線纜串?dāng)_電磁仿真的案例
ANSYS官方直播丨如何降低射頻芯片和高速SoC的電磁串?dāng)_風(fēng)險(xiǎn)——芯片級電磁干擾解決方案
眾所周知，ANSYS擁有以HFSS為代表的一眾標(biāo)桿性的電磁仿真解決方案，在通用電磁仿真和電子系統(tǒng)的電磁仿真方面都長期占據(jù)業(yè)界領(lǐng)先地位。面對芯片領(lǐng)域日益嚴(yán)峻的電磁串?dāng)_問題，2019年ANSYS宣布收購Helic – 業(yè)界領(lǐng)先的芯片級電磁仿真方案供應(yīng)商，深入芯片級電磁仿真領(lǐng)域，旨在提供從芯片、封裝到系統(tǒng)的完整的電磁仿真解決方案，幫助客戶降低射頻芯片和高速SOC的電磁串?dāng)_風(fēng)險(xiǎn)。
本次直播將以講解結(jié)合實(shí)例演示的方式，介紹ANSYS Helic系列產(chǎn)品的功能特點(diǎn)、仿真流程、以及真實(shí)的客戶案例和使用方法演示，讓大家快速全面的了解Helic系列產(chǎn)品。主要內(nèi)容如下：
1.電磁串?dāng)_問題危害與發(fā)展趨勢
2.Helic芯片級電磁串?dāng)_仿真流程
3.Helic系列產(chǎn)品詳解及使用方法演示
4.客戶應(yīng)用案例分享
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展開 ANSYS和電磁串?dāng)_解決方案領(lǐng)導(dǎo)者HELIC簽署最終收購協(xié)議
此次收購將進(jìn)一步完善ANSYS的產(chǎn)品組合，以支持新一代5G和人工智能產(chǎn)品
2019年1月21日，匹茲堡訊 – 工程仿真軟件領(lǐng)域的全球領(lǐng)先企業(yè)ANSYS（NASDAQ: ANSS）今天宣布，已達(dá)成收購Helic的最終協(xié)議，Helic是業(yè)界領(lǐng)先的片上系統(tǒng)（SoC）電磁串?dāng)_解決方案供應(yīng)商。憑借現(xiàn)有的旗艦型電磁和半導(dǎo)體求解器，ANSYS在收購Helic后，將能夠?yàn)槠?D集成電路和芯片-封裝-系統(tǒng)電磁及噪聲分析提供綜合解決方案。交易預(yù)計(jì)將于2019年第一季度完成。管理層將在交易完成后就交易細(xì)節(jié)及其對2019年財(cái)務(wù)業(yè)績展望的影響提供更多信息。
5G、人工智能和云計(jì)算等大趨勢正在加劇半導(dǎo)體芯片設(shè)計(jì)的復(fù)雜性，比如業(yè)界正在擴(kuò)大使用超過2GHz的片上信號頻率，并在單個封裝中集成多個復(fù)雜的硅片。日益復(fù)雜的設(shè)計(jì)方案通常會導(dǎo)致電磁串?dāng)_問題，這是因?yàn)槟硞€信號的電場和磁場會對其他信號產(chǎn)生不良干擾。Helic解決方案可幫助頂級半導(dǎo)體企業(yè)調(diào)試和分析先進(jìn)SoC設(shè)計(jì)中的電磁串?dāng)_問題，并減少出現(xiàn)芯片故障的風(fēng)險(xiǎn)。當(dāng)結(jié)合使用ANSYS電磁和電源完整性噪聲分析解決方案時(shí)，工程師能部署電磁感知型設(shè)計(jì)方法，從而實(shí)現(xiàn)所有先進(jìn)節(jié)點(diǎn)的器件設(shè)計(jì)，優(yōu)化芯片尺寸，并精確捕獲高達(dá)110 GHz直流電所產(chǎn)生的電磁和寄生效應(yīng)。
