Projektując nowe układy energoelektroniczne czy elektroniczne projektanci zobowiązani są zadbać, aby nowo opracowany i wdrażany na rynek układ spełniał nie tylko swoje funkcje, ale również obowiązujące normy oraz standardy kompatybilności elektromagnetycznej (EMC). Wśród dużej liczby dostępnych na rynku specjalistycznych programów do symulacji komputerowej, jednym z wiodących narzędzi jest oprogramowanie CST Studio Suite, tj. oprogramowanie dedykowane do projektowania, modelowania oraz analizy zjawisk elektromagnetycznych w szerokorozumianych układach PCB, systemach antenowych czy konwerterach energii. Poza modułami podstawowymi do symulacji elektromagnetycznej, CST Studio Suite zawiera również szereg modułów specjalistycznych, w tym moduł dedykowany do analizy układów pod względem zgodności elektromagnetycznej w obszarze radiacji, emisji, przewodności czy interferencji fal oraz sygnałów.  

Poniżej przedstawiono wyniki przeprowadzonej w programie CST Studio Suite analizy porównawczej emisji przewodzonej EMC-CE dla 3-fazowego inwertera przewidzianego do pracy z wielobiegunowym silnikiem BLDC. Układ inwertora generuje trójfazowe sygnały o częstotliwości podstawowej równej 1 kHz oraz częstotliwości nośnej 20 kHz. Analizę porównawczą wykonano dla układu z zamontowanym filtrem EMI oraz bez. Na rysunku 1 przedstawiono widok modułu PCB układu inwertora wraz z zamontowanym filtrem EMI, jego schemat polowo-obwodowy oraz wybrane rozkłady, odpowiednio: (a) modułu wektora gęstości prądu odpowiadający harmonicznej podstawowej, (b) modułu wektora natężenia pola magnetycznego dla częstotliwości podstawowej oraz (c) modułu wektora natężenia pola elektrycznego dla częstotliwości nośnej.  

Na rysunku 2 przedstawiono natomiast: (a) zestawienie sygnałów LISN Common Mode oraz LISN Differential Mode; oraz (b) porównanie sygnałów LISN_P i LISN_N w zestawieniu z standardem CISPR 25 CE. Norma CISPR 25 to międzynarodowy standard, który zawiera limity i procedury dla pomiaru zakłóceń radiowych, emisji, przewodności, interferencji fal oraz sygnałów. Standard ten dotyczy każdego elementu elektronicznego/elektrycznego przeznaczonego do użytku w pojazdach elektrycznych, w tym pojazdach użytku transportu osobistego. Limity mają na celu ochronę odbiorników zainstalowanych w pojeździe przed zakłóceniami generowanymi przez komponenty/moduły w tym samym pojeździe. 

Analizę powtórzono dla układu falownika z pominięciem filtru EMI. Wyniki analizy zestawiono na rysunku 3 i 4.  

Rysunek 5. Zestawienie sygnałów: (a) LISN Common Mode oraz LISN Differential Mode; oraz (b) LISN_P i LISN_N  w porównaniu z narzuconymi przez standard CISPR_25 CE limitami dla układu z filtrem EMI oraz bez. 

Wyniki przedstawione na rysunku 5 bardzo dobrze ukazuje kwestie braku filtra EMI, co powoduje generację do otoczenia ponadnormatywnych sygnałów wyższych częstotliwości. Kwestię te potwierdzają również zamieszczone na rysunkach rozkłady pól.  

CST Studio Suite jest dedykowanym oprogramowaniem do projektowania, modelowania oraz analizy zjawisk elektromagnetycznych w szerokim zakresie układów, takich jak PCB, systemy antenowe czy konwertery energii. W odróżnieniu od wielu innych narzędzi do symulacji elektromagnetycznych, CST Studio Suite zawiera specjalistyczne moduły do analizy układów pod względem zgodności elektromagnetycznej (EMC) w obszarze radiacji, emisji, przewodności czy interferencji fal oraz sygnałów. W artykule opisano przykład przeprowadzonej w programie CST Studio Suite analizy porównawczej emisji przewodzonej EMC-CE dla 3-fazowego inwertera przewidzianego do pracy z wielobiegunowym silnikiem BLDC. Program pozwala na wizualizację rozkładów pól dla układu z filtrem EMI oraz bez niego. Wyniki pokazują, że brak filtra EMI powoduje generowanie do otoczenia ponadnormatywnych sygnałów wyższych częstotliwości. Dlatego CST Studio Suite jest dobrym narzędziem do projektowania układów, które muszą spełniać wymagania EMC, a jego moduł do analizy zgodności elektromagnetycznej może być pomocny w zminimalizowaniu ryzyka interferencji elektromagnetycznych oraz problemów związanych z kompatybilnością elektromagnetyczną.