Современная силовая электроника — это большая мощность, преобразуемая на высокой частоте и с высокой удельной плотностью.
Сегодня на рынке уже можно встретить источники питания с удельной мощностью более 13 Вт/см^3 – это примерно 2 кВт размером чуть больше пачки сигарет. «Экспериментальные и лабораторные образцы показывают еще более высокие результаты.
Рисунок 1. Пример преобразователя с высокой плотностью энергии Ключом к достижению столь высокого уровня плотности энергии является, в том числе, оптимизация компоновки элементов преобразователя с учетом паразитных свойств печатных проводников.
У меня есть проект многофазного преобразователя, в котором каждая фаза выполнена как отдельный модуль и питание подается через объединительную плату.
Рабочая частота модуля ~300 кГц, а средний ток потребления более 100А.
Источником энергии, питающим устройство, является аккумулятор, способный работать с большим током разряда.
При таких вступлениях крайне важно:
- доставлять энергию от аккумулятора к фазному модулю с минимальными потерями напряжения через паразитную индуктивность ESL и сопротивление ESR цепи питания.
- иметь качественную модель всего устройства для максимально приближенного моделирования работы схемы.
Без учета паразитных параметров цепей питания можно серьезно упустить работоспособность устройства.
Объединительная плата с одним установленным фазовым модулем показана на рисунке 2. 
Рис.
2. Объединительная плата с фазовым модулем На изображении клеммы Б — входные клеммы с током, клеммы А — точки подключения потребителя тока, в данном случае самые дальние.
Для начала пришлось переработать объединительную плату, убрать все лишнее и оставить только токопроводящую цепь от точки Б до точки А.
Медь на печатной плате имеет толщину 35 микрон.
Рис.
3. Проводящая цепь в Solidworks Затем я экспортировал модель в формат STEP-2014 и импортировал ее в чистый проект Maxwell. Мне нужно было провести моделирование с учетом скин-эффекта, поэтому в Maxwell был выбран решатель Eddy Current: Maxwell 3D -> Тип решения -> Вихретоковый ток.
Рис.
4. Импорт печатного проводника в Maxwell и выбор типа решателя Далее необходимо внести в проект ряд настроек: 1) задаем материал токопроводящего тела, в моем случае это медь: 
Рис.
5. выбор материала корпуса 2) Задайте регион моделирования - Регион необходимо настроить так, чтобы он контактировал только с текущими терминалами! 
Ри.
6. Регион (область) моделирования 3) Установите источник возбуждения – источник тока, создав две клеммы.
Выберите поверхность, которая будет выступать в качестве источника тока, ПКМ -> Назначить возбуждение -> Ток -> Задайте значение тока, направление, имея эту клемму.
Не забывайте, что цепь с током должна иметь вход и выход (направление тока в клеммах) – две клеммы.
4) Для расчета индуктивности также необходимо задать матрицу проводящего тела: 
Рис.
7. Матричная задача на определение индуктивности 5) Установить сетку для проводника и для региона отдельно.
Для региона можно установить Inside на основе, для тела можно задать с учетом скин-эффекта - но учет этого параметра займет больше времени.
6) Определить условия моделирования - Анализ -> выбрать точность расчета, частоту тока, кол.
подтверждение этапов расчета.
После завершения всех настроек окно параметров должно выглядеть примерно так: 
Рис.
8. Просмотр предварительно настроенного проекта перед моделированием.
Далее ПКМ по проекту и сначала Проверка Валидации, после Анализировать Все и ждать пока будет произведен расчет. 
Рис.
9. проверка и запуск моделирования По результату моделирования можно увидеть заветные цифры: L и R с учетом скин-эффекта: ПКМ по Результатам -> Создать таблицу данных -> выбрать L и R. 
Рис.
10. Результат моделирования участка с током Также можно отображать различные красивые карты и накладывать их на модель, например, карту плотности тока в векторном виде.
Рис.
11. Карта плотности тока в векторном виде.
Рис.
11. Карта плотности тока в векторном виде.
Заключение В исходной версии статьи была ошибка, связанная с неправильной настройкой региона моделирования; в результате были получены неверные значения ESL=2nH и ESR=833uOm. Нам пришлось переустановить область моделирования так, чтобы она касалась только текущих терминалов, и начать расчет заново.
В результате были получены более адекватные значения ESL=28,6нГн и ESR=3,14мОм.
Эти данные будут полезны для уточнения модели устройства в Spice; с его помощью можно спрогнозировать потери энергии на этом участке цепи, а также получить более точную модель распределения напряжения питания.
P.S. На самом деле в ANSYS есть и другие инструменты, позволяющие моделировать печатные проводники на переменном токе с учетом электромагнитных явлений, но их развитие еще впереди.
P.S.S. Ansys предоставляет возможность бесплатно использовать программный пакет Ansys Electronics Desktop с некоторыми ограничениями (размер сетки, вычислительные ресурсы) на основании бесплатной студенческой лицензии.
Вы можете скачать его на связь Всем ветрам по ходу! Теги: #Производство и разработка электроники #энергетика #Ansys Maxell #Электромагнитное моделирование #МК?
-
Devcore: Программная Часть Проекта Devboy.
19 Oct, 24 -
Podman И Buildah Для Пользователей Docker
19 Oct, 24 -
Бенто 2
19 Oct, 24 -
Контент-Маркетинг В Инфографике
19 Oct, 24
