ANSYS软件用于大功率脉冲电源仿真设计
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基于ANSYS仿真软件的二次电源结构仿真验证
基于 ANSYS仿真软件的二次电源结构仿真验证摘要：为研究铝合金一体式结构的二次电源的振动特性，检验二次电源结构设计的合理性，利用NX8.0三维建模软件建立二次电源实体模型，采用ANSYS有限元分析软件对二次电源进行模态分析及谐响应分析，以验证二次电源结构设计方案的可行性。
关键词：结构仿真; ANSYS; 二次电源1.引言为了解产品结构的动力学性能，检验产品设计的合理性，考查并改善产品在振动环境中的适应性，需对产品进行振动试验。
传统的研制过程是产品研制完成后再进行振动试验，以验证设计合理性。
这种方式周期长，存在产品研制完成后无法满足振动试验要求导致无法装机配套的风险。
在快节奏发展的今天，这种开发方式因为其周期长、灵活性差、不易更改等缺点，已经越来越难以适应当前工程开发节奏。
研发人员可以通过ANSYS软件模拟产品实际使用环境进行动力学仿真分析，综合考虑强度、刚度和稳定性，实时调整结构参数已达到最优化效果，极大地提高了研发效率并减少了风险。
1.结构动力学分析的理论基础动力学分析是为了确定时变载荷对整个结构或部件的影响，同时还要考虑阻尼及惯性效应的作用。
本文动力学分析主要解决以下两个问题：（1）寻求结构的固有频率和主振型，了解结构的振动特性。
（2）分析结构的动力响应特性，计算结构振动的动力响应和变形的大小及变化规律。
根据牛顿第二定律，物体质量与其加速度的乘积等效于力，物体的速度和阻尼的乘积也等效于力，通过狭义胡克定律得出位移与刚度系数的乘积等效于力。
据此得出以下动力学公式：F=ma+cv+kx（1）其中：F为外力；m为质量；a为加速度；c为阻尼；v为速度；k为刚度系数；x为位移。
式（1）仅满足理想模型下单质点刚体的受力分析，对质点系或者非质点刚体的动力学分析就不适用了。
故在此基础上将物体中单微元的质量与它所在空间具有的自由度联合起来，即式（1）中的质量m用质量矩阵[M]来表示，阻尼c用阻尼矩阵[C]来表示，刚度系数k用刚度矩阵[K]来表示。
ANSYS SIwave 2023
ANSYS SIwave 2023概述ANSYS SIwave 2023是一款强大的电磁仿真软件，能够帮助工程师在电子系统设计过程中进行高频电磁分析。
通过SIwave，工程师可以评估信号完整性、功率完整性和电源完整性，以确保设计在各种应用场景下的稳定性和性能。
功能特点1. 高频电路仿真ANSYS SIwave 2023支持高频电路仿真，能够准确模拟电路元件、导线、PCB板和芯片等高频设备的工作情况。
通过电磁仿真分析，工程师可以预测信号完整性、干扰和噪声等因素对电子系统的影响，从而优化设计方案。
2. 电源完整性分析SIwave提供了强大的电源完整性分析功能，可以评估设计中电源系统的稳定性。
工程师可以通过模拟电源电流分布、噪声和电压降等参数，找出潜在的问题并采取相应的措施进行优化。
3. 信号完整性分析在高速电路中，信号完整性对系统的性能至关重要。
SIwave可以帮助工程师分析信号传输路径中的反射、串扰和时延等问题，提供精确的信号完整性分析结果。
通过优化信号传输路径，可以提高系统的稳定性和数据传输速率。
4. PCB 电磁兼容性分析对于复杂的PCB设计，电磁兼容性是一个重要的考虑因素。
SIwave可以对PCB中的电磁相互作用进行准确的建模和仿真，帮助工程师检测和解决潜在的干扰问题，提高系统的抗干扰能力。
5. PCB 热分析SIwave还支持热分析功能，可以模拟PCB中的热分布和热传导，帮助工程师预测和解决潜在的热问题。
通过优化散热设计，可以提高系统的可靠性和性能。
优势1. 高精度的模拟和仿真ANSYS SIwave 2023采用先进的数值计算和模拟技术，能够提供高精度的仿真结果。
工程师可以在设计的早期阶段就准确地评估电子系统的性能和稳定性，避免后期的设计调整和成本增加。
2. 综合的仿真分析SIwave集成了电磁仿真、信号完整性分析、电源完整性分析和热分析等多种功能，可以综合评估电子系统在不同方面的性能。
ANSYS电源系统设计仿真平台
– A, C, E, F
14
© 2011 ANSYS, Inc.
