EMC仿真难吗？以BSG六相电机控制器CST电磁兼容仿真为例
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导读：为了满足不断完善的汽车EMC标准体系，作为整车主要EMI干扰源的电机控制器的电磁兼容仿真研究工作愈发重要。本文分析了BSG电机驱动系统的主要EMI干扰源及其传播路径，并基于CST Studio Suite 2022软件对BSG六相电机控制器引起的电磁兼容性传导发射进行瞬态联合仿真，最终通过傅里叶变换以及VBA或Python编写的后处理程序得到最后的结果，将仿真结果与实际测试结果进行对比，证明了本文所述仿真建模方案的可靠性。BSG六相电机控制器由六对上下桥MOSFET构成。EMC标准参考CISPR25，仿真带宽是0.15MHz～108MHz。一、EMC仿真的难点在于哪里？
电磁兼容（EMC）仿真难吗？我认为难易程度是相对的。对于有扎实电磁学理论基础、熟悉仿真软件操作，且面对简单的仿真对象（如单一天线、简单低频电路）的人来说，难度较低。但如果缺乏电磁学知识、不熟悉软件，并且要处理复杂电子设备（如智能手机、汽车电子系统）的仿真，同时还要进行模型验证和解读复杂的仿真结果，那么 EMC 仿真就比较难。
在我看来，EMC仿真的难点主要包括以下几个方面：
难点1：3D建模。如果你做得仿真是板级的，那么这条可以忽略。但是现在EMC仿真已经也是必须升级到系统级的仿真，除了产品本身的建模和线束建模，必须考虑整个实验室测试环境，布局进行系统性建模。这个工作量其实蛮大，建模工作还是有难度的，其对仿真的结果也是有影响的。难点2：激励源。即便你采集真实的激励源导入到仿真中，也只能放置主要的几个激励源，你不可能导入所有的激励源。但是，这其实对仿真结果是有影响的。另外如果遇到需要导入电机控制算法的，需要编程的时候对于大多数仿真工作者来说都是一个挑战。难点3：器件模型。首先能否找到仿真元器件的模型，不能找到如何去找替代模型，其次，仿真模型的准确性。特别是巨多pin的有源器件模型。你只能抓住几个认为是重要port的点进行建模，不可能建立所有管脚的替代模型，这对仿真结果也是有影响的。另外如果像电机产品，电机的寄生参数如何拟合或者获取，这个对仿真结果影响也很大。难点4：共模路径的分析。差模路径其实真的很好分析，但是共模路径分析就稍微难点，其实PCB和整个结构共模路径蛮多。共模路径对EMC高频干扰影响很大。我一般分析出所有的共模路径，后面会一个一个排除，这时候我们的DFSS就派上大用场了。二、EMC电磁兼容仿真应用实践
如何对BSG六相电机控制器电磁兼容性传导发射进行仿真基于CST软件，建立了从电源线束、功率开关器件、滤波器到电机的EMC模型，并将仿真结果与EMC传导发射实测测试结果进行对比分析，仿真频段0.15~30MHz，30HMz以下仿真结果与实测结果误差不超过6dB，对六相电机控制器解决EMC传导发射问题具有一定的指导作用。参考的样机为BSG六相电机驱动器。它是由电机控制器和六相双绕组电机一体化设计，二者之间直接由长度一致，杂散参数小的六个相线铜排连接。在进行BSG的CST电磁兼容性仿真之前需要进行3D仿真建模。比如：测试线束3D模型，控制器PCB的3D模型，六相双绕组电机，结构件3D模型，实验室布局和LISN模型等等。在DS工作室里面将电机驱动系统里各子模块的等效电路连接起来, 该模型涵盖了电机驱动系统回路中的电源，人工网络，逆变电路，电机等效电路，去偶电容和电解电容等。
通过模拟EMI接收机脚本去处理仿真结果，最后得到EMC频谱图
5、滤波器设计介绍
EMC整改过程中经常用到滤波器。通过CST拟合磁导率进行滤波器设计和仿真
6、电机共模阻抗曲线拟合和相频特性曲线拟合简介
电机控制器有一条干扰路径在电机上，电机的共模阻抗曲线对传到发射有着重要影响。
三、CST电磁兼容性传导发射联合仿真公开课
为了帮助大家更好的理解，12月5日20时，2024电磁设计仿真创新技术系列报告会第五期我们将邀请资深的仿真秀优秀讲师，CST高级应用工程师希格斯玻色子 做《BSG六相电机控制器CST电磁兼容性传导发射联合仿真》线上报告会，届时在仿真秀官网和APP同步直播，支持反复回看，以下是直播安排：请识别下方二维码报名和回放。
2024电磁设计仿真创新（五） ：BSG六相电机控制器CST电磁兼容性传导发射联合仿真-仿真秀直播
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