專利名稱：電壓突波計(jì)算系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電壓突波計(jì)算系統(tǒng)及方法。
背景技術(shù)：
隨著電子科技的不斷發(fā)展，許多3C電子產(chǎn)品的功能也在不斷的增多和完善著，這就導(dǎo)致電子產(chǎn)品的電能消耗也隨著上升。故研發(fā)人員在不斷完善電子產(chǎn)品功能的同時(shí)，也在不斷的尋求如何使得電子產(chǎn)品變得更薄更小，相應(yīng)地，更薄更小的電子產(chǎn)品的操作電壓也要求更小。依據(jù)能量守恒定律，對(duì)電子產(chǎn)品的電流供應(yīng)量要增加，如此一來，作為電子產(chǎn)品電能供應(yīng)核心的VRM(Voltage Regulation Module，電壓穩(wěn)定模塊)就必須在愈來愈大的電流負(fù)載下穩(wěn)定愈來愈嚴(yán)苛的可變動(dòng)電壓范圍。
VRM在變載時(shí)，由于電路無法在瞬間提供或關(guān)閉負(fù)載電流，使得輸出電流在變載時(shí)流向輸出濾波電容，而輸出濾波電容上的寄生元件ESR(Equivalent Series Resistance，等效串聯(lián)電阻)及ESL(EquivalentSeries Inductance，等效串聯(lián)電感)會(huì)因電流的瞬間變化而產(chǎn)生電壓突波，導(dǎo)致VRM無法穩(wěn)定的輸出電壓。
如何準(zhǔn)確計(jì)算出一個(gè)3C電子產(chǎn)品的輸出濾波電容產(chǎn)生的電壓突波值以判斷該電子產(chǎn)品的VRM是否穩(wěn)定，以及3C電子產(chǎn)品的設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)之初如何選擇排布輸出濾波電容以盡量降低輸出濾波電容產(chǎn)生的電壓突波值，已經(jīng)成為一個(gè)愈來愈重要的課題。然而，目前還沒有一種行之有效的方法以準(zhǔn)確的計(jì)算出輸出濾波電容產(chǎn)生的電壓突波值。
避免不能準(zhǔn)確計(jì)算出輸出濾波電容產(chǎn)生的電壓突波值，有助于判斷VRM的穩(wěn)定度及幫助設(shè)計(jì)人員進(jìn)行新產(chǎn)品的開發(fā)。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于以上內(nèi)容，有必要提供一種電壓突波計(jì)算系統(tǒng)以準(zhǔn)確計(jì)算出輸出濾波電容產(chǎn)生的電壓突波值，進(jìn)而有助于判斷VRM的穩(wěn)定度及幫助設(shè)計(jì)人員進(jìn)行新產(chǎn)品的開發(fā)。
此外，還有必要提供一種電壓突波計(jì)算方法以準(zhǔn)確計(jì)算出輸出濾波電容產(chǎn)生的電壓突波值，進(jìn)而有助于判斷VRM的穩(wěn)定度及幫助設(shè)計(jì)人員進(jìn)行新產(chǎn)品的開發(fā)。
一種電壓突波計(jì)算系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括輸入/輸出裝置，用于對(duì)使用者進(jìn)行身份驗(yàn)證，接收并驗(yàn)證該使用者輸入的計(jì)算參數(shù)值，及發(fā)送該使用者輸入的計(jì)算參數(shù)值；及計(jì)算裝置，用于接收上述輸入/輸出裝置發(fā)送的計(jì)算參數(shù)值，及根據(jù)接收的計(jì)算參數(shù)值計(jì)算輸出濾波電容的電壓突波值。
一種電壓突波計(jì)算方法，該方法包括如下步驟(b)接收并驗(yàn)證使用者輸入的計(jì)算參數(shù)值；(c)在該使用者輸入的計(jì)算參數(shù)值符合計(jì)算要求時(shí)，推導(dǎo)出電壓突波的計(jì)算公式；(d)根據(jù)該使用者輸入的計(jì)算參數(shù)值與推導(dǎo)出的電壓突波計(jì)算公式計(jì)算出電壓突波值。