May 31, 2013
开关电源器件建模(IGBT、MOSFET)
基本电性能和热性能
Average IGBT model
驱动电路优化、EMI/EMC
Advanced dynamic model
根据仿真需求确定合适的IGBT建模类型
15
ANSYS电源系统设计仿真平台
ANSYS 中国
1
© 2011 ANSYS, Inc.
May 31, 2013
内容提要
典型电源系统及其挑战
ANSYS电源系统设计平台实现
总结
2 © 2011 ANSYS, Inc. May 31, 2013
电源系统应用领域
电源& 驱动器 交通运输
电源变换/电网质量改善 驱动器 板上电源 铁路运输
考虑绕组损耗、铁芯损耗、R,L,C参数和温升
Maxwell
可以与MAXWELL无缝集成进行更细致电磁 场分析 可以集成到Simplorer中进行系统仿真 SIMPLORER
20 © 2011 ANSYS, Inc. May 31, 2013
PExprt 设计流程-->指定性能指标
21
© 2011 ANSYS, Inc.
PExprt – 变压器和电感专家设计工具；
Maxwell – 部件电磁特性有限元分析工具；
Q3D Extractor – 提取PCB走线、接头及 线缆的寄生参数，是进行EMI EMC仿真 的重要工具；
Simplorer
Simplorer – IGBT、MOSFET参数化建模、 电源系统整体仿真分析 ANSYS 其它物理域软件 – 如ICEPAK、 MECHANICAL、FLUENT, 分析电源系统热、应力等特性
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© 2011 ANSYS, Inc.
May 31, 2013
开关电源器件建模(IGBT、MOSFET)
基本电性能和热性能
Average IGBT model
驱动电路优化、EMI/EMC
Advanced dynamic model
根据仿真需求确定合适的IGBT建模类型
15
ANSYS电源系统设计仿真平台
ANSYS 中国
1
© 2011 ANSYS, Inc.
May 31, 2013
内容提要
典型电源系统及其挑战
ANSYS电源系统设计平台实现
总结
2 © 2011 ANSYS, Inc. May 31, 2013
电源系统应用领域
电源& 驱动器 交通运输
电源变换/电网质量改善 驱动器 板上电源 铁路运输
考虑绕组损耗、铁芯损耗、R,L,C参数和温升
Maxwell
可以与MAXWELL无缝集成进行更细致电磁 场分析 可以集成到Simplorer中进行系统仿真 SIMPLORER
20 © 2011 ANSYS, Inc. May 31, 2013
PExprt 设计流程-->指定性能指标
21
© 2011 ANSYS, Inc.
PExprt – 变压器和电感专家设计工具；
Maxwell – 部件电磁特性有限元分析工具；
Q3D Extractor – 提取PCB走线、接头及 线缆的寄生参数，是进行EMI EMC仿真 的重要工具；
Simplorer
Simplorer – IGBT、MOSFET参数化建模、 电源系统整体仿真分析 ANSYS 其它物理域软件 – 如ICEPAK、 MECHANICAL、FLUENT, 分析电源系统热、应力等特性
ANSYS开关电源设计及其EMIEMC分析
34 © 2012 ANSYS, Inc.
May 22, 2013
30k
136.5m
7.18pF
2000 1600 1200
Mosfet建模
Simplorer Model
Capacitance for STW4N150
Crss Coss Coss,Measured Ciss
C (pF)
800
400
Magnitude (dB)
2x SMT DO3316P-473 Coilcraft Inductor Impedance
100
Measured
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Modeled
60
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Phase (deg)
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Frequency (Hz)
• Relative Permeability = pwl($perm,Freq) • Magnetic Loss tangent = pwl($losstan,Freq)
Relative permitivity = 12 Conductivity = 0.5 (S/m)
17 © 2012 ANSYS, Inc.