Helic總部位于美國加利福尼亞州圣克拉拉，擁有超過50名員工，并在希臘、日本和愛爾蘭設(shè)有辦事處。Helic綜合產(chǎn)品系列包括電磁建模和仿真解決方案，可實(shí)現(xiàn)針對亞10nm技術(shù)的復(fù)雜電路。Helic產(chǎn)品一直得到了全球客戶的廣泛使用，包括射頻無線收發(fā)器、圖形處理單元、多核處理器中的高速I/O以及圖形傳感器和其他接入物聯(lián)網(wǎng)的互聯(lián)設(shè)備。
ANSYS副總裁兼總經(jīng)理John Lee指出：“電磁噪聲是一項(xiàng)關(guān)鍵的設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)，需要進(jìn)行大量的片上電磁分析。
展開 Ansys整車線纜電磁兼容解決方案及最佳實(shí)踐
汽車行業(yè)的EMI/EMC認(rèn)證挑
戰(zhàn)
1、電子系統(tǒng)日益復(fù)雜的車輛需要通過 EMC 測試
‐ 智能座艙、無人駕駛、新能源動力系統(tǒng)等
2、EMC實(shí)驗(yàn)測試昂貴且冗長
‐ 戴姆勒投資約 5000 萬歐元新建 EMC 測試設(shè)施
‐ 超過200人在這個設(shè)施工作，多班倒
3、由于 EMC 測試失敗導(dǎo)致量產(chǎn)推遲，可能會花費(fèi)數(shù)百萬美元
4、銷售后發(fā)現(xiàn)的 EMC 問題可能具有巨大的成本，包括直接（召回和修復(fù)）和間接（公司形象）
‐ 更糟的是涉及汽車制造商責(zé)任的事故
‐ 在 AD/ADAS 中，電纜串?dāng)_可能會導(dǎo)致事故
全車虛擬EMI/EMC測試
ANSYS電磁兼容仿真能力
組件到板級，再到系統(tǒng)級 EMC 分析
EMA3D整車EMC仿真解決方案
通用汽車整車輻射發(fā)射案例_HFSS
EMA3D平臺級電纜系統(tǒng)設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)
汽車復(fù)雜線束分析
ANSYS EMA3D Cable應(yīng)用場景
典型成功案例
? Embraer使用EMA3D, CST和Feko，需要仿真在包括所有電纜的E2機(jī)型上的雷擊
? Embraer工程師評估：將所有電纜導(dǎo)入CST可能需要3年時(shí)間
? Engineers
展開 小型線纜的彎折仿真
目前有款產(chǎn)品的HVIL線纜在實(shí)際使用過程中折斷了。
現(xiàn)建立其仿真模型，提取實(shí)際載荷條件進(jìn)行模擬。因線纜為19根*直徑0.90mm，我們模擬其單根銅絲彎折情況的受力。
在彎折90度時(shí)，最大應(yīng)力達(dá)到100MPA，超標(biāo)85MPA的屈服強(qiáng)度，長期震動環(huán)境下有可能破壞。
在彎折135度時(shí)，最大應(yīng)力達(dá)到114MPA。
在彎折160度時(shí)，最大應(yīng)力達(dá)到123MPA。X方向上的位移變形達(dá)到2.188mm。
當(dāng)彎折角度從5.4度起，應(yīng)力都是超過屈服極限了。從此分析可以得知，當(dāng)有彎折時(shí)，應(yīng)力都是超標(biāo)的。
我們需要增加線纜外部的保護(hù)結(jié)構(gòu)來防止線纜發(fā)生彎折情況。至少要保證其彎折半徑達(dá)到線纜的彎折半徑。
展開 
屏蔽彈片與線纜銅套的接觸仿真
模擬主端子插入過程：
第一步：主端子前端凸起插入屏蔽彈片
第二步：屏蔽壓接銅套插入屏蔽彈片
材料：磷青銅
仿真結(jié)果：
第一步過程中最大應(yīng)力達(dá)801Mpa，遠(yuǎn)超拉伸應(yīng)力550Mpa。接觸區(qū)域的永久變形量達(dá)0.309~0.353mm.殘留應(yīng)力達(dá)488Mpa，超標(biāo)屈服強(qiáng)度450Mpa.