進(jìn)一步地，所述的電壓突波計(jì)算公式是根據(jù)拉普拉斯方程式原理來推導(dǎo)的。
相較現(xiàn)有技術(shù)，所述的電壓突波計(jì)算系統(tǒng)及方法，充分考量了計(jì)算輸出濾波電容產(chǎn)生的電壓突波值的準(zhǔn)確性，有助于判斷VRM的穩(wěn)定度及幫助設(shè)計(jì)人員進(jìn)行新產(chǎn)品的開發(fā)。

圖1是傳統(tǒng)的電壓穩(wěn)定模塊從強(qiáng)工作電流突然轉(zhuǎn)變?yōu)槿豕ぷ麟娏鲿r(shí)輸出濾波電容產(chǎn)生的暫態(tài)電壓突波波形示意圖。
圖2是輸出濾波電容上的寄生元件產(chǎn)生電壓突波時(shí)的示意圖。
圖3是本發(fā)明電壓突波計(jì)算系統(tǒng)較佳實(shí)施方式的硬件架構(gòu)圖。
圖4是信息處理單元根據(jù)輸出濾波電容的排布規(guī)則模擬出的電壓突波分析電路。
圖5是本發(fā)明電壓突波計(jì)算方法較佳實(shí)施方式的具體實(shí)施流程圖。
具體實(shí)施方式
如圖1所示，是傳統(tǒng)的電壓穩(wěn)定模塊從強(qiáng)工作電流突然轉(zhuǎn)變?yōu)槿豕ぷ麟娏鲿r(shí)輸出濾波電容產(chǎn)生的暫態(tài)電壓突波波形示意圖。輸出濾波電容包括電容C(capacitance)及寄生元件ESR(Equivalent SeriesResistance，等效串聯(lián)電阻)和ESL(Equivalent Series Inductance，等效串聯(lián)電感)。t0是輸出濾波電容產(chǎn)生電壓突波的起始時(shí)間點(diǎn)；t1表示輸出濾波電容產(chǎn)生的電壓突波達(dá)到最大值的時(shí)間點(diǎn)；t表示t1后的一時(shí)間點(diǎn)。輸出濾波電容產(chǎn)生的電壓突波主要是由輸出濾波電容的ESR及ESL產(chǎn)生的，而電容C產(chǎn)生的電壓突波是極少的。例如，在時(shí)間點(diǎn)t1，輸出濾波電容的ESR產(chǎn)生的電壓突波的A部分，ESL產(chǎn)生的電壓突波的B部分，而電容C產(chǎn)生的電壓突波相對(duì)于A與B是極小的，通常將輸出濾波電容產(chǎn)生的電壓突波記為A+B。當(dāng)VRM(Voltage Regulation Module，電壓穩(wěn)定模塊)能穩(wěn)定的輸出電壓時(shí)，例如在時(shí)間點(diǎn)t，輸出濾波電容的電容C產(chǎn)生的電壓突波記為Ct部分，輸出濾波電容的ESR產(chǎn)生的電壓突波及ESL產(chǎn)生的電壓突波相對(duì)于Ct是極小的，通常將輸出濾波電容產(chǎn)生的電壓突波記為Ct。在本實(shí)施例中，輸出濾波電容包括大電容及耦合電容。
如圖2所示，是輸出濾波電容上的寄生元件示意圖。在時(shí)間點(diǎn)t1(如圖1所示)，ESR產(chǎn)生的電壓突波為ΔVESR，ESL產(chǎn)生的電壓突波為ΔVESL，而電容C產(chǎn)生的電壓突波ΔVC相對(duì)于ΔVESR及ΔVESL是極小的，故該輸出濾波電容產(chǎn)生的電壓突波約等于ΔVESR+ΔVESL。流經(jīng)輸出濾波電容的電流為ic，該電流ic是一個(gè)隨著時(shí)間t變化而變化著的參變量。
如圖3所示，是本發(fā)明電壓突波計(jì)算系統(tǒng)較佳實(shí)施方式的硬件架構(gòu)圖。該電壓突波計(jì)算系統(tǒng)包括計(jì)算裝置10及輸入/輸出裝置20。該計(jì)算裝置10用于根據(jù)使用者輸入的計(jì)算參數(shù)計(jì)算輸出濾波電容的電壓突波值。該輸入/輸出裝置20為使用者提供操作界面，用于對(duì)使用者進(jìn)行身份驗(yàn)證，及接收并驗(yàn)證使用者輸入的計(jì)算參數(shù)值。在本實(shí)施例中，使用者輸入的計(jì)算參數(shù)值包括穩(wěn)態(tài)輸出電壓值VID，VRM工作電流突然轉(zhuǎn)變過程中電流負(fù)載的最小電流值imin及最大電流值imax，輸出濾波電容的電容值、等效串聯(lián)電阻值、等效串聯(lián)電感值及輸出濾波電容數(shù)目值，及電流變化的斜率值。
