DE102021208276A1 - Procedure for modal analysis and identification of resonant circuits in an electrical network model - Google Patents
Procedure for modal analysis and identification of resonant circuits in an electrical network model Download PDFInfo
- Publication number
- DE102021208276A1 DE102021208276A1 DE102021208276.9A DE102021208276A DE102021208276A1 DE 102021208276 A1 DE102021208276 A1 DE 102021208276A1 DE 102021208276 A DE102021208276 A DE 102021208276A DE 102021208276 A1 DE102021208276 A1 DE 102021208276A1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- components
- network model
- resonance
- acting
- determined
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 21
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 title description 15
- 238000013016 damping Methods 0.000 claims description 12
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 claims description 6
- 238000004590 computer program Methods 0.000 claims 1
- 230000003071 parasitic effect Effects 0.000 description 13
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 9
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 8
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 4
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 4
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 4
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 3
- 230000001939 inductive effect Effects 0.000 description 3
- 108010074864 Factor XI Proteins 0.000 description 2
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 2
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 1
- 238000004870 electrical engineering Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
- G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
- G06F30/20—Design optimisation, verification or simulation
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
- G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
- G06F30/30—Circuit design
- G06F30/32—Circuit design at the digital level
- G06F30/33—Design verification, e.g. functional simulation or model checking
- G06F30/3308—Design verification, e.g. functional simulation or model checking using simulation
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Theoretical Computer Science (AREA)
- Evolutionary Computation (AREA)
- Geometry (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Measurement Of Resistance Or Impedance (AREA)
Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Analyse eines elektrischen Netzwerkmodells (10) zur Simulation eines Verhaltens eines elektronischen bzw. elektrischen Systems (1) und zur Identifikation von für eine Resonanz maßgeblichen Resonanzkreis des Systems (1), mit folgenden Schritten:
- Auswählen (S4) einer Eigenmode entsprechend einer zu analysierenden Resonanz des Systems (1);
- Approximieren der Resonanzeigenschaften entsprechend der ausgewählten Eigenmode;
- Berechnen (S5) der gespeicherten Energie in den als Kapazitäten und Induktivitäten wirkenden Bauteilen des Netzwerkmodells (10) abhängig von den Resonanzeigenschaften der ausgewählten Eigenmode;
- Auswählen (S7) der durch ein oder mehrere der als Kapazität oder Induktivität wirkenden Bauteile (11, 12, 14) mit der/den höchsten gespeicherten Energien;
- Ermitteln (S8) des maßgeblichen Resonanzkreises basierend auf den ausgewählten Bauteilen.
The invention relates to a method for analyzing an electrical network model (10) for simulating the behavior of an electronic or electrical system (1) and for identifying the resonant circuit of the system (1) that is decisive for a resonance, with the following steps:
- selecting (S4) a natural mode corresponding to a resonance of the system (1) to be analyzed;
- Approximate the resonance properties according to the selected eigenmode;
- Calculating (S5) the energy stored in the components of the network model (10) acting as capacitances and inductances as a function of the resonance properties of the selected natural mode;
- Selection (S7) of the components (11, 12, 14) acting as capacitance or inductance with the/the highest stored energies;
- Determination (S8) of the relevant resonant circuit based on the selected components.
Description
Technisches Gebiettechnical field
Die Erfindung betrifft die Analyse von elektrischen Netzwerken, die sich aus elektronischen Systemen mit elektronischen Schaltungen ergeben. Die Erfindung betrifft weiterhin die Analyse eines entsprechenden Netzwerkmodells für die Identifikation von für eine Resonanz verantwortlichen Bauteile und Resonanzkreisen in dem Netzwerkmodell.The invention relates to the analysis of electrical networks resulting from electronic systems with electronic circuits. The invention also relates to the analysis of a corresponding network model for the identification of components and resonant circuits responsible for a resonance in the network model.
Technischer HintergrundTechnical background
Das EMV-Verhalten eines elektrischen oder elektronischen Systems mit einer elektronischen Schaltung wird in der Regel von dessen geometrischer Konstruktion, dessen Umgebungseigenschaften und den in der elektronischen Schaltung verwendeten Funktionalbauteilen, wie beispielsweise Widerstände, Kondensatoren und Induktivitäten, bestimmt. Die konstruktiven Merkmale des Aufbaus eines solchen Systems können hinsichtlich ihrer Wechselwirkung mit den Funktionalbauteilen durch ein oder mehrere Parasitärbauteile, die die elektrische Wechselwirkung der geometrischen Konstruktionsmerkmale mit den Funktionalbauteilen angeben können, beschrieben werden.The EMC behavior of an electrical or electronic system with an electronic circuit is generally determined by its geometric design, its environmental properties and the functional components used in the electronic circuit, such as resistors, capacitors and inductances. The design features of the structure of such a system can be described in terms of their interaction with the functional components by one or more parasitic components, which can specify the electrical interaction of the geometric design features with the functional components.