第一步后與屏蔽套筒的壓縮量單邊只有0.45-0.309=0.141~0.45-0.353=0.097mm. 算出公差的話，有無法接觸的危險(xiǎn)。
仿真結(jié)果：
第二步后應(yīng)力為387Mpa。Y方向的力最大為2.73N，算出單彈片的正向力為2.85N。
建議將屏蔽銅套的壓接高度由5.60mm調(diào)整到5.80mm以增加接觸可靠性。
仿真結(jié)果：
屏蔽彈片主體電阻為2.633mohm，屏蔽套筒主體電阻為0.0787mohm。
接觸點(diǎn)電阻=0.57mohm，壓接點(diǎn)電阻預(yù)計(jì)0.3mohm .
總體接觸電阻=2.633+0.0787+0.57+0.30=3.58mohm.
展開 干貨 | ANSYS線纜仿真功能介紹
隨著電子信息與通信技術(shù)的不斷發(fā)展，各種電子電力設(shè)備內(nèi)部的通信線路越來越密集，用來聯(lián)接各種設(shè)備的線纜線束也越來越多，使得電子電力設(shè)備越來越復(fù)雜，同時(shí)電子電力設(shè)備工作的電磁環(huán)境也因此變得愈來愈復(fù)雜。
線纜線束等走線作為聯(lián)接各種電子電氣設(shè)備的紐帶，是形成干擾的重要因素，也是引入干擾的重要途徑，線纜線束是電磁兼容中的一個重要的課題。
使用ANSYS仿真軟件對線纜線束進(jìn)行仿真，可以在產(chǎn)品設(shè)計(jì)前期對線纜線束性能和布局進(jìn)行整體規(guī)劃。
ANSYS的理論基礎(chǔ)是麥克斯韋Maxwell方程組。在ANSYS HFSS/Q3D/Q2D/Maxwell 3D/ Maxwell 2D電磁仿真模塊中，有線纜線束的快速建模接口，可以方便、快速的建立雙軸電纜、同軸線纜、雙絞線束、電源電纜、線纜線束、漏纜等線纜線束模型。
ANSYS線纜線束模型
ANSYS對線纜的仿真采用有限單元法FEM（Finite Element Method），直接對線纜及其周邊環(huán)境采用三維全波算法進(jìn)行計(jì)算，直接計(jì)算周圍電磁場的分布，并可以把場的仿真結(jié)果動態(tài)鏈接到電路仿真模塊中，添加激勵源與負(fù)載，進(jìn)行場路協(xié)同仿真，再為線纜線束添加真實(shí)激勵，對線纜線束串?dāng)_，輻射發(fā)射，輻照敏感度進(jìn)行仿真。
計(jì)算線纜線束的時(shí)域與頻域的傳輸特性，計(jì)算結(jié)果精度更高。ANSYS對線纜線束的解決方案適用于復(fù)雜模型，線纜彎曲或終端而導(dǎo)致的不連續(xù)性所引起的場效應(yīng)也會被計(jì)算在內(nèi)。
展開 電動汽車高壓線纜屏蔽效能的仿真與測試研究
文章來源：1.招商局檢測車輛技術(shù)研究院有限公司國家客車質(zhì)量檢驗(yàn)檢測中心；2.重慶市電磁兼容工程技術(shù)研究中心；3.重慶理工大學(xué)汽車零部件先進(jìn)制造技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室；4.重慶清研理工電子技術(shù)有限公司
高壓屏蔽線纜在電動汽車電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)中起輸送電能和屏蔽干擾的作用?在高頻情況下,高壓連接系統(tǒng)存在天線效應(yīng),對外產(chǎn)生輻射騷擾,是電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)中電磁兼容的薄弱部分之一,近年來,由屏蔽線纜屏蔽效果不好和接地不良好引發(fā)的整車EMC問題日益突出?因此對于高壓線纜的屏蔽效能要求極高?早期設(shè)計(jì)時(shí),對高壓線纜的屏蔽效能進(jìn)行有效而快速?經(jīng)濟(jì)的測量或仿真計(jì)算,對研究改善電動汽車的電磁兼容性具有重要的意義?
本文介紹一種線纜屏蔽效能的三維仿真方法,對某種屏蔽線纜進(jìn)行數(shù)值仿真分析,并通過線注入法?三同軸法來驗(yàn)證仿真的有效性?
