电磁兼容性反响了电子或电气设备/系统在其电磁环境中符合哀求地运行且不对其环境中其它任何设备产生无法忍受的电磁滋扰的能力。智能电器是传统电器与电子技能结合的产物，目前，以智能电器为根本的大型电力设备的在线监测，对付电力系统的安全运行更是起着至关主要的浸染。
由于智能电器常常运行于高电压、大电流的现场环境中，与被保护和监控的设备、系统处于同一个电磁空间，以微型打算机为核心的监控单元一定会受到来自于电力系统的不同能量、不同频率的电磁滋扰，因此，智能电器的电磁兼容问题集中在智能电器的掌握单元上。
智能电器的电磁兼容性能直接关系到智能电器的可靠事情，进而对电力系统的安全运行造成影响。与智能电器功能与事理的研究比较较，EMC问题的研究显得严重不敷：在产品的设计过程中，不能针对EMC问题系统地考虑元件性能的选配和系统构造的整合；某个EMC问题的办理常常要经由反复的试验和修正，并且每每不能对涌现EMC问题的范围进行准确的定位，对该设计可能涌现的EMC风险不能给出科学的预测。在设计时有一定的盲目性，每每存在过度设计和设计不敷的问题，由此提高了本钱、延长了开拓周期。
最经济有效的电磁兼容设计方法是在设计的早期阶段充分考虑电磁兼容的技能哀求，从国际上来看，电磁兼容仿真己经成为电子设备设计时必须的一个步骤，通过仿真可以在设备投入生产之前创造问题、办理电磁兼容问题，从而节省由于电磁兼容不达标造成反复修正设计的本钱。
本文采取SIwave仿真软件，在智能电器掌握板设计阶段，通过设计——仿真——优化——仿真的方法，在产品成型之前很好地办理了EMC问题。
电磁兼容仿真的基本方法大体而言，电磁问题的打算方法可分为三类：理论剖析法、专家系统及数值剖析法。理论剖析法对问题的几何模型做简化和假设，从而得到近似解。专家系统对场不进行精确剖析，它根据自身数据库，来估算相应的参数值。而数值方法设法求解带有相应边界约束条件根本的场方程(麦克斯韦方程组)，对场进行精确的剖析。由于数值方法的精确性，因而此方法在工程中得到了广泛的运用。
电磁兼容数值仿真过程也便是电磁场问题的数值打算过程。在求解电磁场边值问题的过程中，如果数学模型是齐次或非齐次偏微分方程，则只有对付大略媒质和边界条件的少数问题，才能由解析方法得到精确解。电磁波散射和衍射问题的数学模型是积分方程，求解过程中的打算量非常大，以是在过去打算机存储容量和运算速率都十分有限的情形下，要得到解析解是很困难的。
随着高速大容量电子打算机的迅速发展，利用打算机进行多维数值积分、高阶矩阵求逆等运算己成为可行。自上世纪六十年代中期开始，打算机技能在求解导行波、天线和散射等实际电磁场问题的数值打算中得到了广泛运用。
到目前为止，电磁场数值剖析方法在办理有关电磁兼容方面问题起到了非常主要的浸染，80%的电磁兼容问题都能利用仿真在设计阶段予以办理。数值剖析方法则是操纵续变量函数离散化，把微分方程化为差分方程，把积分方程化为有限求和的形式，从而建立收敛的代数方程组，然后利用打算机分步进行求解。为了精确剖析在某一空间范围内随韶光变革的电磁场，可能须要无限多个数据。
但是，一方面，由于数字打算机可处理数据的字长和存储容量的有限性使其无法存储太多的数据，另一方面，运算速率的有限性使其在有限韶光内难以得出工具的精确解，以是实际运用中必须作些近似和简化。
目前打算电磁场的数值方法有变分法、时域有限差分法、矩量法、有限元法、边界元法等，个中变分法是这些方法的根本。电磁兼容数值仿真商用软件较多，紧张有ANSOFT、CST Microwave Studio、 ANSYS(FEKO)、FLO/EMC、EMC2000、IES等。