Resistance
Curve Info Matrix1.R(pri_in,pri_in) Setup1 : LastAdaptive Matrix1.R(sec_in,sec_in) Setup1 : LastAdaptive
ansys电源仿真powertree
ansys电源仿真powertree【实用版】目录1.ANSYS 电源仿真的概念与原理2.ANSYS PowerTree 的应用与优势3.ANSYS 电源仿真的操作步骤4.ANSYS 电源仿真在电力系统中的应用案例5.ANSYS 电源仿真的发展趋势与展望正文一、ANSYS 电源仿真的概念与原理ANSYS 电源仿真是一种基于计算机的电力系统分析方法，它可以在虚拟环境中对电源系统进行建模、分析和测试。
电源仿真的核心目的是评估电源系统的性能，包括稳定性、可靠性和效率等方面。
ANSYS 提供了一种名为 PowerTree 的电源仿真工具，可以帮助工程师更加高效地完成电源系统的设计和优化。
二、ANSYS PowerTree 的应用与优势ANSYS PowerTree 具有强大的应用功能，可以广泛应用于电力系统的各个领域，包括发电、输电、配电和能源管理等。
以下是 ANSYS PowerTree 的主要应用优势：1.提高电源系统的设计质量：通过电源仿真，可以在设计阶段发现潜在的问题并及时解决，从而提高电源系统的设计质量。
2.降低系统运行风险：电源仿真可以帮助工程师预测电源系统的运行状态，避免出现过载、短路等故障，降低系统运行风险。
3.优化系统性能：通过电源仿真，可以找到提高系统性能的途径，例如提高电源转换效率、减少能源损耗等。
4.节省时间和成本：电源仿真可以在虚拟环境中完成实验，避免了实际实验的高昂成本和时间投入。
三、ANSYS 电源仿真的操作步骤ANSYS 电源仿真的操作步骤可以概括为以下几个步骤：1.创建电源系统模型：根据实际电源系统的结构和参数，在 ANSYS 中创建相应的模型。
2.添加边界条件：为了进行仿真计算，需要在模型中添加适当的边界条件，例如电压、电流等。
3.设定仿真参数：根据仿真目的，设置相关的仿真参数，例如仿真时间、求解方法等。
4.进行仿真计算：根据设定的参数，启动 ANSYS 仿真计算，得到电源系统的仿真结果。
ansys电源仿真powertree
ansys电源仿真powertree摘要：1.安ANSYS PowerTree模块的基本概念和用途2.ANSYS PowerTree模块的主要功能和特点3.如何创建和编辑PowerTree电路4.PowerTree电路的仿真和分析5.应用PowerTree模块的实例和技巧正文：一、ANSYS PowerTree模块的基本概念和用途ANSYS PowerTree模块是一款专业的电力系统设计和仿真工具，它可以帮助工程师快速构建、分析和优化电力系统电路。
PowerTree模块主要用于电源设计、电源完整性分析、电磁兼容性分析等领域，它可以有效地解决高速电路中的电源噪声、电压跌落等问题。
二、ANSYS PowerTree模块的主要功能和特点1.强大的电路创建和编辑功能：PowerTree模块提供了丰富的电路元件库，包括电源、负载、变压器、整流器、滤波器等，用户可以方便地创建和编辑电力系统电路。
2.完善的仿真分析功能：PowerTree模块支持多种仿真分析模式，如稳态分析、瞬态分析、热分析等，可以帮助用户全面了解电路的性能和可靠性。
3.智能的优化算法：PowerTree模块采用了先进的优化算法，可以自动寻找电路中的最佳设计参数，提高电源系统的性能。
4.易于使用的界面：PowerTree模块的界面直观、易用，用户可以快速上手并进行电路设计和分析。
三、如何创建和编辑PowerTree电路1.打开ANSYS PowerTree模块，选择“File”>“New”创建一个新的项目。
2.在项目管理器中，双击“Design”节点，进入电路设计界面。
3.使用工具栏中的元件库，拖拽所需的电路元件到工作区。
4.使用“Properties”对话框编辑元件的参数，如电压、电流、功率等。
5.连接电路元件，创建完整的电力系统电路。
6.在项目管理器中，选择“Simulation”节点，设置仿真参数和分析类型。
四、PowerTree电路的仿真和分析1.完成电路设计后，启动仿真分析。
ansys电池仿真与实例详解结构篇算例链接
ansys电池仿真与实例详解结构篇算例链接ANSYS电池仿真是一种利用有限元分析软件来仿真电池内部结构和性能的方法，可以帮助工程师更好地了解电池的工作原理和优化设计。
在实际工程中，电池仿真可以帮助工程师快速优化电池结构，提高电池性能和寿命，减少产品开发周期和成本。
结构是电池的重要组成部分，其设计直接影响电池的性能和安全性。