1 屏蔽效能的表征
線纜屏蔽效能是從金屬介質(zhì)平板屏蔽效能引申而來,定義為在芯線電流不變的情況下,線纜有無屏蔽層時(shí),空間某點(diǎn)的場強(qiáng)比值?通常采用轉(zhuǎn)移阻抗或表面轉(zhuǎn)移阻抗來表征線纜屏蔽層的屏蔽效能?其中表面轉(zhuǎn)移阻抗為線纜單位長度的轉(zhuǎn)移阻抗,表征外界電磁場對單位長度屏蔽線纜的電耦合能力,常用ZT表示,其公式定義:
式中:L是電纜長度；Is是線纜屏蔽層由外界電磁場引起的感應(yīng)電流；?V/?z是編織層上感應(yīng)電流產(chǎn)生的屏蔽層與內(nèi)導(dǎo)體之間開路電壓沿電纜長度Z向的變化率；Ez(f)是外界電場縱向分量,與其頻率f有關(guān)；Se是線纜屏蔽層內(nèi)表面；Ae為Se全部面積；l是屏蔽層外橫截面的閉合曲線路徑；H(f)為外界磁場
矢量沿l路徑的切向分量,與其頻率f有關(guān)?
表面轉(zhuǎn)移阻抗是屏蔽線纜的固有屬性,與通過其的電壓?電流以及線纜長度無關(guān),而與線纜屏蔽層的參數(shù)如編織層的內(nèi)直徑?編織線的直徑?每圈包含的編織束股數(shù)
展開 AnsysWB-采用通用接觸的線纜壓接仿真 ￥20
在該示例中，多股導(dǎo)線通過一種稱為壓接的機(jī)械變形工藝與電氣端子（連接器）連接在一起。連接器的U形部分（握持部分）由一個堅(jiān)硬的沖頭折疊環(huán)繞在導(dǎo)線上，形成一個B形壓接，從而在導(dǎo)線與電氣端子之間實(shí)現(xiàn)連接。
由于這種模型的復(fù)雜性，通過基于對偶的接觸方法來定義所有可能的接觸面將是一項(xiàng)困難且耗時(shí)的任務(wù)。通過使用通用接觸方法，接觸面會自動創(chuàng)建。只有有限數(shù)量的接觸面需要指定非默認(rèn)的接觸屬性。柔性-柔性接觸和剛性-柔性接觸都被建模。
這個示例問題展示了通過通用接觸方法進(jìn)行接觸模型構(gòu)建的簡便性。該方法能夠自動創(chuàng)建接觸關(guān)系，并且所需輸入信息極少。當(dāng)模型中涉及大量相互接觸的表面，而幾何形狀又使得確定接觸對變得困難時(shí)，這種方法尤其有用。
展開 線纜載流能力評估（仿真與測試對比)
線纜載流測試方法：
接線方式：兩端兩根135mm^2 cable(1.1m長），再接兩根1m長的測試規(guī)格線纜，中間一根2.5m長的測試規(guī)格線纜cable。
2. 線纜載流評估方法：
方式A：如測試兩端兩根135mm^2 cable(1.1m長），再接兩根1m長的測試規(guī)格線纜，中間一根2.5m長的測試規(guī)格線纜。
方式B：兩端兩根135mm^2 cable(1.1m長），中間一根1.5m長的測試規(guī)格線纜。
方式A測試與仿真結(jié)果對比：
50方銅線纜的載流測試數(shù)據(jù)
50方銅線纜的載流仿真數(shù)據(jù)：200A電流溫升26.2°，250A電流溫升40.94°，
300A電流溫升58.95°，350A電流溫升82.2°。
方式B測試與仿真結(jié)果對比：
95方銅線纜的載流測試數(shù)據(jù)
95方銅線纜的載流仿真數(shù)據(jù)
評估方法總結(jié)：
方法A與方法B測試出來的溫升數(shù)據(jù)基本一致；
采用方法A和方法B仿真出來的溫升數(shù)據(jù)基本一致；
仿真與測試出來的數(shù)據(jù)基本一致。
載流數(shù)據(jù)匯集還有兩種方式：如下
3.銅/鋁線的載流能力評估
采用測試或者仿真方式都可進(jìn)行線纜的載流能力評估。
采用測試或者仿真方式都可進(jìn)行線纜的載流能力評估。