In der Konstruktionsphase derartiger elektronischer bzw. elektrischer Systeme wird ein Netzwerkmodell aus Funktionalbauteilen und Parasitärbauteilen erstellt und simuliert, um deren voraussichtliches Verhalten zu ermitteln.In the construction phase of such electronic or electrical systems, a network model is created from functional components and parasitic components and simulated in order to determine their probable behavior.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of Invention
Erfindungsgemäß sind ein Verfahren zur Analyse eines Systems und zum Identifizieren von Bauteilen des Systems, die eine bestimmte Resonanz verursachen, gemäß Anspruch 1 sowie durch die Vorrichtung gemäß dem nebengeordneten Anspruch gelöst.According to the invention, a method for analyzing a system and for identifying components of the system that cause a certain resonance are solved according to
Weitere Ausgestaltungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.Further developments are specified in the dependent claims.
Gemäß einem ersten Aspekt ist ein Verfahren zur Analyse eines elektrischen Netzwerkmodells zur Simulation eines Verhaltens eines elektronischen bzw. elektrischen Systems und zur Identifikation des für eine Resonanz maßgeblichen Resonanzkreises des Systems vorgesehen, mit folgenden Schritten:
- - Auswählen einer Eigenmode entsprechend einer zu analysierenden Resonanz des Systems;
- - Approximieren der Resonanzeigenschaften entsprechend der ausgewählten Eigenmode;
- - Berechnen der gespeicherten Energie in den als Kapazitäten und Induktivitäten wirkenden Bauteilen des Netzwerkmodells abhängig von den Resonanzeigenschaften der ausgewählten Eigenmode;
- - Auswählen der durch eines oder mehrerer der als Kapazität oder Induktivität wirkenden Bauteile mit der/den höchsten gespeicherten Energien;
- - Ermitteln des maßgeblichen Resonanzkreises basierend auf den ausgewählten Bauteilen.
- - selecting an eigenmode corresponding to a resonance of the system to be analyzed;
- - Approximate the resonance properties according to the selected eigenmode;
- - Calculation of the energy stored in the components of the network model acting as capacitances and inductances depending on the resonance properties of the selected eigenmode;
- - selecting the components with the highest stored energies by one or more of the components acting as capacitance or inductance;
- - Determine the relevant resonant circuit based on the selected components.
Weiterhin kann das Verfahren die weiteren Schritte umfassen:
- - Berechnung der Verlustleistung in den als ohmsche Widerstände wirkenden Bauteilen des Netzwerkmodells abhängig von den Resonanzeigenschaften der ausgewählten Eigenmode; und
- - Auswählen der durch ein oder mehrere der als Kapazität oder Induktivität wirkenden Bauteile mit der/den höchsten gespeicherten Energien und der durch ein oder mehrere der als ohmsche Widerstand wirkenden Bauteile mit der/den höchsten Verlustleistungen.
- - Calculation of the power loss in the components of the network model acting as ohmic resistances depending on the resonance properties of the selected natural mode; and
- - Selection of the one or more components acting as capacitance or inductance with the highest stored energies and one or more components acting as ohmic resistance with the highest power loss.
Insbesondere können die Resonanzeigenschaften eine Güte, eine Amplitude und eine Frequenz der ausgewählten Eigenmode umfassen. Diese Resonanzeigenschaften sind Ziel der Optimierung, also der Erhöhung der Dämpfung der Mode oder der Verkleinerung der Amplitude oder der Verschiebung der Resonanzfrequenz.In particular, the resonance properties can include a quality, an amplitude and a frequency of the selected natural mode. These resonance properties are the goal of optimization, i.e. increasing the damping of the mode or reducing the amplitude or shifting the resonance frequency.
Um die Grenzwerte eines EMV-Verhaltens einer Messgröße einzuhalten, müssen häufig Resonanzen in elektrischen bzw. elektronischen Systemen betrachtet und gegebenenfalls verändert/optimiert werden. In der Regel ist es bei komplexen Systemen aus konstruktiven mechanischen Bauteilen, wie z.B. einem Gehäuse, einer elektrischen Maschine und dergleichen, und elektronischen Bauteilen nur schwer möglich, die Ursache von auftretenden Resonanzen ohne Weiteres eindeutig zu identifizieren.In order to comply with the limit values of an EMC behavior of a measured variable, resonances in electrical or electronic systems often have to be considered and, if necessary, changed/optimized. It is usually the case with complex systems made up of constructive mechanical components, such as a Housing, an electrical machine and the like, and electronic components difficult to clearly identify the cause of resonances that occur without further ado.
