在競爭日益激烈的混動與電動汽車市場，如何提高系統的效率、穩定性與可靠性，已成為每一名動力工程師必須要考慮的問題。電源逆變器在傳動系統中扮演著一個至關重要的角色。在一個4x6英寸的封裝中包含有6個IGBT，他們可以非常迅速的開關數百安培的電流，為電機、控制電子和其它系統提供交流電源。IGBT的開關頻率可以從幾十到幾百千赫茲不等，開關的開啟和關閉時間大約在50到100納秒之間。

由于IGBT擁有極高的開關速度使得其在逆變器中的作用十分有效，但與此同時也帶來了兩大電磁問題。第一，通過載流結構的傳導輻射通常小于30MHz，這可能會影響系統的電力完整性，同時能量的反射波也有可能損壞逆變器和電機；第二，通過空氣的輻射電磁場通常大于30MHz，這可能會使得到其它汽車的電子系統受到影響。

為了符合政府和國際的汽車電磁排放標準，這兩個問題是必須要考慮的，因此負責逆變器電源系統的工程師必須對系統的電磁兼容/電磁干擾（EMC/EMI）進行分析。要實現這一點，必須先解決控制EMC/EMI行為的底層物理問題，然后再應用到電路與系統之間。采用仿真驅動設計方法的優勢在于不僅可以考慮電磁兼容與電磁干擾，還可以考慮的其它電磁問題，如電流質量、功耗和整個系統的效率。

通常，使用線性電路元件和簡單的電路求解器進行計算要求對系統進行大量的粗略假設與近似。但不能跳過模擬底層物理這一關鍵步驟進行計算，否則所得到的結果是不正確的。除此以外要想獲得令人滿意的結果，可能還需要對硬件原型多次循環進行測試與再設計。在大多數情況下，這些循環測試會在設計過程的后期進行，這時設計的成本會大大提升，同時還有可能錯失市場。倘若不使用多物理場仿真，想要在早期階段，還沒有建立逆變器的時候對系統的電磁效應進行預測幾乎是不可能的。

在ANSYS軟件中提供了用于研究IGBT等設備電磁行為的全套多物理工具，專門用于研究電磁場仿真與電路系統仿真。這些工具在電源逆變器的開發中起到了十分有效的作用：

Twin Builder —— 一個多領域的電路系統仿真軟件，集成有電子、熱、結構、磁場和流體等組件；

Q3D Extractor —— 一種準靜態計算場求解器，用于計算載流結構種與頻率相關的電阻、電感、電容與電導參數；

HFSS —— 基于有限元的全波求解器，用于寄生參數的提取和三維電磁場的可視化。

為了準確的描述開關設備的行為，通常情況下，工程師應首先使用軟件的參數化向導，該向導會考慮設備的性能曲線以及設備供應商所提供的產品數據。這個過程會自動提取所需參數，用于建立IGBT的半導體電路模型，而不必手動執行此項目。

接下來，將電源逆變器的物理布局從CAD或布局工具中導入到Q3D Extrator。從物理布局上，Q3DExtrator 計算沿傳導路徑的與頻率相關的電阻、部分電感和電容。然后，工程師使用該工具在Twin Builder軟件中為系統仿真創建等效電路模型。 一旦創建了完成，就可以將其與半導體電路模型結合使用來創建IGBT的完整電子模型。該模型可以聯合電源、控制系統和負載一起分析。

模擬的結果可以結合HFSS軟件用于檢測輻射排放——特別要考慮由于快速開關產生的頻率諧波。為了更好的評判結果，可以將 Twin Builder 中的結果輸入到HFSS全波電磁求解器中。從而使得工程師可以對輻射場有一個全面的了解，并計算出空間中任意給定點的強度，以確定逆變器包是否符合標準。

應用這種方法，工程師不僅可以使用TwinBuilder工具對逆變器中的EMC/EMI問題進行設計并將問題的源頭追溯到設備的物理布局。之后還可以對設計進行參數化處理，通過改變參數來完成一系列的仿真，直到電磁輻射水平處在可接受的范圍之內。該方法的價值在于，一旦模型和各種表達完成，通過改變幾個關鍵參數就可以很容易地修改他們，從而使得工程師可以研究各種替代方案，并探索各種各樣的假設場景。除此以外，該方法還提供了一種符合規范且完全優化的設計。與構建和測試原型相比，基于多物理的仿真方法不僅能夠節省了時間和金錢，還可以使公司能夠在市場競爭中以更好的設計產品取勝。