同等截面積下，鋁線的載流能力基本是銅線的80%；
同樣的載流能力下，鋁線的質(zhì)量基本是銅線的45%。
4.總結(jié)：
采用測試或者仿真方式都可進(jìn)行線纜的載流能力評估。
同等截面積下，鋁線的載流能力基本是銅線的80%；
同樣的載流能力下，鋁線的質(zhì)量基本是銅線的45%。
此方法皆是單根線纜自然對流條件下，未考慮復(fù)合布線情況。
展開 線纜溫升仿真方法優(yōu)化
以此方法推測50mm^2線纜的溫升，如下：
50mm^2 cable線纜溫升仿真結(jié)果，200A~350A
仿真結(jié)果：環(huán)境溫度30 ° ，200A電流最高溫度為56.201 °（溫升26.2°），250A電流最高溫度70.94°（溫升40.94°），300A電流最高溫度88.95°（溫升58.95°），350A電流最高溫度為110.24°（溫升80.24°）。
最終的測試結(jié)果顯示，仿真方法一能模擬出真實(shí)的測試溫升。
如何學(xué)好電磁仿真技術(shù)？ 附電磁學(xué)仿真下載
電和磁是不分家的，有電的地方就有磁，所以電磁技術(shù)在電氣設(shè)備當(dāng)中得到了廣泛的應(yīng)用。
1、電氣設(shè)備的絕緣分析是電氣柜的必要仿真之一，換言之，就是在設(shè)備當(dāng)中是否發(fā)生閃電（電弧擊穿），那么仿真軟件就可以根據(jù)離散化的空間單元來計(jì)算電場強(qiáng)度，進(jìn)而判斷其場強(qiáng)是否大于空氣的擊穿場強(qiáng)，后期進(jìn)行必要的產(chǎn)品設(shè)計(jì)更改。這是電磁軟件的電場應(yīng)用。
2、考慮磁場應(yīng)用就更多了，高頻的電磁波這里不做考慮，那么低頻的應(yīng)用包括考慮熱效應(yīng)的有電磁爐、電磁感應(yīng)淬火、電氣設(shè)備功率損耗、電纜功率損耗等
3、考慮電磁受力的有電磁炮、電磁鐵、斷路器的電磁脫扣器，電氣柜的電動力
4、考慮電磁場效果的的有變壓器、金屬檢測儀器、無線充電技術(shù)、磁懸浮等技術(shù)
電磁仿真技術(shù)學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)分享
以上講了電磁的常規(guī)應(yīng)用，下面我說一下個人的對于電磁仿真技術(shù)的學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)。供大家參考，有興趣的可以深入研究
1、話說干一行愛一行，首先你得喜歡仿真分析這門玄學(xué)。更要對其充滿好奇心，要多想想你能從中得到什么，沒有興趣，那么就果斷放棄吧，此處不開花，總有你綻放的地方
2、有了興趣那么你就要開始深入研究。如果你對《周易的》乾坤八卦不了解（乾代表天，坤代表地，巽（xùn）代表風(fēng)，震代表雷，坎代表水，離代表火，艮（gèn）代表山，兌代表澤），那么你對五行-金、木、水、火、土，至少要有個概念，換言之，你對Maxwell方程組不了解，那么對其衍生的電磁學(xué)知識有個初步的感性認(rèn)識，其理論知識至少要達(dá)到一定高度（初中物理中的電磁知識即可）。
原理其實(shí)很簡單，結(jié)合個人經(jīng)驗(yàn)，你需要知道三點(diǎn)知識即可
（1）明白無論直流還是交流，只要有電流就會產(chǎn)生磁場，了解其磁場方向（右手定則），方向看看指南針即可
（2）明白電流在磁場中受力方向（左手定則）。
展開 
AMESim電磁閥仿真詳解：一種深低溫電磁閥試驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真