在进行电池仿真时，首先需要构建电池结构的几何模型。
一般来说，电池结构包括正负极集流体、隔膜、电解液和壳体等部分。
通过有限元分析软件，可以将这些部分进行建模和组装，然后对整个结构进行力学分析、电热耦合分析等。
在电池仿真中，结构分析是非常重要的一部分，它可以帮助工程师了解电池在不同工作条件下的受力情况和变形情况。
通过结构仿真，可以评估电池的力学稳定性、振动特性和安全性，并进行优化设计。
此外，结构分析还可以帮助工程师预测电池在使用过程中可能出现的问题，提前加以解决。
下面以实例为例，详细介绍如何进行ANSYS电池仿真的结构分析：1.几何建模：首先需要对电池结构进行几何建模，包括正负极集流体、隔膜、电解液和壳体等部分。
可以使用CAD软件进行建模，将不同部分组装在一起。
2.材料属性定义：为了进行有限元分析，需要为每一部分定义合适的材料属性，如弹性模量、泊松比等。
这些材料属性可以在实验室中通过材料测试来获取，也可以根据类似材料的经验值来估算。
3.加载与边界条件：根据电池的使用条件，定义适当的加载和边界条件。
可以考虑电池内部的电流密度分布、温度分布等因素，也可以考虑外部环境对电池的影响。
4.分析设置：选择合适的有限元分析类型和求解器，设置求解参数。
对于结构分析，可以选择静力分析或动力分析，根据实际情况进行配置。
5.结果分析：进行仿真计算后，分析电池结构在不同工况下的应力、应变、变形等结果。
根据分析结果，评估电池的结构稳定性和安全性，提出优化建议。
通过以上步骤，可以对电池结构进行全面的仿真分析，了解电池的力学性能和安全性，为优化设计提供参考。
基于ANSYS的军用移动电源空载电压仿真研究
基于ANSYS 的军用移动电源空载电压仿真研究杨静1,王维俊1,涂亚庆2,左永刚3(11后勤工程学院营房管理与环境工程系,重庆400016;21后勤工程学院后勤信息工程系,重庆400016;31后勤工程学院军事供油工程系,重庆400016) 摘要:详细说明了利用ANSYS 有限元分析软件分析军用移动电源的空载磁场,仿真其空载电压的理论基础和实现方法。
军用移动电源样机空载电压的仿真结果与实测空载电压十分接近,证明此仿真方法是正确有效的,能为设计人员优化设计参数、提高军用移动电源的供电质量提供理论依据和方法。
关键词:电气工程;军用移动电源;空载磁场;空载电压;ANSYS 软件 中图分类号:TM30114文献标志码:A 文章编号:100021093(2009)0720896204Simulation Study on No 2load Voltage of Military Portable G eneratorB ased on ANSYSYAN G Jing 1,WAN G Wei 2jun 1,TU Ya 2qing 2,ZUO Y ong 2gang 3(11Department of Barracks ’Management and Environment Engineering ,Logistics Engineering University ,Chongqing 400016,China ;21Department of Logistical Information Engineering ,Logistics Engineering University ,Chongqing 400016,China ;31Department of Military Petroleum Supply ,Logistics Engineering University ,Chongqing 400016,China )Abstract :The theory and method of analyzing the no 2load magnetic field of military portable generator and simulating its no 2load voltage based on ANSYS program were explained in detail.The no 2load voltage simulation result of a prototype of military portable generator resembles its tested result ,this proves the simulation method to be correct and effective.The simulation result can provide theoretical bases and method for engineers in optimizing the design parameters to improve the power supply quali 2ty of military portable generator.Key words :electric engineering ;military portable generator ;no 2load magnetic field ;no 2load voltage ;ANSYS program 收稿日期:2008-03-01作者简介:杨静(1973—),女,博士研究生。
