基于PEEC的WPT系统磁芯结构建模

磁耦合机构作为无线电能传输的核心部分,直接决定系统的传输性能。目前广泛采用加装磁芯来提高耦合机构的传输性能。然而加入磁芯后,线圈与磁芯的融合建模及协同设计问题,目前多依赖于电磁仿真软件及二维分区建模,该方法无法量化磁芯参数对系统传输性能的作用。此处基于部分元等效电路(PEEC)对磁芯进行建模,根据磁性材料特性分别从涡流、磁化强度两方面构建磁芯二元模型,并引入退磁因子对磁化强度模型进行修正。基于电场积分方程构建了以磁芯涡流、节点电压和磁化强度为未知量的解决矩阵,实现了线圈与磁芯融合建模。在融合建模的基础上,基于矢量磁位提取了带芯线圈的自感系数,将建模结果与商用仿真软件及实验进行对比,其误差控制在5%以内,验证了建模结果的准确性。带芯线圈自感参数量化了磁芯对线圈的附加耦合作用,为磁芯结构设计提供理论支撑。

基于PEEC的阵列解耦式WPT系统设计与研究

为实现给多个小型电子设备灵活充电,此处设计了一种基于正六边形线圈单元结构的三层交错排布阵列式线圈结构。其主体结构为中间层布置一个线圈,首层与底层分别对称排布3个线圈,且每层线圈间两两解耦。采用部分元等效电路法(PEEC)提取正六边形线圈的电感参数,构建相邻线圈的交叉位置与互感的关系,模型计算表明,当相邻线圈间重叠尺寸为32.42 mm时,线圈实现解耦;在主线圈中设计串联的副线圈来实现单元线圈的耦合磁场均匀分布,该设计使单元线圈与负载间的互感提升约40%。最后提出一种负载坐标定位方法,通过定位负载中心与阵列交错线圈的位置,可启动单线圈、双线圈或三线圈发射模式,实验验证阵列结构可确保负载在不同位置时能够可靠供电。

单端激励的压电细棒纵振特性分析建模

针对单端激励的压电纵振换能器中激励部分与被激模态之间的关系问题,使用压电细棒分布参数模型构建等效电路,通过计算其力学阻抗的零极点,研究了激励部分的长度与所激发模态之间的关系以及被激模态的谐振特性。通过有限元方法建立具体算例,仿真分析了不同激励长度对压电细棒谐振特性的影响规律。对比分析结果表明,理论模型与有限元仿真计算吻合较好。研究结果可为单端激励方法以及多模态纵振换能器的设计提供理论依据。

基于PEEC法的发电机定子绕组线棒高频电路模型

建立合理的电机定子绕组电路模型,对于研究定子绕组绝缘局部放电信号的传播规律,了解局部放电信号的特征具有重要意义。部分元等效电路(PEEC)法是基于电磁场方程推导出来的等值电路模型,能够对一些用传统方法难以建模的复杂物理结构建立合理的电路模型,并且所建模型可以方便地与其它模型(比如传输线模型)综合连接、计算仿真,该方法还能够综合考虑外部测量电路的影响,在集成电路高频电路模型建立中有广泛的应用。本文采用PEEC法原理,建立了电机定子绕组单根线棒高频电路模型和双根线棒的耦合传播模型,此方法克服了以往多导体均匀传输线理论在电机定子绕组电路模型建立中的不足。模型中的部分电感、部分电容等参数由PEEC原理结合相关计算软件求得。模型的仿真计算与实验结果比较,证实了所建模型的有效性及参数的准确性。

基于PEEC方法的平面电路EMC问题分析

提出了基于部分元等效电路 (PEEC)方法求解印制板电路电磁兼容问题的新方法 .即将印制板电路的辐射问题分为两步 :(1 )用部分元等效电路的方法确定印制板导体上的场源 (电流 )分布 ;(2 )将所有电流元的辐射场进行叠加求总的辐射场 .文中对上述方法进行了分析 ,在此基础上通过一个对称电路和一个非对称电路的辐射场计算 ,提出了一些工程设计中减小辐射的设计准则 .

基于PEEC模型分析的H桥单元直流母线的改进设计

以广泛用于高压大容量功率变换的H桥单元逆变器为研究对象,将其直流母线改进为层叠母排结构,基于部分单元等效电路(PEEC)的方法建立了改进前、后母线的等效电路。对母线PEEC模型的等效参数进行分析表明,改进后母线的等效电感与等效电阻下降了一个数量级,而正负母线之间的等效电容增加了100倍以上。计及直流滤波电容组参数的电路仿真表明,在同样的开关暂态电流激励下,母线结构改进后,暂态电压的上升率和峰值比改进前减小了50%以上。试验与仿真结果符合较好,证明了改进是有效的。

基于PEEC方法的片内螺旋电感建模

采用部分元等效电路方法,结合近似的三维闭式格林函数,在10GHz以下的频率范围提出了一种针对有耗硅衬底上螺旋电感的准静态建模新方法.该方法充分考虑了有耗的硅衬底、趋肤效应、接近效应等因素对螺旋电感电特性的影响,通过与全波分析方法对比,证明在相当宽的频率范围该方法是有效、可行的,可广泛应用于微波和射频硅集成电路的优化设计和仿真.