基金項(xiàng)目：國家自然科學(xué)基金——聯(lián)合基金項(xiàng)目（U1937602）
摘 要：
為實(shí)現(xiàn)某低溫運(yùn)載火箭三子級冷氦增壓系統(tǒng)液氫溫區(qū)閥門性能考核，采用AMESim建立系統(tǒng)仿真模型，仿真分析被測冷氦增壓電磁閥不同工作模式，得出兩臺200W@20K斯特林制冷機(jī)、兩臺70L高壓低溫?fù)Q熱貯罐、按照箭上落壓、等間隔開啟/關(guān)閉工作模式的設(shè)計(jì)方案，以最小貯箱容積和最短換熱時(shí)間實(shí)現(xiàn)冷氦電磁閥液氫溫區(qū)性能試驗(yàn)。
電磁爐加熱過程電磁-熱耦合仿真
圖6 電磁熱耦合載荷傳遞量類型圖
04
仿真結(jié)果
電磁場計(jì)算結(jié)果
INTESIM計(jì)算得到線圈的電流密度如圖7所示。
圖7 線圈的電流密度
INTESIM計(jì)算得到鍋體底部的渦流密度如圖8所示。
圖8 鍋底的渦流密度
電磁爐的鍋體底部熱損耗如圖9所示。
圖9 鍋體底部熱損耗
熱場計(jì)算結(jié)果
查看整體的溫度分布如圖10所示。
圖10 整體的溫度分布
查看鍋體底部的溫度分布如圖11所示。
圖11 鍋體底部的溫度分布
查看陶瓷的溫度分布如圖12所示。
圖12 托盤的溫度分布
05
總結(jié)
本案例使用INTESIM軟件，基于渦流場分析、熱場分析和非匹配網(wǎng)格映射插值等功能，實(shí)現(xiàn)了電磁-熱耦合分析求解。仿真計(jì)算得到的熱損耗和溫度結(jié)果與對標(biāo)軟件結(jié)果基本吻合。本案例驗(yàn)證了INTESIM多物理場仿真模塊中的電磁-熱耦合仿真功能，對渦流場分析和熱場分析及耦合仿真進(jìn)行應(yīng)用驗(yàn)證，能夠?yàn)閺V大用戶在電器領(lǐng)域中的電磁場、熱場耦合仿真應(yīng)用提供可行方案。
文章來源: 英特仿真INTESIM
展開 Infolytica軟件在電磁閥電磁仿真中的解決方案
電磁閥利用通電線圈激磁產(chǎn)生電磁力驅(qū)動閥芯運(yùn)動以開啟和關(guān)閉閥門結(jié)構(gòu)緊湊、尺寸小、重量輕、密封良好、維修簡便、可靠性高是自動控制領(lǐng)域的重要部件。但是電磁閥的電磁設(shè)計(jì)目前往往還停留在基于磁路的方式、憑經(jīng)驗(yàn)公式或模仿國外同類產(chǎn)品產(chǎn)品性能靠估算和事后測試。 比例電磁鐵作為電液比例閥的關(guān)鍵部件是電液比例閥應(yīng)用最多的電—機(jī)械轉(zhuǎn)換器其功能是將輸入的電流信號轉(zhuǎn)換成力或位移信號輸出其軸向推力與線圈電流成正比且在有效行程范圍內(nèi)保持恒定。由于影響比例電磁鐵性能特性的結(jié)構(gòu)參數(shù)較多傳統(tǒng)設(shè)計(jì)一般采用磁路法對各個結(jié)構(gòu)參數(shù)作用評估往往不夠具體和準(zhǔn)確需要采用電磁有限元方法進(jìn)行準(zhǔn)確計(jì)算。
Infolytica軟件在電磁閥電磁仿真中的解決方案.pdf
展開 電磁閥設(shè)計(jì)與仿真（電磁部分）專題培訓(xùn)
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培訓(xùn)信息
Training Information
課程名稱
電磁閥設(shè)計(jì)與仿真（電磁部分）專題培訓(xùn)
開課時(shí)間
6 月 29 日~30 日
課程費(fèi)用
5000 /人
授課講師