仿真工具的选择EMC仿真软件能够为我们供应非常有效的高频和高速电磁仿真设计工具，它集高速电路建模、仿真和优化为一体，用仿真代替实验，可以快速的帮助工程师完成高速电路EMC设计，实现旗子暗记完全性，减少研发用度，缩短研发周期。
目前，国际上商业的EMC仿真软件有许多种，紧张运用于高速PCB电路设计、各种类型的高频滤波器设计、高频天线和波导设计、传输线设计(包括微带、带状线和同轴电缆等)、旗子暗记完全性设计和电磁剖析等。此外，不同仿真软件对模型的哀求也各不相同。
根据智能电器掌握板的特点，我们选用Ansoft SIwave作为仿真工具，该软件是一个精确的整板级电磁场全波剖析工具，它采取三维电磁场全波方法剖析整板或全体封装的全波效应。板上放置去耦电容的浸染，改变旗子暗记层或分开供电板引入的阻抗不连续性；旗子暗记线与供电板间的噪声耦合、传输延迟、过冲和下冲、反射和振铃等时域效应；本振模和S、Z、Y参数等频域征象。其结果可以前辈的二/三维办法图形显示，并可输出Spice等效电路模型用于Spice仿真。
SIwave供应了无缝的集成设计流程，可以从标准布板工具如，Cadence Allegro、APD、Zuken CR-5000等所产生的版图直接输入到SIwave中进行剖析。
仿真结果及剖析为了减小电源/地弹噪声和EMI辐射，该智能电器掌握板采取了多层PCB板构造，此构造使得电源平面和地平面耦合更紧，同时可以严格掌握阻抗以防止旗子暗记回路问题。但多层板构造会引起较严重的电源完全性问题，地层和相邻的电源层形成波导构造，该构造的谐振模式取决于构造的几何形状、尺寸以及叠层的介质，由于谐振将导致严重的开关噪声，因此，谐振模式的仿真必须在设计的前期进行。
用SIwave软件对掌握板的PCB进行仿真剖析。对付真实繁芜的PCB板或IC封装，包括多层、任意形状的电源和旗子暗记线，SIwave可仿真全体电源和地构造的谐振频率。针对该掌握板，在频率120MHz～1.2GHz范围内，共打算10个谐振模式，如图1所示。
图1 谐振模式
在每一谐振模式下，全体板的电压分布都能以三维图形加以显示，比较创造，在模式2和模式8下，谐振最为严重，电压分布如图2和图3所示。
图2 模式2的电压分布
图3 模式8的电压分布
图4 放置去耦电容
掌握板要尽可能避免事情在谐振频率点，如果无法回避，则可以通过在PCB板上放置去耦电容改变谐振频率。
在谐振较严重的区域共放置21只去耦电容，如图4所示，在相同的频率范围内重新打算谐振模式，结果表明，在120MHz ~ 1.2GHz内只有一个谐振模式，如图5所示，与之对应的电压分布如图6所示。结果表明，去耦电容改变了谐振频率，从而实现掌握板的事情频率阔别谐振频率，进而改进EMC性能
图5 谐振模式
图6 优化后的电压分布
结论利用仿真的方法在电子设备设计之初办理EMC问题具有主要意义。本文先容了EMC仿真的基本方法，并借助精良的电磁仿真软件SIwave对智能电器掌握板进行了EMC仿真剖析。
该掌握板的特点是电源系统较繁芜，由开关电源供应三种不同特性的电源，由于高速PCB的旗子暗记完全性、电源完全性与电磁兼容直接干系，因此，良好的电源完全性有利于旗子暗记完全性和电磁兼容，依据这一事实，对电源完全性的仿真作为该系统EMI/EMC剖析的重点。
仿真分为两个阶段：优化前仿真与优化后仿真。由于去耦电容可以改变谐振频率，因此优化的紧张手段是在必要的区域合理地放置去耦电容。仿真结果表明，通过优化设计，PCB表面电压明显减小，有效地抑制了辐射，从而改进EMC性能。
（编自《电气技能》，作者为唐骏、陈丽安 等。）