基于ANSYS的电气设备仿真分析研究
基于ANSYS的电气设备仿真分析研究电气设备仿真分析是目前一个比较热门的研究领域，也是一个十分重要的研究方向。
电气设备仿真分析是利用计算机对电气设备的工作原理和性能进行模拟和仿真的一种技术。
在实际的工程应用中，电气设备仿真分析可以为电气工程设计提供很好的帮助，在产品开发、设计方案确定、产品性能评估等方面均具有很大的优势。
目前，针对电气设备仿真分析，市场上出现了很多种仿真软件，如ANSYS、PSCAD、SIMULINK、E-TAP等。
其中，ANSYS是领先的多物理场有限元分析软件，可以对多种复杂的电气问题进行分析和求解。
首先，我们来了解一下ANSYS的基本原理和模型。
ANSYS是一种有限元分析软件，它的基本原理是利用数学方法求解复杂的工程问题。
ANSYS使用有限元法（FEM）来分析设计。
它将需要分析的物理系统划分成成千上万个小的元素，并通过对这些元素进行数学建模和运算来计算整个系统的行为。
ANSYS通过在不同类型的元素上施加不同的约束和激励来模拟实际环境中的载荷和力。
接下来，我们再看看ANSYS在电气设备仿真分析中的应用。
电气设备仿真分析是ANSYS的重要应用领域之一。
ANSYS可以对电力系统和电力设备进行建模和仿真，包括变压器、电机、电缆、开关、继电器、柜体等。
在ANSYS中，可以使用多种工具进行电气仿真，如磁场仿真、电场仿真、热仿真等。
这些仿真可以帮助工程师更快速准确地设计、分析和验证电力系统的各种元件。
以电机仿真为例，ANSYS可以对电机进行磁场仿真和电场仿真。
其中，磁场仿真可以用于分析电机中的线圈、磁铁和铁芯之间产生的交变磁场和涡流损耗等问题。
而电场仿真可以用于分析电机中导体的电流分布、电势分布和电场强度等问题。
另外，在电气设备的设计和研发过程中，ANSYS还可以进行多种多物理场的耦合仿真。
例如，在电气设备的设计和研发过程中，需要对设备进行机械和电热方面的仿真分析。
ANSYS的耦合仿真功能可以将机械、电磁和热力学仿真成果结合起来，同时考虑多个物理因素的相互作用，从而更加准确地预测设备在实际工作环境下的性能。
ANSYS Maxwell助力电力变压器设计和仿真
◦ ETK的建模对象？
ETK用于建立工作频率在100kHz范围内的铁氧体磁芯变压器和电感（但不包括50-50Hz 范围内的油浸变压器）
• ETK易用性?
Python有3个输入面板，所有参数可以在10吗？
在当前发布的ETK版本中，包含Philips和Ferroxcube各15种大类的磁芯形状。另外用户可 以手动修改一个特定Excel文件以加入更多的磁性形状和材料。
对于圆导线用户需要指定圆周分段数maxwelldesign求解设置模型所有的几何尺寸数据在maxwelldesign中都以参数化的形式指定几何尺寸可手动修改丌需要重新运行python脚本几何尺寸在maxwell中可以手动修改但如果要修改线圈层数或线圈匝数则必须重新运行脚本文件设计全参数化maxwell求解结果plots通过simplorer中的dynamiceddycurrent链接可以把求解结果以频变状态空间模型的形式输入到simplorer中用于电路仿真频变网表模型也可以通过networkdataexplorerndewindowclickexportbroadbandchoosepspicerenormalizeohmmaxwell求解结果matrixnetlistmaxwellsimplorermaxwell通过点击etk界面上的help按钮获得查看html格式的文件
• 通过点击ETK界面上的“Help” 按钮获得 • 查看html格式的文件: C:\Program
Files\AnsysEM\AnsysEM16.1\Win64\Maxwell\syslib\UserDefined Models \Lib\CoreUDM\Help\ElectronicTransformerKit_help.html • 在相同的文件位置查看PDF文件
ETK用于建立工作频率在100kHz范围内的铁氧体磁芯变压器和电感（但不包括50-50Hz 范围内的油浸变压器）
• ETK易用性?