PEEC在LTCC电路分析中的应用

应用一种准静态的电磁场分析方法——部分元件等效电路方法对低温共烧陶瓷电路进行分析。作为实际应用的例子,对一个低通滤波器分别用PEEC算法和权威3-D软件HFSS进行了仿真计算,结果表明,两者S参数的幅度和相位十分吻合,而PEEC算法的计算速度却提高了一百多倍。

基于多端口网络PEEC法的功率模块寄生电感快速提取方法研究

数值优化为功率半导体模块实现低感与均流设计提供了灵活有效的新途径,但同时也对模块整体与分布电感的评估效率提出了更高要求。为了适应寻优计算需求,基于部分元等效电路(partial element equivalent circuit,PEEC)理论,提出一种基于多端口网络模型的功率模块布局电感快速提取方法。该方法通过构建与芯片导通状态无关的多端口网络模型,从而将模块整体和分布电感的提取问题由多次大规模PEEC求解转化为单次预处理分解加端口网络求解。此外,为减少微元数量,针对模块线路的平面注入结构,对键合线、金属层直行区和注入区使用分区域离散策略。算例分析和实验验证表明,所提方法计算误差小于5%,满足工程应用需求,计算时间相比ANSYSQ3D软件减少85%以上,适合用于功率模块的快速寻优设计。

以PEEC方法分析MCM中导体板上同步开关噪声

在高速多芯片组件 ( MCM)电路里 ,随着频率的升高 ,进入 GHz频段 ,则系统的互连和封装结构对信号产生不利影响 ,如信号延时、互扰以及当多个驱动器被同时触发时 ,会引起同步开关噪声 ,此噪声会耦合到系统其他电路 ,导致门电路错误触发或失效 .文中利用部分元等效电路( PEEC)方法分析了高速 MCM电路系统中导体板上同步开关噪声 ,该方法与全波分析及其他场方法相比具有效率高、容易结合有源器件一起分析同步开关噪声的特点 ;与其他等效电路方法相比 ,具有参数提取简单、效率高、精度高等优点 .最后 ,比较了该方法与 FDTD方法的特性 ,并分析了电路中两种典型结构体 (电源 /接地板、电源板 /信号线 /接地板 )未加去耦电容和加上去耦电容后电源

Analysis on the Irregular and Asymmetrical Power/Ground Structure by PEEC Modeling

In order to provide some reference for the design of the power/ground system, a complicated power/ground system in time and frequency domains was analyzed, which is based on PEEC (Partial Element Equivalent Circuit). According to the actual requirements, characteristics of some common power/ground structures in time and frequency domains, such as SSN (Simultaneous Switching Noise), are obtained for the future research. The results show the first resonance point is changed with the structure of the power/ground networks.

部分元等效电路理论在无线电能传输系统中的应用研究

磁耦合谐振式无线电能传输技术凭借其传输距离远、传输效率高等优势逐渐成为了无线电能传输方面研究的热点,而磁耦合谐振系统的设计和优化依赖于准确的参数计算和系统性能计算。针对这一问题提出采用部分元等效电路PEEC(partial element equivalent circuit)法进行计算。首先介绍了PEEC的基本理论以及部分参数的计算方法,然后建立耦合线圈的部分元等效电路模型,对平面矩形螺旋线圈的自感和互感进行计算,通过计算结果和实验结果的对比验证了PEEC法计算参数的高效性和准确性。在此基础上,分别建立了双线圈系统和单共振磁耦合谐振式无线电能传输系统,采用PEEC法结合电路法对2个系统的传输特性分别进行了研究和分析,并通过与有限元法计算结果的对比,验证了所提方法的准确性和快速性。

计及部分电容的接地回路高频电路模型

建立相对精确的接地回路电路模型,研究接地回路的阻抗频率特性,对研究接地回路的传导干扰具有重要意义。首先建立了一个大尺寸的接地回路实物模型,运用PEEC方法求出各部分参数并建立了考虑部分电容作用的等效电路模型。实测和仿真的阻抗频率特性非常吻合,证明用PEEC方法分析研究大尺寸接地回路的高频阻抗特性是可行的,拓展了PEEC方法的应用领域。另外,在用HP4395A阻抗分析仪测量高频阻抗频率特性时,为屏蔽外界电磁干扰,应该对被测模型加屏蔽罩并可靠接地。

基于局部元等效电路原理对混合封装电力电子集成模块内互感耦合的研究

低压大电流混合封装电力电子集成模块(IPEM)内部功率电路与控制和驱动电路之间的互感耦合是电磁干扰的主要途径之一,为了准确预测电磁干扰的强度,需要对耦合互感进行精确计算,文中针对这个问题展开研究。首先,分析了功率电路的高频环流问题;其次,采用局部元等效电路(PEEC)原理对高频环流回路与典型控制和驱动回路之间的耦合互感进行了计算;最后,通过仿真和实验对计算结果进行了验证,表明该文对高频环流的干扰分析以及对耦合互感的计算方法是正确并且有效的。

