三相逆变器EMC仿真应用
01 摘要近年来，新能源汽车的电磁兼容（Electromagnetic Compatibility，EMC）问题越来越受到关注。电驱动系统由于内部的电力电子部件长时间在高电压、大电流的条件下工作，成为电动汽车内的主要干扰源。新能源汽车内部有很多重要的弱电控制和执行单元，这些设备一旦受到干扰，就会严重影响整车的稳定性和安全性。由此可见，新能源汽车电驱动系统的电磁兼容性研究有着重要意义。新能源汽车驱动系统电磁兼容性的研究可以通过对整个系统建模来分析电磁干扰产生机理进而提出合理的电磁干扰抑制方法；也可以采用频域电磁场加时域电路结合的分析方法，利用三维有限元软件仿真来分析驱动系统逆变器等设备的电磁干扰；还可以通过测量手段来明确电驱动系统中干扰部件的主要特征参数，并利用仿真手段对电驱动系统内部辐射干扰进行研究。Ansys公司电子仿真设计软件系列产品，因其软件的多样性，及其软件平台可提供的产品间无缝结合仿真的能力，可实现从电路到电磁场的EMC各应用场景的详细仿真分析和优化。本文就基于Ansys电子仿真设计软件包产品，介绍采用频域电磁场加时域电路结合的分析方法，利用三维有限元软件仿真来分析三相逆变器的电磁干扰。02 仿真介绍如下图1所示新能源汽车逆变器驱动系统，我们希望评估该系统的传导发射性能，并和CISPR标准进行比对，提前 预测该系统EMC特性。 图1 新能源汽车逆变器驱动系统 图2 传导发射仿真结果频谱仿真流程利用Ansys电子仿真包里的一系列软件配合完成逆变器的传导发射仿真分析，整个仿真过程用到了Ansys Circuit/HFSS/SIwave/Q3D/Q2D软件，利用Ansys平台无损的场路结合功能，充分考虑逆变器系统内各部件的电磁场特性、有源芯片特性和电路特性，实现了电路板/线缆/母排/共模扼流圈/系统电路的综合建模仿真。 图3 利用Ansys电子仿真包的仿真流程系统电路建模在Ansys Circuit中建立逆变器系统电路模型。 图4 逆变器系统电路模型电磁场模型在Ansys HFSS/SIwave/Q3D/Q2D中分别建立逆变器无源部件的电磁场模型。 图5 电磁场部件模型1 图6 电磁场部件模型2仿真结果仿真对比了三种情形，不带滤波电路/带共模扼流圈但不带滤波电容/带完整滤波电路三种情形的传导发射结果，可以看到滤波电路对逆变器EMC性能的影响。 图7 三种case仿真对比 图8 三种情形的仿真结果对比来源：艾迪捷