Python有3个输入面板，所有参数可以在10吗？
在当前发布的ETK版本中，包含Philips和Ferroxcube各15种大类的磁芯形状。另外用户可 以手动修改一个特定Excel文件以加入更多的磁性形状和材料。
对于圆导线用户需要指定圆周分段数maxwelldesign求解设置模型所有的几何尺寸数据在maxwelldesign中都以参数化的形式指定几何尺寸可手动修改丌需要重新运行python脚本几何尺寸在maxwell中可以手动修改但如果要修改线圈层数或线圈匝数则必须重新运行脚本文件设计全参数化maxwell求解结果plots通过simplorer中的dynamiceddycurrent链接可以把求解结果以频变状态空间模型的形式输入到simplorer中用于电路仿真频变网表模型也可以通过networkdataexplorerndewindowclickexportbroadbandchoosepspicerenormalizeohmmaxwell求解结果matrixnetlistmaxwellsimplorermaxwell通过点击etk界面上的help按钮获得查看html格式的文件
• 通过点击ETK界面上的“Help” 按钮获得 • 查看html格式的文件: C:\Program
Files\AnsysEM\AnsysEM16.1\Win64\Maxwell\syslib\UserDefined Models \Lib\CoreUDM\Help\ElectronicTransformerKit_help.html • 在相同的文件位置查看PDF文件
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May 31, 2013
关键技术问题
PCB板和元器件布局
固态调制器调节速度快，开关控制的电压电流大，寄生电感电容参数对系统影 响大。 当di/dt大于10kA/uS时，环路电感大于5-10nH,电路的性能将明显受到不良影 响。 PCB板和元件的布局在设计中至关重要。
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May 31, 2013
用ANSYS软件解决关键技术问题
脉冲变压器
用ANSYS PExprt设计脉冲变压器。
PExprt用于电力电子领域中用于电感、变压器等电磁元件的设计以及分 析，结合传统磁路法和现代有限元分析技术、通过计算确定电磁元件的铁芯材 料、形状、铁芯尺寸、气隙以及绕组策略等，以达到最佳的可靠性、性能、或 者用户指定的其它指标。
ANSYS固态调制器方案
利用ANSYS软件平台功能考虑的下一步优化方向：
用薄铜带或金属绝缘膜隔离围绕在初次级间，减小分布电容，减小初级和 次级的相互干扰。
（PEmag(包含于PExprt)中，屏蔽层用绕组定义，可以定义其材质等）
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May 31, 2013
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May 31, 2013
背景介绍
应用领域
雷达发射
粒子加速器 工业辐照
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背景介绍
雷达发射
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May 31, 2013
背景介绍
粒子加速器
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利用Q3D进一步提取高压电路的寄生参数，包括RC网络和阴极引线环路 提高磁控管等效模型精度：采用“反向偏置二极管负载模型”或“压敏电阻模型” 吸收电路二极管采用Spice模型
储能电容采用等效电路
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ANSYS软件用于大功率脉冲电源仿真设计
ANSYS 中国
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May 31, 2013
内容提要
背景介绍
关键技术问题
ANSYS软件解决关键技术问题
ANSYS优软件实际方案
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May 31, 2013
背景介绍
大功率脉冲电源（又名固态调制器）基本原理
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May 31, 2013
用ANSYS软件解决关键技术问题
PCB板和元器件布局
ANSYS Q3D Extractor输入MCAD和ECAD几何模型，如PCB布局和元件布局， 并从关键器件上提取电气寄生参数，如环路电感、电容。可以在ANSYS Simplorer或者 Ansoft Designer中利用这些寄生参数来研究其对电路性能的影 响。从而优化电路设计，改善PCB布局和元件布局等。
某一高性能固态调制器指标要求，传统技术难以达到
波形可调 上升下降速度快 功率密度高 输入电压低 开关寿命长
参数 输出电压
电压上升/下降时间 平顶脉冲宽度 突速率
要求 20KV
<=10ns 20ns-200ns连续可调 4脉冲@1.6MHz (脉冲间隔 ~600ns)
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May 31, 2013
用ANSYS软件解决关键技术问题
系统级测试、验证和优化
通过ANSYS软件平台，在制作实际物理模型前对系统进行全方位的分 析、测试、验证和优化，提高制作物理模型的成功率。
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关键技术问题