高速背板互连的信号完整性仿真方法

提出了一种高速背板互连的信号完整性仿真方法。高速接插件的厂商只提供参数模型,借助矢量拟合方法可以推导出电路模型,再使用部分元等效电路法仿真走线得到等效电路模型。推导出联合仿真的方法,实现了高速背板互连的信号完整性仿真。通过等效电路的仿真结果和厂商提供的原始参数进行的比较,以及部分元等效电路法与商用软件仿真结果的比较验证了等效电路的正确性。最后对完整的板间互连通道进行了仿真,并将最终的仿真结果与商用软件的仿真结果进行了比较,证明了所提方法的正确性,给出了整个通道眼图仿真分析结果。

基于完备集合思想的多导体部分电感计算方法

随着串联电容器补偿技术在中国电网的广泛应用,迫切要求对影响其运行可靠性的快速暂态过程进行研究,以采取必要的防范措施。为了适应对串补装置中多导体系统应用部分单元等效电路(partial element equivalent circuit,PEEC)方法建模的要求,对复杂多导体系统的部分电感矩阵提取方法进行了研究。构建了一个能够描述任意空间导体元段对位置关系的完备集合,针对集合中每一种位置关系元素采用特定的解析公式,设计出一种可用于复杂多导体系统部分电感工程计算的通用方法。实验表明,所编制的计算程序(LPCal)的计算精度可以满足快速暂态过电压工程计算的要求。

串补装置中快速暂态过程的建模与时域求解

为了对间隙放电在串补平台设备上造成的快速暂态过电压进行评估,以部分单元等效电路(partial elementequivalent circuit,PEEC)为基础,提出了含有集中元件支路的考虑全部段间电磁耦合的复杂多导体系统建模方法。此外还对含有非线性元件的复杂多导体系统状态方程的时域求解方法进行了深入研究。典型算例下与EMTP计算结果的对比表明,该文采用的方法计算结果准确,此外与传统方法相比对于紧密耦合的复杂多导体系统(如串补装置)电磁暂态过程的仿真具有更好的适用性。

脉冲功率同轴电缆瞬态阻抗特性研究

脉冲电源系统通过大功率特种同轴电缆对发射装置进行瞬时脉冲放电,同轴电缆在瞬时脉冲大电流工况下导体存在临近及趋肤效应,电缆阻抗特性发生瞬时变化。为此基于部分元等效电路法建立同轴电缆等效电路模型,分析了同轴电缆的时域和频域的阻抗特性,求解了同轴电缆导体截面电流分布及瞬态电压分布。提出采用频域矢量匹配法对同轴电缆的频域阻抗特性进行拟合,获得同轴电缆的Foster等效电路模型,该模型相对于部分元等效电路模型具有节点、支路少和适用性高的优点。最后,搭建脉冲电源放电试验平台,进行不同电压等级放电试验,获取了同轴电缆瞬态电压曲线,并与仿真结果进行对比,实验结果验证了理论分析的正确性。

压装组件中圆柱形母线的部分电感计算方法

在大功率变换器、高压直流断路器等含有电力电子器件的设备中,大尺寸圆柱形压接母线与平板压装型器件配合使用的现象普遍存在。开关器件通断过程中,母线杂散电感的存在会造成强烈的电磁干扰,因此对母线杂散电感的准确提取进而对其结构进行优化配置是设备电磁兼容设计中必不可少的环节。该文针对压装组件中的圆柱形母线导体,基于部分单元等效电路理论提出了一种通用的部分电感计算方法。该方法采用圆环单元进行剖分,考虑了圆形截面导体的中心对称特性,与传统矩形和三角形剖分方法相比,计算结果更为准确且可有效提高计算效率。此外,现有的基于圆环单元剖分的计算方法仅适用于导体的长度大于横截面直径的情况,而文中所提方法不存在任何限制条件,具有普遍适用性。结合典型算例并通过与几种现有计算方法对比,验证了所提计算方法在准确性和计算效率方面存在的优势。

混合电磁结构磁性部分元等效电路建模技术的解析及实验研究

磁性材料在电磁结构中广泛应用,而传统(标准)部分元等效电路(partial element equivalent circuit,PEEC)方法对包含磁性材料的各种结构进行分析时已无能为力。针对基于几何平均距离和空间磁介质均匀化处理的新型磁性PEEC建模方法(magnetic PEEC,MagPEEC),该文提出使用同轴电缆解析计算以及大型钢板耦合与邻近效应实验对该建模方法进行验证。利用解析法对给定同轴电缆单位长度电阻与电感参数进行了计算,并将计算结果与由MagPEEC建模计算的结果进行了比较;分大型舰船钢板差模回路耦合和共模回路耦合干扰两种情况,对MagPEEC建模计算的耦合阻抗进行了实验验证;利用所研制的钢板地电流测量装置在钢板中部进行测量,并将测量结果和MagPEEC理论计算的结果进行比较,从而实现金属壳体地电流测量和MagPEEC理论计算方法的直接验证。利用该文所提供的解析方法和3种实验方法,对MagPEEC建模技术进行了充分证明,为MagPEEC建模技术的推广使用奠定了基础。