該輸入/輸出裝置20包括接收單元201、判斷單元202、發(fā)送單元203及顯示單元204。在本實(shí)施例中，該顯示單元204是液晶顯示器。
該顯示單元204，用于顯示信息。在本實(shí)施例中，該信息包括密碼錯(cuò)誤警告信息，參數(shù)不足信息及計(jì)算結(jié)果信息。
該接收單元201，用于接收使用者輸入的登陸密碼，接收使用者輸入的計(jì)算參數(shù)值，接收計(jì)算裝置10發(fā)送來的計(jì)算結(jié)果，及將該計(jì)算結(jié)果傳送給顯示單元204。
該判斷單元202，用于判斷使用者輸入的登陸密碼與保存的驗(yàn)證密碼是否一致，及判斷使用者輸入的計(jì)算參數(shù)值是否滿足計(jì)算要求。在本實(shí)施例中，計(jì)算要求包括計(jì)算所需的參數(shù)值、各個(gè)參數(shù)值的限定范圍。
該發(fā)送單元203，用于在使用者輸入的登陸密碼與保存的驗(yàn)證密碼不一致時(shí)發(fā)送密碼錯(cuò)誤警告信息給該顯示單元204，在使用者輸入的計(jì)算參數(shù)值沒有滿足計(jì)算要求(例如計(jì)算參數(shù)值沒有輸入完全)時(shí)發(fā)送參數(shù)不足信息給該顯示單元204，在使用者輸入的計(jì)算參數(shù)值滿足計(jì)算要求時(shí)將該計(jì)算參數(shù)值發(fā)送給該計(jì)算裝置10。
該計(jì)算裝置10包括輸入單元103、信息處理單元102及輸出單元101。該輸入單元103與上述接收單元201可以是彼此獨(dú)立的操作機(jī)構(gòu)，亦可以是同一個(gè)操作機(jī)構(gòu)。該輸出單元101與上述發(fā)送單元203可以是彼此獨(dú)立的操作單元，亦可以是同一個(gè)操作單元。
該輸入單元103，用于接收上述發(fā)送單元203發(fā)送來的計(jì)算參數(shù)值。
該信息處理單元102，用于根據(jù)輸出濾波電容的排布規(guī)則模擬出電壓突波分析電路，依據(jù)模擬出的電壓突波分析電路推導(dǎo)出電壓突波的計(jì)算公式，及根據(jù)該輸入單元103接收的計(jì)算參數(shù)值與推導(dǎo)出的電壓突波計(jì)算公式計(jì)算出電壓突波值。在本實(shí)施例中，該信息處理單元102是根據(jù)Laplace(拉普拉斯)方程式原理來推導(dǎo)電壓突波的計(jì)算公式的。
該輸出單元101用于將該信息處理單元102的計(jì)算結(jié)果發(fā)送給上述接收單元201。
對(duì)運(yùn)用該電壓突波計(jì)算系統(tǒng)以實(shí)現(xiàn)對(duì)電壓突波進(jìn)行快速及準(zhǔn)確的計(jì)算的步驟，進(jìn)行如下闡述。
首先，令接收單元201接收使用者輸入的登陸密碼，判斷單元202判斷該使用者輸入的登陸密碼與保存的驗(yàn)證密碼是否一致，接收單元201在該使用者輸入的登陸密碼與保存的驗(yàn)證密碼一致時(shí)接收該使用者輸入的計(jì)算參數(shù)值，判斷單元202判斷該使用者輸入的計(jì)算參數(shù)值是否滿足計(jì)算要求，發(fā)送單元203在該使用者輸入的計(jì)算參數(shù)值滿足計(jì)算要求時(shí)將該計(jì)算參數(shù)值發(fā)送給輸入單元103。
接著，輸入單元103接收發(fā)送單元203發(fā)送的計(jì)算參數(shù)值，信息處理單元102推導(dǎo)電壓突波的計(jì)算公式，及根據(jù)計(jì)算參數(shù)值與推導(dǎo)出的電壓突波計(jì)算公式計(jì)算出電壓突波值，輸出單元101將信息處理單元102的計(jì)算結(jié)果發(fā)送給接收單元201。
之后，接收單元201接收輸出單元101發(fā)送的計(jì)算結(jié)果，并將該計(jì)算結(jié)果傳送給顯示單元204以顯示出來。