脉冲变压器
副边电压高
原副边匝比高
低漏感 低耦合电容 高带宽 环形（漏感小） 磁芯要求适合脉冲工作： （磁感应强度高、磁导率高 温度及频率特性好）
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May 31, 2013
用ANSYS软件解决关键技术问题
输出波形质量要求高
ANSYS PExprt设计脉冲变压器，
ANSYS Q3D抽取PCB和元器件的寄生参数，如环路电感等，
ANSYS Simplorer结合PExprt、 Q3D生成的模型搭建固态调制器仿真模型，
根据设计需求灵活设置驱动脉冲的宽度和频率，全面考察输出波形。
最大电压：18KV
用Simplorer搭建的等效电路模型：
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ANSYS固态调制器方案
设计脉冲变压器
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ANSYS固态调制器方案
设计脉冲变压器
PExprt的双2D 有限元分析法对设计的变压器参数分析结果：
参数 最大峰值电压(V) 降额峰值功率（kW/单个器件） 开关速度-ON、OFF（nS） 控制脉冲宽度 控制脉冲功率（uJ/脉冲） MOSFET 1200 >80 <20 20ns-DC <5 IGBT 3300 3000 >7000 <200 600ns-DC <30
100 峰值额定脉冲电流(A) 一些的大功率 MOSFET和 IGBT参数表：
内容提要
背景介绍
关键技术问题
用ANSYS软件解决关键技术问题
ANSYS固态调制器方案
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ANSYS固态调制器方案
ANSYS固态调制器方案用于气象雷达发射器中
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ANSYS固态调制器方案
May 31, 2013
用ANSYS软件解决关键技术问题
基于前述的关键技术问题，开发固态调制器最理想的方法是有利 用性能优异的软件仿真平台，在制作物理模型前，通过仿真分析最大 限度地真实地反映物理模型的各种物理特性，通过全方位分析虚拟模 型，优化模型性能，节约开发时间和成本。
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内容提要
背景介绍
关键技术问题
用ANSYS软件解决关键技术问题
ANSYS固态调制器方案
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关键技术问题
输出波形质量要求高
输出波形接近矩形，尽量小的上升下降时间 脉冲幅值恒定，尽量小的脉冲电压顶降 脉冲宽度、频率可调
所以， 对系统级测试须满足以下要求：
科学的测试方案和策略 丰富和精度足够高的测试仪器 丰富的测试经验 …………
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May 31, 2013
内容提要
背景介绍
关键技术问题
用ANSYS软件解决关键技术问题
ANSYS固态调制器方案
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关键技术问题
大功率开关器件MOSFET或IGBT
传统技术需要使用上万伏的高压电; 新型的固态开关调制器技术只需使用数千伏的高频开关电源， 需要使用峰值电压上千伏、峰值电流很大的MOSFET或者IGBT. MOSFET开关速 度更快，IGBT功率更大，使用电压更高。
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ANSYS固态调制器方案
对元件和PCB建模
半导体器件Spice 模型 脉冲变压器Pemag(包含在PExprt中）模型
磁控管等效模型
寄生参数Q3D提取的模型
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ANSYS固态调制器方案
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关键技术问题
系统级测试、验证和优化
系统级测试 可以确保固态调制器性能，节约设计成本和时间： 大功率MOSFET、IGBT对过电压和过电流噪声敏感 ，驱动电路和吸收电路设 计不科学易造成损坏； 牵涉问题范围广，如大电流和高电压的快速开关造成的EMI/EMC问题、驱动 电路设计问题、PCB布局问题、脉冲变压器特性问题，如果器件损坏或性能 不满足要求，定位问题难度高； 固态开关器件和变压器的设计必须留有足够裕量。
Simplorer+PExprt+Q3D 搭建的系统模型
31பைடு நூலகம்
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ANSYS固态调制器方案
仿真结果和测试结果对比
基本吻合的指标： -输出波形上升下降时间； -输出波形幅值
可以看出一些普通仿真软件 看不到的影响： -寄生参数引起的振荡 -铁芯饱和效应
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背景介绍
工业辐照
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背景介绍
目前在国内的高能粒子加速及雷达发射领域，大多采用工频率高 压电源及“闸流管/PFN/脉冲变压器”组成的线型调制器方案，技术相 对落后。 固态调制器技术是随着电力电子技术的发展及功率开关器件高速 度大功率背景下发展的新技术，与线型调制器相比，有以下优点：