ANSYS HFSS在CISPER25电源回线CE仿真中的应用

随着电池续航里程增加、驱动和控制系统性能提升，电动汽车已成为汽车行业发展的新趋势。功率器件有着体积小、开关速度快、工作电压等级高等优点，是电力变换器的核心部件，被广泛的应用于电动汽车的电子零部件中。然而，功率器件的高速开关动作及电动汽车众多的线缆排列布置结构，带来了严重的电磁干扰（Electromagnetic Interference，EMI）问题，影响电动汽车的安全稳定行驶！本节我们在ANSYS HFSS 2023R1中模拟CISPR25 电源回线远端接地的测试环境，以获得汽车域控制器领域中PCB的传导发射（CE）。

一、模型导入

对照上图的实际环境搭建在ANSYS HFSS中搭建仿真模型模型具体包括以下三个部分：待测PCB，4 cable连接器，以及CISPR25测试环境（LISN网络、测试线缆等）。

打开Ansys Electronics Desktop 2023，Insert Design选择HFSS,然后命名工程名字为Cisper25_CE，依次导入以上三部分模型。

二、模型材料赋值以及边界设置
2.1 PCB和线缆设置为copper，LISN设置为AL，选中物体在Properties中的Material先选择Edit然后选择材料为所需材料。

2.2 底部等大小的长方形作为参考地，命名为GND，设置边界条件为Perfect E即理想导体边界。

计算设置
分析计算主要是设置我们扫频的中心频率、扫频范围以及精度计算，这次我们设置如下。其中心频点为200MHz，扫频范围为150KHz-200MHz，使用插值计算方法。

设置完成后，我们先进行仿真前的检查，点击HFSS选择Validation Check检查都是绿色的对号说明模型没有问题，如果有问题则需要对错误项进行修改设置，全部绿色后方可进行下一步的仿真。最后点击HFSS点击Analyze All，同时点击右下角的Show Message和Show Progress。仿真完成后，我们需要把我们的场数据导入到circuit中进行场路联合仿真。

• 场路联合
• 插入一个circuit电路仿  

ANSYS针对电磁仿真的场路联合仿真是很快捷的，我们将HFSS工程文件直接拖到circuit，即完成数据传输，显示如下，然后右键选择Edite symbol选择Geometry对管脚进行编辑。

在右边component library里边选择选取相应器件（直流电源、LISN文件信号发生器以及电阻），并设置其参数，最终连接完成形成完整的仿真电路，并重新定义电路网络的名字（最好对应于实测的网络，方便后边各网络查看信号）如下图所示

同样设置瞬态求解，求解如下，从1ns到600us，并开始仿真。

数值结果我们可以先查看它的电池Battery、LISN网络、VDD的电压参数，在工程树下选择Results Create Standard Report ,再选择Rectangular Plot，选择Volttage，键盘Ctrl键同时选择V(Battery), V(LISN_P) 和V(U1_VDD)，点击确认。

在图表中点击鼠标右键，可以使用Trace Characteristics---Favorites---pk2pk，标示峰峰值的差值，可以看出他们电压的波动范围。

同样我们可以绘制此CLK_1 and Load_1的电压随时间的变化曲线。该图显示了PCB U1组件如何发送梯形时钟信号以及负载模拟器接收到该信号的真实波形。

这次绘制其传导辐射EMI_P端随频率的变换关系，也就是接收机接收到传导信号强度，对于电子电路, 辐射越低越好，也就是其对周边电路的干扰越小。具体设置如下，先设置输入变量，然后设计时间范围为0到600us，最大频率108MHz。

最后我们导入标准CISPR25 Level 5 ，可以看见很多频点超过了标准。

接着尝试添加扼流电感线圈，发现传导辐射满足了标准，如下图所示。

三、小结

通过ANSYS HFSS搭建的CISPER25测试环境提前对待测PCB的传导辐射进行仿真，一方面可以识别了EMC问题，找到超标的频点，为我们在整机送测认证前问题的解决整改争取了宝贵的时间，同时针对PCB EMC整改不再是盲目添加保护器件和电路，而是针对问题形成的原因有的放矢，直接在软件中仿真中得到整改措施的改善效果，以实现最少的改动达到最大程度改善效果，为PCB电磁兼容问题的定位和改进提供参考。

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