ANSYS 开关电源及磁性元器件解决方案

开关电源是广泛应用于我国各种军工和民用工业领域，产品设计要求开关电源能够实现模块化、数字化、低功耗、低噪声、抗干扰等功能。开关电源广泛的应用领域，特别是在高新技术领域的应用，将推动高技术产品朝着小型化、轻便化发展。随着产品设计要求的提高，未来开关电源将围绕轻、小、薄的特点，朝着高频化、高效率、高功率密度、高可靠性及低EMI噪声的“四高一低”的方向发展，对开关电源的设计提出了更高要求。Ansys针对开关电源的仿真解决方案，可以实现磁性部件性能仿真及电源电路系统性能仿真，从而在开关电源电路设计、磁性器件性能优化、EMI噪声仿真方面提供帮助。

Ansys开关电源解决方案主要针对开关电源中的器件设计优化和系统仿真两部分：

• 对于开关电源中磁性部件，Ansys软件可以实现：

• 磁部件方案快速优选：根据提出的电源硬件拓扑结构、输入输出电压值、输出功率、纹波大小、磁芯材料和形状等要求，软件能通过磁路法快速优选方案，并能根据用户要求列出指标最靠前的若干种方案。

• 磁部件虚拟制作和分析平台：包含世界知名的各大元件厂商材料库，支持用户直接用选定的磁芯、导线等原材料直接用简单方法绕制变压器和电感，并可精确分析和计算激磁电感、漏电感、直流和交流电阻、绕组电容等参数，还可以进行精确地短路、开路实验和小信号测试。

• 磁部件电磁场有限元分析：采用集成化的用户设计界面，对于一些特殊的复杂电磁部件，提供丰富的UDP建模功能，具有丰富的材料库和用户自定义材料库功能，采用无需用户干预的自动自适应网格剖分技术，用户可以定义任意波形的电压源或电流源作为磁性器件的激励，并能计算瞬态铁耗，同时具有瞬态电场求解功能。

• 磁部件的多物理场耦合分析：能够实现Maxwell与ANSYS Mechanical、Fluent、Icepak等模型无缝连接，完成电磁场、温度场、结构场以及流体场的协同仿真，特别是电磁和热的耦合仿真，对部件的损耗及温升情况进行预测。

• 对于MOSFET和IGBT等功率部件，Ansys软件可以实现：功率器件的特征化建模功能：对于使用的SiC和Si材料的功率器件，用户可以依据datasheet的测试数据进行仿真建模，进而得到特定型号器件的电热动态仿真模型。

• 对于开关电源中的杂散寄生参数，Ansys可以实现：使用Q3D软件完成对杂散寄生参数模型的抽取，并与Simplorer进行动态链接，结合精确的高保真部件有限元模型和电路系统结构，进行多物理域开关电源的瞬态协同仿真。

• 对于开关电源的EMI仿真，Ansys软件可以实现：

• 使用Simplorer将有限元仿真的高精度部件模型进行集成，实现开关电源电路系统仿真，通过添加对应标准下的LISN网络模型，进而实现开关电源系统的传导EMI仿真。

• 搭建EMI电源滤波器模型，使用场路协同方式完成滤波器的共模及差模插入损耗仿真。

• Ansys软件可以将开关电源的电路系统仿真的电流电压波形传递给HFSS，进而完成开关电源系统的辐射EMI仿真。

• 对于开关电源的一些减小EMI辐射的屏蔽措施，ANSYS HFSS可以校验电磁屏蔽效能的有效性。