Automazione_Oggi_383

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LUGLIO-AGOSTO 2015Automazione Oggi 383 74
AO simulazione
Questo caso presenta il lavoro svolto da Meta Sy-
stem che ha avuto come obiettivo quello di ana-
lizzare, con l’ausilio dei software di simulazione
elettromagnetica Ansys Designer e Ansys SIWave
di Ansys, alcuni aspetti di compatibilità elettroma-
gnetica su un carica batterie ad alta tensione, per batterie al litio,
impiegato a bordo di veicoli totalmente elettrici.
Facente parte di MetaSystem Group, Meta System è specializzata
nella ricerca, sviluppo e produzione di elettronica applicata ai si-
stemi di sicurezza avanzati per i mercati auto, moto ed energia.
La società collabora con le più importanti case automobilistiche e
di moto a livello mondiale, per le quali sviluppa e realizza un’am-
pia gamma di prodotti e sistemi elettronici di sicurezza, attiva e
passiva, nonché soluzioni per il comfort di ultima generazione.
Nel settore dell’energia è particolarmente nota per i prodotti nel
segmento dei gruppi statici di continuità modulari e ridondanti.
In questa applicazione, Meta Systemha simulato le emissioni con-
dotte sulla rete c.a. nell’intervallo di frequenza da 150 kHz a 30
MHz, con particolare attenzione all’ottimizzazione del filtro EMI.
Le caratteristiche principali di questa tipologia di carica batterie
per l’impiego a bordo di veicoli elettrici sono costituiti da: po-
tenza pari a 3,5 kW, efficienza fino al 95%, tensione c.c. di uscita
da 250 V a 400 V, tensione c.a. in ingresso da 110 V a 230 V, con-
vertitore LLC per l’uscita, PFC per l’ingresso e raffreddamento ad
acqua. Il carica batterie è composto da tre schede: IMS, potenza
e controllo. La scheda IMS è un PCB a layer singolo che include
il ponte di Mosfet del convertitore LLC; nell’ottica di aumentare
le prestazioni meccaniche ed elettriche del carica batterie l’unità
IMS è realizzata su una piastra di alluminio e presenta una bassa
resistenza termica tra il layer e la piastra.
Se dal punto di vista termico e meccanico questa soluzione è
vantaggiosa, non lo è però dal punto di vista della compatibilità
elettromagnetica. Infatti, le sorgenti principali di rumore sono
poste sull’IMS che presenta, per la sue caratteristiche geometri-
che, un’elevata capacità parassita.
Gli obiettivi dell’analisi
Primo obiettivo dell’analisi effettuata da Meta System era la
progettazione di un filtro EMI, quindi di procedere all’ottimizza-
zione dell’attenuazione e prevedere eventuali risonanze. L’ana-
lisi eseguita con Ansys SIwave e Ansys Designer ha considerato
la geometria dell’unità PCB, il suo reale comportamento in fun-
zione della frequenza dei componenti (condensatori Cx e Cy,
bobine di modo comune e di modo differenziale) e l’impatto
del set up di misura costituito dal cablaggio e Lisn. Componenti
e set up di misura sono stati considerati attraverso la misura e la
creazione di modelli a parametri di ‘scattering’.
Una volta scelta la tipologia di filtro e validato il risultato attra-
verso il confronto con risultati sperimentali, si è eseguita una
simulazione ‘transient’, che tenesse in considerazione il reale se-
gnale in ingresso al filtro EMI, misurato nel dominio del tempo,
e gli effetti del PCB e dei componenti reali.
Ecco i risultati conseguiti: in bassa frequenza (fino a 2 MHz) si
verificava un buon accordo tra misura e simulazione; tra 4 e 10
MHz i risultati sono stati ben previsti dalla simulazione.
Nella fase successiva ci si è posti il fine di ricostruire lo spettro
del segnale in ingresso al filtro; in questo, ricoprivano un ruolo
fondamentale i parametri parassiti (del PCB e dei componenti) e
le commutazioni dei componenti attivi. Il primo step ha riguar-
dato la simulazione in Ansys SIwave; utilizzando la tecnica del
‘PCB merging’ si è considerata la reale geometria che prevede
le schede sovrapposte.
Successivamente, sono state considerate le commutazioni attra-
verso la simulazione in Ansys Designer combinata con i parame-
tri S estratti da Ansys SIwave. I risultati mostravano l’impedenza
e la forma d’onda della tensione ai capi del circuito LLC. Erano
presenti fenomeni di risonanza ad alta frequenza e spike sulla
forma d’onda della tensione, importanti per risalire allo spettro
di emissione. •
Ansys -
Paolo Montanari
Simulare per ottimizzare
Simulazione delle emissioni e
ottimizzazione del filtro EMI di
un carica batterie ad alta
tensione per batterie al
litio usato su veicoli
elettrici, effettuata con
le soluzioni di Ansys
Fonte: smarterchanger.com