Dazu werden in der Regel Simulationen vorgesehen, die ein basierend auf einem Ersatzschaltbild erstelltes Netzwerkmodell nutzen, um das EMV-Verhalten zu simulieren. Zur Erstellung des Netzwerkmodells wird eine elektronische Schaltung in ein Ersatzschaltbild aus Funktionalbauteilen umgewandelt. Dieses wird ergänzt durch Parasitärbauteile, die sich aus der konstruktiven Einbettung der elektronischen Schaltung in ein Gesamtsystem ergeben und die Wechselwirkungen der konstruktiven Merkmale mit den Komponenten der elektronischen Schaltung beschreiben. Ein Extraktionsverfahren zur Erstellung eines solchen Netzwerkmodells (Ersatzschaltbilds) aus konstruktiven Bauteilen und einer elektronischen Schaltung ist aus dem Stand der Technik bekannt, wie z.B. in Jonathan Stysch et al., „Broadband Finite-Element Impedance Computation for Parasitic Extraction Computer Science > Computational Engineering, Finance, and Science“, Submitted on 17 Sep 2020, https://arxiv.org/abs/2009.08232 und in Sebastian Schuhmacher, „Sensitivity of Lumped Parameters to Geometry Changes in Finite Element Models“, Scientific Computing in Electrical Engineering, Seiten 35-42, Springer: 14 April 2018, Part of the Mathematics in Industry book series (MATHINDUSTRY, volume 28) offenbart.For this purpose, simulations are usually provided that use a network model based on an equivalent circuit diagram to simulate the EMC behavior. To create the network model, an electronic circuit is converted into an equivalent circuit diagram made up of functional components. This is supplemented by parasitic components that result from the constructive embedding of the electronic circuit in an overall system and describe the interactions of the constructive features with the components of the electronic circuit. An extraction method for creating such a network model (equivalent circuit diagram) from structural components and an electronic circuit is known from the prior art, such as in Jonathan Stysch et al., "Broadband Finite-Element Impedance Computation for Parasitic Extraction Computer Science > Computational Engineering, Finance, and Science”, Submitted on 17 Sep 2020, https://arxiv.org/abs/2009.08232 and in Sebastian Schuhmacher, “Sensitivity of Lumped Parameters to Geometry Changes in Finite Element Models”, Scientific Computing in Electrical Engineering, pages 35 -42, Springer: 14 April 2018, Part of the Mathematics in Industry book series (MATHINDUSTRY, volume 28) revealed.
Mithilfe des Netzwerkmodells können für eine Resonanz verantwortliche Parasitär- oder Funktionalbauteile ermittelt werden, so dass ein Konstrukteur gezielt Anpassungen an dem System vornehmen kann. Das obige Verfahren ermöglicht eine Analyse eines Gesamtsystems mithilfe eines Netzwerkmodells, um einen Resonanzkreis aufzufinden, der maßgeblich für eine zu untersuchende Resonanz bei einer bestimmten Frequenz verantwortlich ist.With the help of the network model, parasitic or functional components responsible for a resonance can be determined, so that a designer can make specific adjustments to the system. The above method enables an analysis of an entire system using a network model to find a resonant circuit that is largely responsible for a resonance of interest at a specific frequency.
Dies erfolgt durch Analyse des Netzwerkmodells bezüglich einer Eigenmode, die den wahrscheinlichsten Kandidaten für die Ursache der Resonanz darstellt.This is done by analyzing the network model for an eigenmode that represents the most likely candidate for the cause of the resonance.
Mithilfe einer Eigenwertzerlegung kann das Netzwerkmodell, das die elektrische Wirkung von konstruktiven mechanischen Bauteilen und elektronischen Bauteilen in einem gemeinsamen Netzwerkmodell vereint, analysiert werden. Hierzu wird eine entsprechende Eigenwertzerlegung zur Ermittlung der Potenzial- und Stromverteilung bei den Eigenmoden des Netzwerkmodells durchgeführt. Jedoch ist es nicht ohne weiteres möglich, ausgehend von der Potenzial- und Stromverteilung bei den Eigenmoden des Netzwerkmodells die für die entsprechende Resonanz maßgeblichen Bauelemente und die Quantifizierung ihres Anteils am Resonanzverhalten eindeutig zu identifizieren. Jedoch ist die eindeutige Identifikation des Beitrags von Bauelementen zu einer bestimmten vorliegenden Resonanz bedeutend, um das gesamte Systemdesign zu optimieren.The network model, which combines the electrical effect of constructive mechanical components and electronic components in a common network model, can be analyzed with the help of an eigenvalue decomposition. For this purpose, a corresponding eigenvalue decomposition is carried out to determine the potential and current distribution for the eigenmodes of the network model. However, it is not immediately possible to clearly identify the components that are decisive for the corresponding resonance and to quantify their contribution to the resonance behavior based on the potential and current distribution in the eigenmodes of the network model. However, the unambiguous identification of the contribution of components to a particular resonance at hand is important in order to optimize the overall system design.
Insbesondere sieht das obige Verfahren vor, zunächst ein Netzwerkmodell bereitzustellen, das aus einer Zusammenführung von konstruktiven mechanischen Bauteilen und elektronischen bzw. elektrischen Bauteilen aufgebaut ist. Das Netzwerkmodell entspricht einem elektrischen Netzwerk, in dem Funktionalbauteile des elektronischen bzw. elektrischen Bestandteils des Systems und in entsprechende Parasitärbauteile umgewandelte konstruktive mechanische Komponenten enthalten sind.In particular, the above method envisages first providing a network model which is constructed from a combination of constructive mechanical components and electronic or electrical components. The network model corresponds to an electrical network in which functional components of the electronic or electrical component of the system and constructive mechanical components converted into corresponding parasitic components are contained.