如圖4所示，是信息處理單元102根據(jù)輸出濾波電容的排布規(guī)則模擬出的電壓突波分析電路。將所有的大電容及耦合電容模擬成兩個(gè)等價(jià)電容，ESL1代表所有大電容的等價(jià)等效串聯(lián)電感值，ESR1代表所有大電容的等價(jià)等效串聯(lián)電阻值，C1代表所有大電容的等價(jià)電容值，i1代表流經(jīng)所有大電容的等價(jià)電流值，ESL2代表所有耦合電容的等價(jià)等效串聯(lián)電感值，ESR2代表所有耦合電容的等價(jià)等效串聯(lián)電阻值，C2代表所有耦合電容的等價(jià)電容值，i2代表流經(jīng)所有耦合電容的等價(jià)電流值，i0代表電路的總電流值。i1、i2及i0都是隨著時(shí)間t變化而變化著的參變量，且i0＝i1+i2。
如圖5所示，是本發(fā)明電壓突波計(jì)算方法較佳實(shí)施方式的具體實(shí)施流程圖。首先，對(duì)使用者進(jìn)行身份驗(yàn)證，具體而言，接收單元201接收使用者輸入的登陸密碼，判斷單元202判斷該使用者輸入的登陸密碼與保存的驗(yàn)證密碼是否一致，發(fā)送單元203在使用者輸入的登陸密碼與保存的驗(yàn)證密碼不一致時(shí)發(fā)送密碼錯(cuò)誤警告信息給顯示單元204(步驟S30)。接著，接收并驗(yàn)證該使用者輸入的計(jì)算參數(shù)值，具體而言，接收單元201在該使用者輸入的登陸密碼與保存的驗(yàn)證密碼一致時(shí)接收該使用者輸入的計(jì)算參數(shù)值，判斷單元202判斷該使用者輸入的計(jì)算參數(shù)值是否滿足計(jì)算要求，發(fā)送單元203在使用者輸入的計(jì)算參數(shù)值沒有滿足計(jì)算要求時(shí)發(fā)送告知信息給該顯示單元204以告知該使用者重新輸入，或在該使用者輸入的計(jì)算參數(shù)值滿足計(jì)算要求時(shí)將該計(jì)算參數(shù)值發(fā)送給輸入單元103(步驟S32)。之后，信息處理單元102根據(jù)Laplace方程式原理推導(dǎo)電壓突波的計(jì)算公式，具體而言，信息處理單元102根據(jù)輸出濾波電容的排布規(guī)則模擬出電壓突波分析電路，依據(jù)模擬出的電壓突波分析電路推導(dǎo)出電流方程式的表達(dá)式為I2(s)=(ESL1·s2+ESR1·s+1C1)·SRs2(ESL1+ESL2)·s2+(ESR1+ESR2)·s+(1C1+1C2),]]>逆Laplace轉(zhuǎn)換運(yùn)算推導(dǎo)出i2(t)，進(jìn)而得出V1(t)=i1(t)·ESR1+ESL1·i1(t)t+1C1·SR·t22,]]>V2(t)=i2(t)·ESR2+ESL2·i2(t)t+1C2·SR·t22,]]>其中V1(t)代表所有大電容產(chǎn)生的電壓突波值，V2(t)代表所有耦合電容產(chǎn)生的電壓突波值，i1(t)＝i0(t)-i2(t)，t=Δi0SR,]]>s代表純數(shù)理意義上的參數(shù)，SR代表電流變化的斜率值，Δi0代表電流變化的絕對(duì)值，即Δi0＝imax-imin(步驟S34)。最后，帶入該使用者輸入的參數(shù)值計(jì)算所要求的電壓突波值，具體而言，信息處理單元102根據(jù)該使用者輸入的參數(shù)值計(jì)算出V1(t)及V2(t)，輸出單元101將計(jì)算出的電壓突波值V1(t)及V2(t)發(fā)送給接收單元201，接收單元201接收該電壓突波值V1(t)及V2(t)，并發(fā)送給顯示單元204以顯示計(jì)算的結(jié)果(步驟S36)。
權(quán)利要求
1.一種電壓突波計(jì)算系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)包括輸入/輸出裝置，用于對(duì)使用者進(jìn)行身份驗(yàn)證，接收并驗(yàn)證該使用者輸入的計(jì)算參數(shù)值，及發(fā)送該使用者輸入的計(jì)算參數(shù)值；及計(jì)算裝置，用于接收上述輸入/輸出裝置發(fā)送的計(jì)算參數(shù)值，及根據(jù)接收的計(jì)算參數(shù)值計(jì)算輸出濾波電容的電壓突波值。
