基于ANSYS软件新能源车变流器EMC仿真

    0 引言

    新能源汽车电气系统设计包括如变流器EMC分析、IGBT与逆变系统电磁特性设计、IPM驱动电机/关键电磁部件多物理域耦合分析、一次/二次电源系统设计、驱动控制系统数字/模拟控制系统设计以及电气系统与其他系统的协同设计等。目前，仿真工具解决了部分关键部件性能设计与分析问题，如驱动电机、IPM封装模块电磁特性分析问题等。然而，随着新能源汽车集成的电子产品日益繁多，汽车EMC问题已经严重影响了汽车电子系统及周围电子系统运行的可靠性，以及电子控制功能的运行安全可靠性，诸如驱动控制系统、电控制动系统、电控转向系统等。而在新能源汽车EMC设计中，变流器的EMC设计更是重中之重。

    根据“仿真主导，试验修正”的策略确定仿真输入参数。本文将机箱结构仿真、PCB电路板辐射控制、高压主回路的传导噪声分析三个部件级仿真流程并行设计：分别使用ANSYS三维结构仿真工具HFSS进行机箱布局和屏蔽效能分析；使用PCB电磁仿真工具SIwave和电路仿真器Designer实现PCB板级的信号完整性，电源完整性和电磁兼容的协同设计；使用电磁部件建模工具PExprt，机电系统仿真器Simplorer，线缆等三维参数提取工具Q3D，以及功率器件三维电磁场仿真工具Maxwell3D进行电源传导噪声分析。最后将整个系统利用数据链接在系统级进行协调优化。

    1 传导干扰仿真

    图1 变流器系统精确模型仿真

    本文将高压主回路传导噪声仿真分为3个阶段：首先利用理想元器件搭建系统传导回路，实现变频器功能;然后对影响系统传导EMC性能的关键元器件进行精确建模，如母排、IGBT内核、IGBT封装、线缆线束、DC-Link电容等，首先通过仿真初步确认参数，然后测试修正；最后将理想系统中的关键元器件逐个替换为精确元器件，元器件参数以测试修正后的参数为准，最终得出系统传导噪声性能。最终得到的系统和仿真得结果如图1所示。

    同时，跟高压回路同样思路进行了低压回路的传导干扰仿真，首先利用理想元器件搭建系统传导回路，实现控制和驱动功能；然后对影响系统传导EMC性能的关键元器件进行精确建模，如MOS管、线缆线束、芯片、电感电容、PCB等模型，首先通过仿真初步确认参数，然后测试修正；最后将理想系统中的关键元器件逐个替换为精确元器件，得到仿真结果如图2所示。

    图2 低压回路传导干扰仿真结果

    同时，对低压回路传导干扰进行了实际测试，测试结果如图3所示：