3. EMC 設計

EMI模擬的研究通常使用Q3D來做寄生參數的萃取，例如在[4]論文中，使用Q3D來做Cable、PCB與銅條的建模。 藉由寄生參數的帶入分析，以及各種模態的工作模態分析。例如AC的多工輸出、DC-DC工作模態、On-board charger的應用。最終達到設計基於SiC 的多工Converter模擬設計。

電力電子在新世代半導體的優勢下，工程師會面臨到六個挑戰，效率、功率密度、安全、壽命、成本，最後是EMC設計。由金字塔模型來看，最初期的設計是直接測試或試誤法設計。再進階的是利用工程師的經驗。而更好的會是分析設計，更甚者是虛擬設計。

圖3-1

EMC設計的V-model，這邊整理給大家參考，如圖3-2。由工程規格出發，例如效能、EMI、諧波規格還有電磁耐受性規格。由規格來做拓譜的設計及分析選用，這時要進行研究及benchmark和模擬。 有了拓譜，是時候來做元件設計與選擇，大致佈局也是這階段的重點。後面來對機構和佈局最佳化。

第五階段sample製作及組裝。下來做各部件的功能驗證與切換元件的測試驗證。 第八階段進行電路測試，確認EMC是否OK。最後是產品的整體功能驗證、溫升測試、壽命預估。 在這整個流程裡面，模擬可以扮演好初期打底的角色，提供正確的方向給設計者。

圖3-2

這邊舉兩個例子來介紹，第一個是我們可以在Maxwell 在未打樣時做元件的效能預估。這邊以CM choke為例。想要預估CM choke的特性，可以把模擬所需的材料特性鍵入軟體中，這邊是頻率對磁導率的曲線。再鍵入後，依實測試條件，來評估元件的特性。例如共模電感最重要的共模感量用兩線並聯去量測。由圖3-3看到模擬和量測是貼近得很好的曲線。在差模的量測上，一樣可以用模擬重現很好的實驗預估。

圖3-3

[5]是DC-AC SiC Inverter EMI的分析案例。電路架構為一個DC to AC 10kw 400V的系統。模型架構使用simplorer做電路分析。對元件做了細部的模型建立，PCB和cable也使用Q3D做寄生參數萃取。特別值得一提的是，寄生電容是分析共模阻抗的重要參數，但實際上礙於量測儀器，我們無法量測所有的寄生電容。所以在這邊他使用Q3D來進行電容萃取分析。由這邊量測，可以看到，只能量測到總的電容值，模擬和測試相近，所以也預估無法量測的地方是可以相信的。最終由上面的模擬，預估樣品的結果。其中，綠線是用簡單的功率模組model作分析、紅線是用較精確的功率模組模型作分析。藍線則是量測的結果。