2.如權(quán)利要求1所述的電壓突波計(jì)算系統(tǒng)，其特征在于，所述的輸入/輸出裝置包括顯示單元，用于顯示信息；接收單元，用于接收使用者輸入的登陸密碼，接收使用者輸入的計(jì)算參數(shù)值，接收該計(jì)算裝置發(fā)送來的計(jì)算結(jié)果，及將該計(jì)算裝置的計(jì)算結(jié)果傳送給該顯示單元；判斷單元，用于判斷使用者輸入的登陸密碼與保存的驗(yàn)證密碼是否一致，及判斷使用者輸入的計(jì)算參數(shù)值是否滿足計(jì)算要求；發(fā)送單元，用于在使用者輸入的登陸密碼與保存的驗(yàn)證密碼不一致時(shí)發(fā)送密碼錯(cuò)誤警告信息給該顯示單元，在使用者輸入的計(jì)算參數(shù)值沒有滿足計(jì)算要求時(shí)發(fā)送參數(shù)不足信息給該顯示單元，及在使用者輸入的計(jì)算參數(shù)值滿足計(jì)算要求時(shí)將該計(jì)算參數(shù)值發(fā)送給該計(jì)算裝置。
3.如權(quán)利要求2所述的電壓突波計(jì)算系統(tǒng)，其特征在于，所述的計(jì)算裝置包括信息處理單元，用于根據(jù)輸出濾波電容的排布規(guī)則模擬出電壓突波分析電路，依據(jù)模擬出的電壓突波分析電路推導(dǎo)出電壓突波的計(jì)算公式，及根據(jù)上述發(fā)送單元發(fā)送的計(jì)算參數(shù)值與推導(dǎo)出的電壓突波計(jì)算公式計(jì)算出電壓突波值。
4.如權(quán)利要求3所述的電壓突波計(jì)算系統(tǒng)，其特征在于，所述的信息處理單元根據(jù)拉普拉斯方程式原理來推導(dǎo)電壓突波計(jì)算公式。
5.一種電壓突波計(jì)算方法，其特征在于，該方法包括如下步驟接收并驗(yàn)證使用者輸入的計(jì)算參數(shù)值；在該使用者輸入的計(jì)算參數(shù)值符合計(jì)算要求時(shí)，推導(dǎo)出電壓突波的計(jì)算公式；及根據(jù)該使用者輸入的計(jì)算參數(shù)值與推導(dǎo)出的電壓突波計(jì)算公式計(jì)算出電壓突波值。
6.如權(quán)利要求5所述的電壓突波計(jì)算方法，其特征在于，所述推導(dǎo)出電壓突波計(jì)算公式的步驟包括根據(jù)輸出濾波電容的排布規(guī)則模擬出電壓突波分析電路；及依據(jù)模擬出的電壓突波分析電路推導(dǎo)出電壓突波的計(jì)算公式。
7.如權(quán)利要求6所述的電壓突波計(jì)算方法，其特征在于，所述的電壓突波計(jì)算公式是根據(jù)拉普拉斯方程式原理來推導(dǎo)的。
全文摘要
本發(fā)明提供一種電壓突波計(jì)算方法，該方法包括接收并驗(yàn)證使用者輸入的計(jì)算參數(shù)值；在該使用者輸入的計(jì)算參數(shù)值符合計(jì)算要求時(shí)，推導(dǎo)出電壓突波的計(jì)算公式；根據(jù)該使用者輸入的計(jì)算參數(shù)值與推導(dǎo)出的電壓突波計(jì)算公式計(jì)算出電壓突波值。本發(fā)明亦提供一種電壓突波計(jì)算系統(tǒng)。利用本發(fā)明電壓突波計(jì)算系統(tǒng)及方法，有助于判斷電壓穩(wěn)定模塊的穩(wěn)定度及幫助設(shè)計(jì)人員進(jìn)行新產(chǎn)品的開發(fā)。
文檔編號(hào)G01R31/00GK101046485SQ200610060129
公開日2007年10月3日 申請(qǐng)日期2006年3月31日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月31日
發(fā)明者何敦逸, 許壽國(guó) 申請(qǐng)人:鴻富錦精密工業(yè)(深圳)有限公司, 鴻海精密工業(yè)股份有限公司