需要注意的是上述HDL联合仿真中QuestaSim/ModelSim不需要在此处设置,调用ModelSim仿真器是通过运行compile.bat批处理来实现的。
DSP示波器工具
功率管参数编辑工具,PSIM支持功率器件参数编辑及新增,此模型支持功率管的结温仿真,基于Eon、Eoff的查表,结合功率管的热阻网络模型,可在时域仿真的同时得到损耗和结温结果。
也支持电感损耗
图片曲线捕获工具,提取元器件规格书中曲线上的数据,可配合功率管参数编辑工具使用
BH曲线编辑工具,对磁芯损耗进行建模,可配合功率管参数编辑工具中电感模型使用
光伏板模拟工具,可配合PSIM仿真
超级电容模拟工具,,可配合PSIM仿真
单位转换工具
计算器
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