So kann beispielsweise das Frequenzverhalten einer elektronischen Schaltung durch Kondensatoren, Induktivitäten und Ohm'sche Widerstände in Form eines Ersatzschaltbilds dargestellt werden. Weiterhin können konstruktive mechanische Bauteile, insbesondere wenn diese leitfähig sind, als zusätzliche Parasitärbauteile in Form von Kapazitäten und Induktivitäten mit der elektronischen Schaltung wechselwirken und somit in dem Netzwerkmodell gemeinsam mit den Funktionalbauteilen berücksichtigt werden. Mithilfe eines geeigneten Extraktions-Verfahrens kann aus CAD-Konstruktionsdaten ein entsprechendes elektronisches Ersatzschaltbild konstruiert werden, das mit einem elektronischen Schaltbild zu einem entsprechenden Netzwerkmodell kombiniert werden kann.For example, the frequency behavior of an electronic circuit can be represented by capacitors, inductances and ohmic resistances in the form of an equivalent circuit diagram. Furthermore, constructive mechanical components, especially if they are conductive, can interact with the electronic circuit as additional parasitic components in the form of capacitances and inductances and can thus be taken into account in the network model together with the functional components. With the help of a suitable extraction method, a corresponding electronic equivalent circuit diagram can be constructed from CAD construction data, which can be combined with an electronic circuit diagram to form a corresponding network model.
Das resultierende Netzwerkmodell kann nun analysiert werden, um entsprechend einer Eigenwertzerlegung eine modale Darstellung des Systemverhaltens durch dessen Eigenwerte und entsprechende Eigenvektoren zu erhalten. Dies ermöglicht eine Darstellung des Netzwerkmodells durch dessen (entkoppelte) Eigenmoden.The resulting network model can now be analyzed in order to obtain a modal representation of the system behavior through its eigenvalues and corresponding eigenvectors according to an eigenvalue decomposition. This enables the network model to be represented by its (decoupled) eigenmodes.
Bei der Analyse des Netzwerkmodells sind bestimmte Resonanzen von besonderem Interesse, deren Amplitude signifikant ist, d. h. z.B. einen vorbestimmten Schwellenwert übersteigt. Zur weiteren individuellen Analyse jeder einzelnen Resonanz wird deswegen diejenige Eigenmode genauer untersucht, die am nächsten an der entsprechenden Resonanz liegt.When analyzing the network model, certain resonances are of particular interest, the amplitude of which is significant, i.e. H. e.g., exceeds a predetermined threshold. For further individual analysis of each individual resonance, the eigenmode that is closest to the corresponding resonance is therefore examined more closely.
Es wird für jede der ausgewählten Eigenmoden eine Analyse der Bauteile des Netzwerkmodells vorgenommen. Die Analyse hat das Ziel, die Verlustleistung in Ohm'schen Bauteilen und die gespeicherte Energie in energiespeichernden Bauteilen, wie z.B. in kapazitiven und induktiven Bauteilen, aufgrund der Strom- und Potentialverteilung der Eigenmode zu ermitteln. Aus der Energie- bzw. Verlustleistungsbetrachtung ergib sich eine Ordnungsliste der Bauteile mit den höchsten gespeicherten Energien und der Bauteile mit den höchsten Verlustleistungen. Basierend auf diesen Ordnungslisten der Bauteile mit den höchsten Verlustleistungen und den höchsten gespeicherten Energien kann eine Identifikation des Resonanzkreises durchgeführt werden.An analysis of the components of the network model is carried out for each of the selected eigenmodes. The aim of the analysis is to determine the power loss in ohmic components and the energy stored in energy-storing components, such as capacitive and inductive components, based on the current and potential distribution of the eigenmode. From the energy or power loss consideration, an order list of the components with the highest stored energies and the components with the highest power losses results. The resonant circuit can be identified based on these order lists of the components with the highest power losses and the highest stored energies.
Insbesondere kann das Auswählen des einen oder der mehreren als Kapazität oder Induktivität wirkenden Bauteile mit der/den höchsten gespeicherten Energien und/oder des einen oder der mehreren als ohmscher Widerstand wirkenden Bauteile mit der/den höchsten Verlustleistungen durchgeführt werden, indem für die ausgewählte Eigenmode eine Resonanzfrequenz und ein Dämpfungsfaktor ermittelt werden, wobei die Verlustleistungen und die gespeicherte Energien jeweils abhängig von dem Dämpfungsfaktor bzw. der Resonanzfrequenz bestimmt werden.In particular, the selection of the one or more components acting as a capacitance or inductance with the / the highest stored energies and / or the one or more components acting as an ohmic resistance with the / the highest power losses can be carried out by a for the selected natural mode The resonance frequency and a damping factor are determined, with the power losses and the stored energies being determined in each case as a function of the damping factor or the resonance frequency.
Weiterhin kann der maßgebliche Resonanzkreis ermittelt werden, indem die Stromflüsse durch alle Bauteile ermittelt werden und der Resonanzkreis abhängig von den Stromflüssen durch die Bauteile bestimmt wird.Furthermore, the relevant resonant circuit can be determined by determining the current flows through all components and determining the resonant circuit as a function of the current flows through the components.
Insbesondere können die Stromflüsse durch alle Bauteile bestimmt werden, wobei die Bauteile entsprechend der betragsmäßigen Höhe ihrer Stromflüsse in einer Ordnungsliste sortiert werden, wobei die Bauteile abhängig von ihren Positionen in der Ordnungsliste sukzessive den ausgewählten Bauteilen hinzugefügt werden, bis eine geschlossene Stromschleife mit allen ausgewählten Bauteilen gefunden wird, wobei die geschlossene Stromschleife dem maßgeblichen Resonanzkreis entspricht.In particular, the current flows through all components can be determined, with the components being sorted in an order list according to the magnitude of their current flows, with the components being successively added to the selected components depending on their positions in the order list, until a closed current loop with all selected components is found, where the closed current loop corresponds to the relevant resonant circuit.
