馬達控制器（也稱為馬達驅動器或逆變器），是用來控制馬達運轉的核心組件，它可以控制驅動馬達的轉速、轉矩、輸出功率等重要參數。在馬達運作中，馬達控制器還可以透過感測器監控馬達的運作狀態，並透過回饋機制調節馬達的輸出。以IGBT為代表的功率元件是電驅控制器的核心元件之一，本期我們從IGBT建模的角度出發，給大家展示馬達控制器完整的EMC模擬流程。
IGBT模組的3D建模
IGBT模組的引線電感、分佈電容等寄生參數，工作時會產生較高頻率的 di/dt 和 dv/dt，容易產生高頻的EMI干擾。因此在EMC模擬時，對IGBT模組進行精細的3D建模是非常必要的。對於寄生參數的擷取，CST提供了兩種方法。第一種方法是透過CST低頻工作室的Partial_RLC解算器計算獲得；第二種方法透過CST微波工作室高頻求解器計算擷取。
本文介紹的是第二種方法，具體設定如下。首先在CST的微波工作室創建3D模型，模組共分為6層，由上到下分別為：銅層、矽片、DBC上銅層、絕緣層、DBC下銅層、基板，它們的材質分別為銅、矽、銅、氮化鋁、銅、銅基板；接下來在三極管和二極體焊盤的位置設置離散端口，用於在電路中添加裝置的spice模型。
MCU模組的3D建模
MCU內部電路分為控制板與驅動板，對EMC模擬來說，驅動板是建模的重點。在本案例中，我們對驅動板做了簡化處理，主要保留了IGBT模組、DC母線電容、以及EMI濾波電路。
CE測試環境的3D建模
EMC模擬不能光考慮PCB，必須和實際測試場景保持一致，建立結構、cable、馬達、LISN等3D模型。如下圖所示，建模中參考了CISPR25標準的場景佈置要求。
搭建外圍電路、設定馬達驅動訊號
在3D模型創建完畢之後，切換到CST的DS工作室，搭建MOS管、二極體、電容、電阻、電感等裝置，以及馬達、LISN的等效電路模型。
接下來是非常關鍵的一步，就是設定馬達的驅動訊號。 CST2023版本對PWM Generator訊號產生器做了升級，詳細的解釋大家可以參考公眾號「CST電磁相容性模擬」裡的貼文：CST電磁相容性模擬—SVPWM七段式
利用IDEM對3D模擬結果進行處理
在開始場路協同模擬之前，首先要對3D部分進行S參數計算，接下來再用IDEM對S參數結果進行預處理。這裡要給大家強調一下，IDEM在系統級EMC中，是必不可少的一個工具，如果不使用的話，電路模擬容易出現結果異常。 IDEM詳細的應用介紹，小夥伴可以參考模擬實例131：IDEM在電源EMC模擬中的應用 。
進行CST場路協同模擬
馬達控制器模擬的時間建議設定20ms以上，確保電路進入穩定工作狀態。如果想要監控3D裡面的場強分佈，別忘了勾上Combine Results。
模擬結果分析
在看頻域結果之前，我們先經過一些關鍵位置的訊號，可以判斷出模擬結果是否正確，這是進行EMC頻域模擬的前提。例如：輸入電壓、輸入電流、Vgs、Vds、Phase電壓、phase電流波形等，只有與測試結果一致，才會說明模擬模型是準確的。
在確保時域波形正確後，接下來是頻域的結果分析，透過CST2023版本的新功能EMI Receiver功能，可以方便的得到頻域的結果，並且可以調用行業標準的限值進行判斷。從模擬結果來看，在0.5-6MHz這個頻段，CE的結果超過了CISPR25 class3的限值要求。
我們也可以透過3D結果中的場強分佈和表面電流分別，來分析雜訊路徑，這是3D模擬和電路模擬相比的巨大優勢之一。
下一期，我們繼續向大家展示如何透過模擬的辦法，設計出EMI濾波電路，解決CE超標的問題。
原文轉載來自: 周明 – CST电动车EMC仿真（二）——电机控制器MCU的EMC仿真
系列文章：
CST電動車EMC模擬（一）——馬達的3D建模
CST電動車EMC模擬（二）——馬達控制器MCU的EMC模擬
CST電動車EMC模擬（三）——初探軸電壓
CST電動車EMC模擬（四）——馬達控制器MCU濾波模擬
CST電動車EMC模擬（五）——解鎖GB/T18387車輛整體RE模擬的密碼（上）
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