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好运城官网:仿真技术驱动混合动力车和电动汽车设计

好运城平台 国际 2021年01月13日
本文摘要:传导电磁辐射(通过载流结构部件)通常高于30MHz,可能会引起电源完整性问题,或导致对逆变器和电动机没有潜在伤害的能量反射波。Q3DExtractor:固定静态电磁场解决方案,可用于计算频率可变电阻、电感、电容器和载流结构构件的电导参数。

性能

面对竞争激烈的混合动力和电动汽车(HEV/EV)市场,电力建设研发工程师正在挑战更高的系统效率、稳定性和可靠性。电力逆变器在电力集成系统中非常重要,通常由6个4英寸6英寸PCB IGBT模块组成。

该IGBT模块通过将数百安培电流的隔离开关缓慢转换为电动机,控制电气系统和其他系统。IGBT的电源频率从数十kHz到数百kHz,车辆上升时间和变频器下降时间约为50~100ns。由于功率速度低,IGBT被限制在功率逆变器系统中,但也会出现两个主要电磁问题。

传导电磁辐射(通过载流结构部件)通常高于30MHz,可能会引起电源完整性问题,或导致对逆变器和电动机没有潜在伤害的能量反射波。电磁辐射电磁场(通过空气)一般低于30MHz,会影响汽车上的其他电子系统。为了符合政府及国际车辆的电磁辐射标准,这两类干扰问题在设计中要充分考虑。因此,负责管理的工程师必须设计系统基本框架成员的电磁兼容性和电磁干扰。

为了完成电力逆变器系统的电磁兼容性和电磁干扰设计,工程师必须首先解决需要电磁兼容性和电磁干扰的潜在物理因素,然后通过电路和系统完成设计。这种建模驱动方法对解决其他需要考虑的电磁问题没有帮助,包括电流质量、功耗和整个系统效率。

建模

一般假设,使用线性电路元件,修改电路解决方案来展开这些计算,需要粗略的近似值和过度的修改。如果跳过这些重要的基本物理机构的建模,建模结果仍然正确,在满足性能拒绝之前,硬件原型可能需要测试新设计的多个迭代。大部分情况下,这些测试周期直到设计过程的后期才开始,因此成本不会大幅下降,错过市场机会。

在电力逆变器生产之前,如果想在研发初期预测电子的影响,物理域问题不多的建模是不可能的。Ansoft软件包获得了用作IGBT等设备电磁性能研究的全频域多物理问题分析工具。Ansoft软件的专长是电磁场建模,可以对电路和系统建模。

可用作电力逆变器开发的Ansoft工具还包括多域电路和系统模拟器Simplorer,使您能够轻松构建电、热、机、磁和流体等多物理域建模部件。Q3DExtractor:固定静态电磁场解决方案,可用于计算频率可变电阻、电感、电容器和载流结构构件的电导参数。

HFSS:一种基于有限元的全波解决方案,可用于提取宿主参数和显示三维电磁场。为了准确说明IGBT等电源设备的性能,工程师通常可以在参数简化行中使用相应的行,将IGBT性能曲线和表数据引入供应商获得的性能表中。数据处理程序不会自动提取分解IGBT半导体电路模型所需的参数(约140个),必须手动完成。然后,可以将电源转换器的设计布局从CAD软件或布局设计工具导入到Q3DExtractor工具中。

Q3DExtractor计算设计版图上导电路径的频率变化阻力、部分电感和电容。工程师随后使用该工具分解等效电路模型,以便在SIM播放器上展开系统建模。

性能

该模型完成后,可以将半导体电路模型与包含IGBT的电气完整性模型相结合。电气完整性模型可用作对电源、控制系统和阻抗的传导电磁辐射分析。

该建模结果可用于测试HFSS中的电磁辐射,考虑到缓慢的拦截时间序列引起的频域谐波,这是特别令人担忧的电磁辐射。为了确认这种影响,Simplorer的结果可以作为HFSS传播电磁解决方案的输出。

然后工程师可以完全理解电磁辐射电磁场,计算指定空间指定点的电磁场强度,并识别逆变器PCB是否符合相关标准。这样,工程师可以使用从Ansoft获得的工具,设计从逆变器系统电磁兼容性、电磁干扰和电磁性能的来源到逆变器的布局设计。因此,可以参数化地改变设计,获得一系列建模结果,直到电磁辐射和电磁发射水平在可接受的限度内。这种方法的价值在于,一旦模型完成,就可以通过更改一些主要参数来更改设计。

这使工程师能够研究各种参数方案,并在较长的范围内进行假设分析。该方法在完全不需要硬件生产之前,可以达到性能拒绝和几乎优化的设计结果。

多物理域建模方法与原型处理原型测试模式相比,节省了时间和成本,设计了更好的产品,使您能够参与市场竞争。


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标签: 设计   性能   建模   逆变器   电磁辐射