Die Strompfade können durch Ermitteln von Knotenpotentialen in dem Netzwerkmodell bestimmt werden, wobei die die Ströme durch die Bauteile des Netzwerkmodells abhängig von den Knotenpotenzialen an Anschlüssen des betreffenden Bauteils bestimmt werden.The current paths can be determined by determining node potentials in the network model, with the currents through the components of the network model being determined as a function of the node potentials at connections of the relevant component.
Figurenlistecharacter list
Ausführungsformen werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
-
1 ein Blockdiagramm zur Veranschaulichung der Prozessschritte zur Durchführung eines Verfahrens zur Analyse eines Netzwerkmodells und zur Identifikation von für Resonanzen maßgeblichen Bauteilen; -
2 ein System mit einem Gehäuse, in dem eine elektronische Schaltung eingesetzt ist; und -
3 ein beispielhaftes Netzwerkmodell, das aus dem System zur Analyse des EMV-Verhaltens abgeleitet ist.
-
1 a block diagram to illustrate the process steps for carrying out a method for analyzing a network model and for identifying components that are decisive for resonances; -
2 a system having a housing in which an electronic circuit is inserted; and -
3 an exemplary network model derived from the EMC behavior analysis system.
Beschreibung von AusführungsformenDescription of Embodiments
Ein Gesamtsystem 1 ist beispielhaft in
Mit Bezug auf das Flussdiagramm wird ein Verfahren zur Identifikation von für eine Resonanz maßgeblichen Komponenten in dem Gesamtsystem 1 durchgeführt.With reference to the flowchart, a method for identifying components in the
Zur Untersuchung des Gesamtsystems 1 wird in Schritt S1 ein Netzwerkmodell 10 erstellt, das die Komponenten der elektronischen Schaltung 2 und des Gehäuses 3 als Ersatzschaltbild beschreibt. Die Komponenten der elektronischen Schaltung 2 werden hinsichtlich ihrer EMV-Wirkung zu Funktionalbauteilen zusammengefasst. Die elektrisch relevanten (z.B. leitfähigen oder dielektrischen) Komponenten des Gehäuses 2 werden hinsichtlich ihrer EMV-Wirkung durch Parasitärbauteile 15 beschrieben.To examine the
Beispielhaft ergibt sich aus dem Gesamtsystem 1 der
Das EMV-Netzwerkmodell wird mithilfe geeigneter Tools erstellt. Dazu wird ein EMV-Netzwerkmodell der elektronischen Schaltung (Ersatzschaltung) erstellt und dieses mithilfe eines geeigneten Extraktions-Verfahrens um Parasitärbauteile ergänzt, die sich aus der Wechselwirkung zwischen dem Gehäuse und der elektronischen Schaltung ergeben. Man erhält ein Netzwerkmodell aus den Parasitärbauteilen 15 und den Funktionalbauteilen 14.The EMC network model is created using appropriate tools. For this purpose, an EMC network model of the electronic circuit (equivalent circuit) is created and this is supplemented with the help of a suitable extraction process to include parasitic components that result from the interaction between the housing and the electronic circuit. A network model is obtained from the parasitic components 15 and the functional components 14.
Des Weiteren werden zunächst in Schritt S2 die Resonanzen des Gesamtsystems 1 durch Simulation oder Beobachtung eines Prototyps auf einem Prüfstand ermittelt.Furthermore, in step S2, the resonances of the
Für das in Schritt S1 bestimmte Netzwerkmodell 10 werden in Schritt S3 sämtliche Eigenmoden ermittelt.In step S3, all natural modes are determined for the network model 10 determined in step S1.
Das Netzwerkmodell kann mithilfe der Zustandsraumdarstellung und der LAPLACE-Transformierten s zu
Die Matrix G̃ enthält alle Widerstände, die parallel zu Induktivitäten oder Kapazitäten in der Schaltung auftreten. Sämtliche Kapazitäten sind in der Matrix C̃ repräsentiert. Die Matrix Ĩs repräsentiert die Stromquellen. Diese Matrizen werden in an sich bekannter Weise in der Knotenpotentialanalyse aufgestellt.The matrix G̃ contains all resistances that occur parallel to inductances or capacitances in the circuit. All capacities are represented in the matrix C̃. The matrix Ĩs represents the current sources. These matrices are set up in a manner known per se in the nodal potential analysis.
Die erweiterte Knotenpotentialanalyse ist an sich bekannt und dient dazu, die Knotenspannungen sowie Zweigströme zu ermitteln.The extended node potential analysis is known per se and is used to determine the node voltages and branch currents.
