Simulation leitungsgebundener Störungen in Leistungselektronik

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Schaltvorgänge führen zu Störungen

Das Schalten führt zu Signalen bei dieser Schaltfrequenz, die als Störungen wahrgenommen werden. Natürlich gibt es weitere Störungen bei Vielfachen (Harmonischen) dieser Grundfrequenz. Die Störungen bei höheren Frequenzen resultieren zum einen aus den harmonischen Anteilen der Darstellung von Rechtecksignalen zum anderen aus parasitären (ungewollten, realen) Eigenschaften der Bauteile und des Schaltungsaufbaus:

Alle Strompfade, auch die Zuleitungen der Schalter und der Kondensatoren, haben parasitäre Induktivitäten, in denen durch die steilen Schaltflanken für den Strom beim Öffnen des Schalters große Spannungen induziert werden. Dies führt wiederum dazu, dass zum Beispiel parasitäre Kapazitäten im Schalter geladen werden. Auf diese Weise werden parasitäre Schwingkreise angeregt (Bild 2), die bei hohen Frequenzen schwingen, da die parasitären Induktivitäten und Kapazitäten typischerweise klein sind.

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Um all diese Effekte und deren Wechselwirkung abzubilden, bietet die ANSYS Electromagnetics Suite den Aufgabenstellungen angepasste Feld- und Schaltungssimulatoren. Hierbei wird mit Hilfe der Feldsimulatoren wie ANSYS Q3D Extractor, ANSYS HFSS beziehungsweise ANSYS SIwave das Übertragungsverhalten des realen Schaltungsaufbaus (Layout, Verkabelung) berechnet.

Dies beinhaltet parasitäre Induktivitäten, Kapazitäten und Widerstandsbeläge im Schaltungslayout, aber auch Kopplungen an die Umgebung, zum Beispiel eine kapazitive Kopplung an eine Fahrzeugkarosserie oder die Kupferoberfläche des Experimentiertisches für EMV-Messungen.

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