目前市面上能支持HDL語言聯合仿真的電源仿真軟件并不多,能支持VHDL聯合仿真的就更少了,PSIM軟件支持VHDL及verilogHDL聯合仿真,這樣對于快速驗證HDL實現的新想法是十分便捷的。
PSIM中VHDL代碼仿真,是通過調用QuestaSim/ModelSim,兩款軟件協同完成的,本質屬于不同軟件的聯合仿真。
下圖是PSIM軟件自帶的例子,運行此例子需要安裝QuestaSim/ModelSim軟件。
VHDL例子有3個,Tutorial1是3相兩電平逆變器,Tutorial2是同步buck,Tutorial3是單相全橋逆變器。
一,
打開Tutorial1文件夾,內容如下,下級vhdl文件夾中是8個.vhd源文件和1個compile.bat(調用VHDL編譯及仿真),下級work文件夾就是vhdl的工作文件夾(work庫)。
簡單分析下此例子vhdl代碼的構成,采用自頂向下的設計方法,頂層entity是Top_Inversor,7輸入6輸出,輸入分別是3相電壓、3相電流、直流母線電壓、角頻率、有功和無功給定、電感量,輸出分別是6個管驅動。
Top_Inversor由5個子元件h1_filter、abc_dqo、ruta_datos1、ruta_datos2、dqo_abc構成(其中Ruta_Datos2下層會調用h2_filter),使用4個進程P_WT、P_BIEST、CMP、GEN并行運行。(vhdl文件夾中還有一個ModCouplerTemporaryFile.vhd,此文件與該例子運行無關。)
打開PSIM模型文件inverter.psimsch后,顯示如下
VHDL模塊在左下角,控制部分全VHDL實現,電流環為dq0坐標下帶耦合的配置,其需要的輸入參數角頻率和電感量,由右上角File提供。
該例子是有點特殊的,無ADC,浮點類型的模擬量直接作為輸入經過一階數字濾波器h1_filter后直接參與控制運算,數據類型均為浮點。 這在仿真中是無問題的。
雙擊打開VHDL模塊,得到如下窗口,HDL file是指定頂層實體.vhd文件,Wave file 是指定wave.do文件(在例子文件夾內),右側需要設置ModelSim仿真步長。
雙擊PSIM模型界面右上角的鐘表圖標,得到如下窗口,仿真參數設置。
保持原有參數及設置不變,接下來看下運行過程及結果。點擊PSIM運行圖標后,稍等幾秒,會自動調用QuestaSim/ModelSim軟件
需要在QuestaSim/ModelSim命令行輸入run -all啟動ModelSim仿真,同時PSIM也開始真正運行。ModelSim環境下各輸入輸出變量中間量是自動添加的,運行完后可在ModelSim窗口進行波形操作和變量查看,操作和ModelSim完全一樣。
仿真時間200ms,得到如下PSIM結果
二,
現在打開Tutorial2文件夾,看下同步buck的例子,使用了PSIM自帶的ADC模塊,vhdl代碼結構為頂層實體top_controller,由ADC_controller、regulador、DPWM子元件構成。
此例是真正的數字控制。ADC_controllerwei ADC模塊的時序控制器,regulador(文件名compensator)是控制計算單元,包含誤差項計算、環路補償計算等,DPWM是發波單元,輸出同步buck的上下管驅動信號。compensator_pack.vhd是用戶程序包,里面是用戶數據類型定義和一些常數定義。
三,
再來看下verlogHDL例子,軟件自帶一個buck,文件夾內容如下
雙擊打開buck_iL_verilog_vs_analog.psimsch,其中包含兩個buck,上部分為模擬實現的,下半部分是verilogHDL實現的。
點擊PSIM運行按鈕后,同樣是調用ModelSim,此例的ModelSim是自動運行的,仿真完成后結果如下
紅色線(后綴2)是verilog實現的結果
四,PSIM的其他功能
1,C2000 DSP的聯合仿真及代碼自動生成,PSIM提供可在圖形界面下交互參數的DSP外設模塊,同時支持這些外設模塊及完整工程的C代碼自動生成。
C2000 DSP外設模塊的位置
F280049的ADC用戶界面
2,Utilities菜單
s2z轉換工具,提供了常用濾波器/補償器的s2z轉換功能,z系數14位小數,雙線性和后向差分兩種變換方法
SimCoupler目錄設置工具,雙擊打開時PSIM自動檢測其他安裝環境,打開后可選擇其他環境的安裝目錄。
PSIM目前支持JMAG(電磁有限元軟件)、matlab/simulink、SPICE仿真器聯合仿真。需要注意的是上述HDL聯合仿真中QuestaSim/ModelSim不需要在此處設置,調用ModelSim仿真器是通過運行compile.bat批處理來實現的。
DSP示波器工具
功率管參數編輯工具,PSIM支持功率器件參數編輯及新增,此模型支持功率管的結溫仿真,基于Eon、Eoff的查表,結合功率管的熱阻網絡模型,可在時域仿真的同時得到損耗和結溫結果。
也支持電感損耗
圖片曲線捕獲工具,提取元器件規格書中曲線上的數據,可配合功率管參數編輯工具使用
BH曲線編輯工具,對磁芯損耗進行建模,可配合功率管參數編輯工具中電感模型使用
光伏板模擬工具,可配合PSIM仿真
超級電容模擬工具,,可配合PSIM仿真
單位轉換工具
計算器
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