Der Zustandsvektor x besteht aus den Knotenspannungen V und den Strömen durch die Induktivitäten I. Da Spannungsquellen in äquivalente Stromquellen transformiert werden können, besteht der Anregungsvektor u nur aus den Stromquellen Ĩs, an den Knoten. Mithilfe der Eigenwertzerlegung (diagonale Eigenwertmatrix Λ, Eigenvektormatrix E) der obigen Zustandsraumdarstellung können die Zustandsgrößen x zu jedem Wert von s mittels
Das entkoppelte Gleichungssystem kann mit Y = E-1 und Bu = b nun als Summe
Dabei steht N für die Anzahl an Eigenvektoren in E bzw. Eigenwerten in Λ. Das elektrische Netzwerk lässt sich somit als Superposition aller Eigenmoden beschreiben.N stands for the number of eigenvectors in E or eigenvalues in Λ. The electrical network can thus be described as a superposition of all eigenmodes.
In einem nachfolgenden Schritt S4 werden die Resonanzfrequenz bzw. die Resonanzfrequenzen der bestimmten Resonanzen mit den Eigenfrequenzen der ermittelten Eigenmoden verglichen. Für eine bestimmte Resonanzfrequenz kann nun eine relevante Eigenmode ausgewählt werden, entsprechend dem Frequenzabstand zwischen der Resonanz und der Eigenfrequenz.In a subsequent step S4, the resonant frequency or the resonant frequencies of the determined resonances are compared with the natural frequencies of the determined natural modes. A relevant natural mode can now be selected for a specific resonance frequency, according to the frequency spacing between the resonance and the natural frequency.
Für Resonanzen mit ausreichend hoher Güte liegt die Resonanzfrequenz nah an der Eigenfrequenz der assoziierten Mode.For resonances of sufficiently high quality, the resonant frequency is close to the natural frequency of the associated mode.
Jede Resonanz des Systems kann durch die jeweils assoziierte Eigenmode approximiert werden zu
Das Maximum der i-ten komplexen Mode liegt somit bei
Dieser Term besteht dabei aus dem Dämpfungsfaktor ξi , dem Anregungsfaktor
Die Approximation der Resonanz einer Systemgröße über das Maximum der (in der Nähe liegenden) Eigenmode ermöglicht weiter eine direkte Berechnung der Resonanzeigenschaften.
- 1. Die Resonanzfrequenz zu
- 2. Der Dämpfungsfaktor ξi und damit die Güte
- 3. Die frequenzunabhängige Resonanzamplitude
- 1. The resonant frequency too
- 2. The damping factor ξ i and thus the quality
- 3. The frequency-independent resonance amplitude
In Schritt S5 wird zunächst die Verlustleistung der Bauteile, die als Ohm'schen Widerstände wirken, in Relation zur Gesamtverlustleistung der Mode gesetzt. Anschließend werden über eine Energiebetrachtung die Beiträge der energiespeichernden Bauteile, wie Kapazitäten und Induktivitäten, in Relation zur gesamten gespeicherten Energie der Mode gesetzt. Die Verlustbetrachtung und die Energiebetrachtung ermöglichen es, die maßgeblichen Bauteile des Resonanzkreises zu identifizieren und deren Einfluss auf das Resonanzverhalten zu quantifizieren.In step S5, the power loss of the components that act as ohmic resistances is first set in relation to the total power loss of the mode. Subsequently, an energy consideration the contributions of the energy-storing components, such as capacitances and inductances, are set in relation to the total energy stored in the mode. The loss consideration and the energy consideration make it possible to identify the relevant components of the resonant circuit and to quantify their influence on the resonance behavior.
Zur Quantifizierung der resonanzdämpfenden Bauteile wird der Zusammenhang zwischen Güte/Dämpfungsfaktor und Verlustleistung der Serien- und Parallelwiderstände aufgrund der Zustandsgrößen des zur ausgewählten Eigenmode gehörenden Eigenvektors betrachtet. Es ergibt sich folgender Zusammenhang:
Mit der gespeicherten modalen Energie WQ,i und den modalen Verlusten Pv,i der i-ten Eigenmode, welche sich aus den Verlustleistungen und den gespeicherten Energien in der Schaltungselementen zusammensetzt.With the stored modal energy W Q,i and the modal losses P v,i of the i-th eigenmode, which is made up of the power losses and the stored energies in the circuit elements.
Die obige Gleichung stellt eine auf Eigenvektoren basierende Gleichung der Resonanzgüte der Eigenmode dar. Die Einzelterme der Verluste berechnen sich durch
Die Ströme IRj und Spannungen UGj bestimmen sich direkt aus den Eigenvektoren. Um die Verlustleistungen PG
PV ist die absolute Gesamtverlustleistung und, PG
Somit kann der Beitrag jedes Bauteils zur Gesamtdämpfung/Güte der Resonanz prozentual bewertet werden. Damit lässt sich der Einfluss aller resistiven Bauteile auf die Dämpfung quantifizieren und die für die Resonanz relevanten Bauteile bestimmen.Thus, the contribution of each component to the overall damping/quality of the resonance can be evaluated as a percentage. This allows the influence of all resistive components on the damping to be quantified and the components relevant to the resonance to be determined.
Im Weiteren soll nun eine Beziehung zwischen der Modenresonanzfrequenz und den induktiv sowie kapazitiv wirkenden Bauteile der Netzwerkschaltung hergestellt werden. Als Grundlage dient die Energiebetrachtung der induktiv sowie kapazitiv wirkende Bauteile aufgrund der Zustandsgrößen der zur Eigenmode gehörenden Eigenvektoren.Furthermore, a relationship between the mode resonance frequency and the inductive and capacitive components of the network circuit is to be established. The basis is the energy analysis of the inductive and capacitive components based on the state variables of the eigenvectors belonging to the eigenmode.
