Simulation leitungsgebundener Störungen in Leistungselektronik

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Nahtloser Simulations-Workflow realisierbar

Mit der Analogsimulation (Bild 3) des gesamten Schaltungsaufbaus sind alle relevanten Signale und somit auch leitungsgebundene Störungen bestimmbar. Die ANSYS Electromagnetics Suite bietet dafür den Simplorer als Systemsimulator, der mit den Feldsimulatoren im ANSYS Electronics Desktop als einheitliche Simulationsumgebung integriert ist. Dies erlaubt den nahtlosen Simulations-Workflow vom Layoutimport bis zur Feld- und Systemsimulation.

Hier wird es wichtig über Messvorschriften aus Normen zu reden, z.B. der CISPR 25 Norm in der Automobilbranche: Dabei wird der Prüfling in einer EMV-Messkammer mit absorbierenden Wänden aufgebaut, um äußere Einflüsse abzuschirmen und Reflexionen der eigenen Emissionen zu vermeiden. Des Weiteren wird der Prüfling mit Last über einer leitenden, geerdeten Fläche (Experimentiertisch mit Kupferoberfläche) platziert und durch ein künstliches Netzwerk (LISN) versorgt (Bild 4).

Dieser Messaufbau trennt die ‚wahre‘ Erde von der Erde im Schaltungsaufbau und erlaubt auf diese Weise das Entstehen von Gleichtaktstörungen. Zudem können genormte leitungsgebundene Störungen am LISN abgegriffen und über einen 50 Ω Messempfänger gemessen werden. In der Analogsimulation mit ANSYS Simplorer werden die künstlichen Netzwerke und Messempfänger nachgebildet, wie dies im Bild 4 zu sehen ist. Die Emissionsspektren werden durch eine automatisierte Fouriertransformation mit entsprechender Fensterfunktion im Postprozessing dargestellt.

Die Simulation erlaubt es, bei EMV-Untersuchungen einzelne Details genauer zu untersuchen, diese von anderen Phänomenen zu isolieren und auch schwer messbare Größen zu veranschaulichen. Darauf basierend entsteht ein umfassenderes Verständnis des Systemverhaltens, sodass zur Optimierung gezielte Designvariationen an virtuellen Prototypen vorgenommen werden können. Auf diese Weise lässt sich Zeit bei der Prototypenfertigung und teuren EMV-Messungen einsparen, um im Idealfall nur die Endabnahme in der EMV-Messkammer durchzuführen.

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