Entsprechend den obigen Zusammenhängen gilt:
Für die Gesamtenergie WC der Kapazitäten C gilt:
Die Größen nL und nc geben die Anzahl der Kapazitäten und Induktivitäten an, mit den Kapazitätsspannungen VC
und den Induktivitätsströmen IL
and the inductance currents I L
Mit den bekannten Zusammenhängen aus der beschriebenen Verlustbetrachtung folgt
Für die Energieberechnung der Induktivität wird folgende Berechnungsvorschrift gewählt
Um die Energien der Bauteile vergleichbar zu machen, werden diese bzgl. der Gesamtenergie normiert:
Da Wc = WL gilt, können auch die Induktivitäten und Kapazitäten miteinander verglichen werden. Somit kann der Beitrag jedes Bauteils zur Resonanzfrequenz der gewählten Eigenmode und damit zur Resonanzfrequenz der Systemgröße prozentual bewertet werden.Since Wc = W L applies, the inductances and capacitances can also be compared with one another. In this way, the contribution of each component to the resonant frequency of the selected natural mode and thus to the resonant frequency of the system size can be evaluated as a percentage.
In einem nachfolgenden Schritt S6 werden die Bauteile, für die die Verlustleistungen identifiziert wurden, und die Bauteile, für die die gespeicherte Energie ermittelt wurde, sortiert und in Schritt S7 eine Anzahl der Bauteile mit den höchsten Verlustleistungen und eine Anzahl der Bauteile mit den höchsten gespeicherten Energien als Bestandteile eines für die Resonanz maßgeblichen Resonanzkreises ermittelt.In a subsequent step S6, the components for which the power losses were identified and the components for which the stored energy was determined are sorted and in step S7 a number of components with the highest power losses and a number of components with the highest stored Energies are determined as components of a resonant circuit that is decisive for the resonance.
Im Folgenden wird in Schritt S8 basierend auf den entsprechenden ausgewählten Bauteilen mithilfe einer Stromkreisidentifikation ein Resonanzkreis durch die identifizierten Bauteile bestimmt. Dies erfordert die korrekte Verbindung zwischen den identifizierten Bauteilen herzustellen, was besonders in komplexen Strukturen nicht trivial ist.In step S8, based on the corresponding selected components, a resonant circuit is then determined by the identified components with the aid of a circuit identification. This requires making the correct connection between the identified components, which is not trivial, especially in complex structures.
Bei einem elektrischen Schwingkreis findet ein Ladungsaustausch durch Elektronen statt. Der Ladungsaustausch wird über die Ströme entlang der Bauteile beschrieben. Der Resonanzkreis kann somit identifiziert werden, indem die Kanten der Netzwerkschaltung mit den betragsmäßig größten Strömen berücksichtigt werden. Die Ströme der Induktivitäten bzw. Serienwiderstände sind dabei bereits in den Eigenvektoren enthalten. Die fehlenden Ströme der Kapazitäten und Parallelwiderstände können aus den Knotenpotentialen sowie der Kapazitäts- bzw. Widerstandsmatrix errechnet werden.In an electrical oscillating circuit, a charge exchange takes place through electrons. The charge exchange is described by the currents along the components. The resonant circuit can thus be identified by taking into account the edges of the network circuit with the highest currents in terms of magnitude. The currents of the inductances or series resistances are already included in the eigenvectors. The missing currents of the capacitances and parallel resistances can be calculated from the node potentials and the capacitance or resistance matrix.
Die Resonanzkreise ergeben sich insbesondere durch diejenigen Strompfade zwischen zwei ausgewählten Bauteilen, die den höchsten Strom führen.The resonant circuits result in particular from those current paths between two selected components that carry the highest current.
Somit werden zwischen den identifizierten Bauteilen die Strompfade mit den höchsten Strömen identifiziert, um die Stromflusskreise zu schließen und dadurch den Resonanzkreis zu identifizieren. Ein so identifizierter Resonanzkreis, der als maßgeblich für die zu untersuchende Resonanz angesehen werden kann, ermöglicht es nun einem Fachmann, entsprechende Änderungen zur Entstörung des Systems vorzunehmen. Insbesondere können die Bauteile des Resonanzkreises, die Parasitärbauteilen entsprechen, tatsächlichen konstruktiven Gehäuseeigenschaften, und Bauteile, die Funktionalbauteilen entsprechen, der elektronischen Schaltung zugeordnet werden, so dass der Fachmann zielgerichtet Änderungen vornehmen kann, um die Resonanz zu optimieren, insbesondere zu dämpfen bzw. zu unterdrücken.Thus, the current paths with the highest currents are identified between the identified components in order to close the current flow circuits and thereby identify the resonant circuit. A resonant circuit identified in this way, which can be regarded as decisive for the resonance to be examined, now enables a person skilled in the art to make appropriate changes to suppress interference in the system. In particular, the components of the resonant circuit that correspond to parasitic components can be assigned to the actual structural housing properties and components that correspond to functional components, to the electronic circuit, so that the person skilled in the art can make targeted changes in order to optimize the resonance, in particular to dampen or suppress it .
Insbesondere können alle Stromflüsse durch alle Bauteile des Netzwerkmodells bestimmt werden, wobei die Bauteile entsprechend der betragsmäßigen Höhe ihrer Stromflüsse in einer Ordnungsliste sortiert werden. Die Bauteile abhängig von ihren Positionen in der Ordnungsliste sukzessive den in Schritt S7 ausgewählten Bauteilen hinzugefügt werden, bis eine geschlossene Stromschleife mit allen ausgewählten Bauteilen gefunden wird, wobei die geschlossene Stromschleife dem maßgeblichen Resonanzkreis entspricht. Die Strompfade können durch Ermitteln von Knotenpotentialen in dem Netzwerkmodell bestimmt werden, wobei die die Ströme durch die Bauteile des Netzwerkmodells abhängig von den Knotenpotenzialen an Anschlüssen des betreffenden Bauteils bestimmt werden.In particular, all current flows through all components of the network model can be determined, with the components being sorted in an order list according to the magnitude of their current flows. The components are successively added to the components selected in step S7, depending on their positions in the order list, until a closed current loop is found with all selected components, the closed current loop corresponding to the relevant resonant circuit. The current paths can be determined by determining node potentials in the network model, with the currents through the components of the network model being determined as a function of the node potentials at connections of the relevant component.
Claims (10)
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102021208276.9A DE102021208276A1 (en) | 2021-07-30 | 2021-07-30 | Procedure for modal analysis and identification of resonant circuits in an electrical network model |
PCT/EP2022/070331 WO2023006540A1 (en) | 2021-07-30 | 2022-07-20 | Method for the modal analysis and identification of resonant circuits in an electrical network model |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102021208276.9A DE102021208276A1 (en) | 2021-07-30 | 2021-07-30 | Procedure for modal analysis and identification of resonant circuits in an electrical network model |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE102021208276A1 true DE102021208276A1 (en) | 2023-02-02 |
Family
ID=82932502
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE102021208276.9A Withdrawn DE102021208276A1 (en) | 2021-07-30 | 2021-07-30 | Procedure for modal analysis and identification of resonant circuits in an electrical network model |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE102021208276A1 (en) |
WO (1) | WO2023006540A1 (en) |
-
2021
- 2021-07-30 DE DE102021208276.9A patent/DE102021208276A1/en not_active Withdrawn
-
2022
- 2022-07-20 WO PCT/EP2022/070331 patent/WO2023006540A1/en unknown
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
WO2023006540A1 (en) | 2023-02-02 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP2442248B1 (en) | Coupling method for non-iterative co-simulation | |
DE102004036813A1 (en) | Method for generating a circuit model | |
DE112020004464T5 (en) | SIMULATION CORRECTION THROUGH MEASUREMENTS AND DEEP LEARNING PRIORITY | |
DE10226947A1 (en) | Simulating electronic circuit with number of gates involves transforming leakage parameters extracted for test frequencies per gate into time domain representation of electronic circuit | |
WO2015082107A2 (en) | Method and device for determining a data-based functional model | |
WO2020148344A1 (en) | Method and arrangement for determining the electromagnetic compatibility (emc) of a technical system | |
DE102021124445A1 (en) | META-FEATURE TRAINING MODELS FOR MACHINE LEARNING ALGORITHMS | |
DE102013227183A1 (en) | Method and apparatus for providing a sparse Gaussian process model for calculation in an engine control unit | |
DE19626984C1 (en) | Process for computer-aided determination of a system context function | |
DE102019130971A1 (en) | Computer-implemented method for simulating an electrical circuit | |
DE102021208276A1 (en) | Procedure for modal analysis and identification of resonant circuits in an electrical network model | |
DE112006003729T5 (en) | Test time calculator | |
WO1999048030A1 (en) | Method and device for determining a fault in a technical system | |
DE102013206291A1 (en) | Method and apparatus for creating a non-parametric, data-based function model | |
DE102004021421A1 (en) | Method for providing a high-frequency equivalent circuit for electronic components | |
WO2023021022A1 (en) | System for ascertaining internal load states of a mechanical component | |
DE102021210303A1 (en) | Method for modal analysis and optimization of resonance properties in an electromechanical product | |
EP0978052B1 (en) | Computer-aided selection of training data for neural networks | |
EP1257904B1 (en) | Method for the generation of a series of random numbers of a 1/f noise | |
EP3786650A1 (en) | Method and device for providing a behaviour model for simulating electromagnetic interference emissions of an electrical or electronic component | |
DE19917045A1 (en) | Procedure for determining the deformations and stresses of an overall structure consisting of substructures | |
DE102020118626A1 (en) | Method and devices for calculating a state of an electromechanical object | |
EP3786651B1 (en) | Method and device for providing a behaviour model for simulating electromagnetic interference emissions of an electrical or electronic component | |
EP1212691B1 (en) | Computer-assisted method for the parallel calculation of the operating point of electric circuits | |
DE102020133654B3 (en) | Computer-implemented method for modifying a component of a computer-generated model of a motor vehicle |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R163 | Identified publications notified | ||
R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee |