CN116562202A - 一种滤波组件分析方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本申请提供一种滤波组件分析方法及装置，该方法包括：获取滤波组件的三维模型、激励源数据、功率开关管模型、直流支撑电容和X/Y电容的S参数模型；在三维模型中添加X/Y电容、直流支撑电容和功率开关管的端口，得到目标三维模型；根据目标三维模型、激励源数据、功率开关管模型、直流支撑电容和S参数模型，搭建一维仿真电路；分别求解一维仿真电路和三维模型在直流/交流激励源下的目标仿真参数；判断目标仿真参数是否满足预设要求；若是，则输出一维仿真电路、三维模型和仿真参数。可见，该方法及装置能够同时兼顾电磁兼容性能、热性能和安全性能的分析，适用范围广，分析全面，从而能够实现准确地对滤波组件的性能进行分析优化。
Description
技术领域
本申请涉及电力电子设备技术领域，具体而言，涉及一种滤波组件分析方法及装置。
背景技术
滤波组件作为电力电子设备中重要的组成部分，特别对于电源和逆变器是不可缺少的，即实现了将开关噪声尽量限制在设备内部，不通过传导或辐射的途径影响共同接入电网或运行在周边的其他设备，也避免了来自电网或周边的噪声影响该设备的正常工作。现有方法中，针对滤波组件只能开展单一目标的仿真分析，无法同时兼顾电磁兼容性能、热性能和安全性能等性能的仿真分析。可见，现有滤波组件分析方法不全面，适用范围小，从而无法准确地对滤波组件的性能进行分析优化。
发明内容
本申请实施例的目的在于提供一种滤波组件分析方法及装置，能够同时兼顾电磁兼容性能、热性能和安全性能的分析，适用范围广，分析全面，从而能够实现准确地对滤波组件的性能进行分析优化。
本申请第一方面提供了一种滤波组件分析方法，包括：
获取滤波组件的三维模型、激励源数据、功率开关管模型、直流支撑电容和X/Y电容的S参数模型；
在所述三维模型中添加X/Y电容的端口、直流支撑电容的端口和功率开关管的端口，得到目标三维模型；
根据所述目标三维模型、所述激励源数据、所述功率开关管模型、所述直流支撑电容和所述X/Y电容的S参数模型，搭建一维仿真电路；
分别求解所述一维仿真电路和所述三维模型在直流/交流激励源下的目标仿真参数；其中，所述目标仿真参数包括一维仿真电路的仿真参数和三维模型的仿真参数，所述一维仿真电路的仿真参数包括电流电压时域波形和插入损耗频谱曲线，所述三维模型的仿真参数温升时域曲线和绝缘场强的频率分布图；
判断所述目标仿真参数是否满足预设要求；
如果是，输出所述一维仿真电路、所述三维模型和所述目标仿真参数。
在上述实现过程中，该方法可以优先获取滤波组件的三维模型、激励源数据、功率开关管模型、直流支撑电容和X/Y电容的S参数模型；并在三维模型中添加X/Y电容的端口、直流支撑电容的端口和功率开关管的端口，得到目标三维模型；然后，根据目标三维模型、激励源数据、功率开关管模型、直流支撑电容和X/Y电容的S参数模型，搭建一维仿真电路；再后，分别求解一维仿真电路和三维模型在直流/交流激励源下的目标仿真参数；最后，再判断目标仿真参数是否满足预设要求；并在仿真参数满足预设要求时，输出一维仿真电路、三维模型和目标仿真参数。可见，该方法能够同时兼顾电磁兼容性能、热性能和安全性能的分析，适用范围广，分析全面，从而能够实现准确地对滤波组件的性能进行分析优化。
进一步地，所述根据所述目标三维模型、所述激励源数据、所述功率开关管模型、所述直流支撑电容和所述X/Y电容的S参数模型，搭建一维仿真电路，包括：
求解所述目标三维模型的S参数模型；
根据所述目标三维模型的S参数模型、所述激励源数据、所述功率开关管模型、所述直流支撑电容和所述X/Y电容的S参数模型，搭建一维仿真电路。
进一步地，所述方法还包括：
当判断出所述目标仿真参数不满足所述预设要求时，通过预设的随机优化算法和预设的局部优化算法分别对所述一维仿真电路和所述三维模型进行优化，得到优化好的一维仿真电路和优化好的三维模型，并执行所述的根据所述目标三维模型、所述激励源数据、所述功率开关管模型、所述直流支撑电容和所述X/Y电容的S参数模型，搭建一维仿真电路。
进一步地，所述通过预设的随机优化算法和预设的局部优化算法分别对所述一维仿真电路和所述三维模型进行优化，得到优化好的一维仿真电路和优化好的三维模型，包括：
根据所述目标仿真参数确定第一待优化目标和第二待优化目标；
获取所述第一待优化目标的第一优化范围以及所述第一待优化目标的第一目标权重；以及获取所述第二待优化目标的第二优化范围以及所述第二待优化目标的第二目标权重；
在所述一维仿真电路中添加所述第一待优化目标、所述第一优化范围以及所述第一目标权重，得到目标一维仿真电路；以及在所述三维模型中添加所述第二待优化目标、所述第二优化范围以及所述第二目标权重，得到待处理三维模型；
通过预设的随机优化算法和预设的局部优化算法分别对所述目标一维仿真电路和所述待处理三维模型进行优化迭代，得到优化好的一维仿真电路和优化好的三维模型。
进一步地，所述分别求解所述一维仿真电路和所述三维模型在直流/交流激励源下的目标仿真参数，包括：
根据所述一维仿真电路计算开关管导通/关断时的一维仿真电路的仿真参数；其中，所述一维仿真电路的仿真参数包括电流电压时域波形和插入损耗频谱曲线；
确定所述目标三维模型的求解变量；
将所述求解变量设置为预设值，得到待仿真三维模型；
在所述待仿真三维模型中添加直流/交流激励后，获取三维模型的仿真参数；其中，所述三维模型的仿真参数包括温升时域曲线和绝缘场强的频率分布图；
汇总所述一维仿真电路的仿真参数和所述三维模型的仿真参数，得到目标仿真参数。
进一步地，所述判断所述目标仿真参数是否满足预设要求，包括：
判断所述电流电压时域波形的波形尖峰是否满足预设的波形尖峰要求；
如果满足所述波形尖峰要求，判断所述插入损耗频谱曲线中对应频段抑制是否满足预设的频段抑制要求；
如果满足所述频段抑制要求，则判断所述温升时域曲线在预设的运行时间范围内温度是否超过预设温度范围；
如果不超过所述预设温度范围，则根据所述绝缘场强的频率分布图判断叠层母排中绝缘材料的绝缘场强是否超过预设的材料可接受范围；
如果不超过所述材料可接受范围，则确定所述目标仿真参数满足预设要求。
本申请第二方面提供了一种滤波组件分析装置，所述滤波组件分析装置包括：
获取单元，用于获取滤波组件的三维模型、激励源数据、功率开关管模型、直流支撑电容和X/Y电容的S参数模型；
端口添加单元，用于在所述三维模型中添加X/Y电容的端口、直流支撑电容的端口和功率开关管的端口，得到目标三维模型；
搭建单元，用于根据所述目标三维模型、所述激励源数据、所述功率开关管模型、所述直流支撑电容和所述X/Y电容的S参数模型，搭建一维仿真电路；
求解单元，用于分别求解所述一维仿真电路和所述三维模型在直流/交流激励源下的目标仿真参数；其中，所述目标仿真参数包括一维仿真电路的仿真参数和三维模型的仿真参数，所述一维仿真电路的仿真参数包括电流电压时域波形和插入损耗频谱曲线，所述三维模型的仿真参数温升时域曲线和绝缘场强的频率分布图；
判断单元，用于判断所述目标仿真参数是否满足预设要求；
输出单元，用于当判断出所述目标仿真参数满足预设要求时，输出所述一维仿真电路、所述三维模型和所述目标仿真参数。
在上述实现过程中，该装置可以通过获取单元获取滤波组件的三维模型、激励源数据、功率开关管模型、直流支撑电容和X/Y电容的S参数模型；通过端口添加单元在三维模型中添加X/Y电容的端口、直流支撑电容的端口和功率开关管的端口，得到目标三维模型；通过搭建单元来根据目标三维模型、激励源数据、功率开关管模型、直流支撑电容和X/Y电容的S参数模型，搭建一维仿真电路；通过求解单元分别求解所述一维仿真电路和所述三维模型在直流/交流激励源下的目标仿真参数；通过判断单元判断目标仿真参数是否满足预设要求；再通过输出单元当判断出仿真参数满足预设要求时，输出一维仿真电路、三维模型和目标仿真参数。可见，该装置能够同时兼顾电磁兼容性能、热性能和安全性能的分析，适用范围广，分析全面，从而能够实现准确地对滤波组件的性能进行分析优化。
进一步地，所述搭建单元包括：
第一求解子单元，用于求解所述目标三维模型的S参数模型；
搭建子单元，用于根据所述目标三维模型的S参数模型、所述激励源数据、所述功率开关管模型、所述直流支撑电容和所述X/Y电容的S参数模型，搭建一维仿真电路。
进一步地，所述滤波组件分析装置还包括：
优化单元，用于当判断出所述目标仿真参数不满足所述预设要求时，通过预设的随机优化算法和预设的局部优化算法分别对所述一维仿真电路和所述三维模型进行优化，得到优化好的一维仿真电路和优化好的三维模型，并触发所述搭建单元执行所述根据所述目标三维模型、所述激励源数据、所述功率开关管模型、所述直流支撑电容和所述X/Y电容的S参数模型，搭建一维仿真电路的操作。
进一步地，所述优化单元包括：
第一确定子单元，用于根据所述目标仿真参数确定第一待优化目标和第二待优化目标；
第一获取子单元，用于获取所述第一待优化目标的第一优化范围以及所述第一待优化目标的第一目标权重；以及获取所述第二待优化目标的第二优化范围以及所述第二待优化目标的第二目标权重；
添加子单元，用于在所述一维仿真电路中添加所述第一待优化目标、所述第一优化范围以及所述第一目标权重，得到目标一维仿真电路；以及在所述三维模型中添加所述第二待优化目标、所述第二优化范围以及所述第二目标权重，得到待处理三维模型；
优化子单元，用于通过预设的随机优化算法和预设的局部优化算法分别对所述目标一维仿真电路和所述待处理三维模型进行优化迭代，得到优化好的一维仿真电路和优化好的三维模型。
进一步地，所述求解单元包括：
第二求解子单元，用于根据所述一维仿真电路计算开关管导通/关断时的一维仿真电路的仿真参数；其中，所述一维仿真电路的仿真参数包括电流电压时域波形和插入损耗频谱曲线；
第二确定子单元，用于确定所述目标三维模型的求解变量；
设置子单元，用于将所述求解变量设置为预设值，得到待仿真三维模型；
第二获取子单元，用于在所述待仿真三维模型中添加直流/交流激励后，获取三维模型的仿真参数；其中，所述三维模型的仿真参数包括温升时域曲线和绝缘场强的频率分布图；
汇总子单元，用于汇总所述一维仿真电路的仿真参数和所述三维模型的仿真参数，得到目标仿真参数。
进一步地，所述判断单元包括：
判断子单元，用于判断所述电流电压时域波形的波形尖峰是否满足预设的波形尖峰要求；
所述判断子单元，还用于在满足所述波形尖峰要求时，判断所述插入损耗频谱曲线中对应频段抑制是否满足预设的频段抑制要求；
所述判断子单元，还用于在满足所述频段抑制要求时，则判断所述温升时域曲线在预设的运行时间范围内温度是否超过预设温度范围；
所述判断子单元，还用于在不超过所述预设温度范围时，根据所述绝缘场强的频率分布图判断叠层母排中绝缘材料的绝缘场强是否超过预设的材料可接受范围；
第三确定子单元，用于在不超过所述材料可接受范围时，确定所述目标仿真参数满足预设要求。
本申请第三方面提供了一种电子设备，包括存储器以及处理器，所述存储器用于存储计算机程序，所述处理器运行所述计算机程序以使所述电子设备执行本申请第一方面中任一项所述的滤波组件分析方法。
本申请第四方面提供了一种计算机可读存储介质，其存储有计算机程序指令，所述计算机程序指令被一处理器读取并运行时，执行本申请第一方面中任一项所述的滤波组件分析方法。
本申请的有益效果为：该方法及装置能够同时兼顾电磁兼容性能、热性能和安全性能的分析，适用范围广，分析全面，从而能够实现准确地对滤波组件的性能进行分析优化。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本申请实施例提供的一种滤波组件分析方法的流程示意图；
图2为本申请实施例提供的另一种滤波组件分析方法的流程示意图；
图3为本申请实施例提供的一种滤波组件分析装置的结构示意图；
图4为本申请实施例提供的另一种滤波组件分析装置的结构示意图；
图5为本申请实施例提供的一种滤波组件分析方法的举例流程示意图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行描述。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
实施例1
请参看图1，图1为本实施例提供了一种滤波组件分析方法的流程示意图。其中，该滤波组件分析方法包括：
S101、获取滤波组件的三维模型、激励源数据、功率开关管模型、直流支撑电容和X/Y电容的S参数模型。
本实施例中，激励源为直流/交流激励源。
S102、在三维模型中添加X/Y电容的端口、直流支撑电容的端口和功率开关管的端口，得到目标三维模型。
S103、根据目标三维模型、激励源数据、功率开关管模型、直流支撑电容和X/Y电容的S参数模型，搭建一维仿真电路。
S104、分别求解一维仿真电路和三维模型在直流/交流激励源下的目标仿真参数。
本实施例中，目标仿真参数包括一维仿真电路的仿真参数和三维模型的仿真参数，一维仿真电路的仿真参数包括电流电压时域波形和插入损耗频谱曲线，三维模型的仿真参数温升时域曲线和绝缘场强的频率分布图。
S105、判断目标仿真参数是否满足预设要求，若是，则执行步骤S106；若否，则结束本流程。
本实施例中，该方法可以获取多个优化目标的仿真参数，并判断是否满足目标要求。具体的，该方法可以根据电流和电压时域波形、插入损耗频谱曲线、温升时域曲线和绝缘场强的频率分布图，判断是否满足目标要求。
S106、输出一维仿真电路、三维模型和目标仿真参数。
本实施例中，针对滤波组件通常是按照标准端口阻抗求解插入损耗，适用范围有限的缺点。本方法使用电压激励源和开关管非线性模型或其端口阻抗模型搭建一维仿真电路，更好等效开关电路实际工作状态，通过导入不同开关管的非线性模型，实现灵活更换不同的IGBT或SIC器件，从而获得更好地适配不同厂家、不同批次、不同材料开关管的滤波组件。
同时，针对滤波组件只能开展单一目标设计及优化，不能兼顾电磁兼容性能、热性能和安全性能等性能的缺点。本方法通过一维仿真电路和三维电磁热的场分析，对插入损耗、开关管导通/关断的电压/电流时域波形、温升分布和绝缘场强等多目标及其权重进行设置和优化迭代，从而可以在正向设计阶段一次性获得满足电磁兼容性能和安全性能要求的滤波组件，通过成熟的随机优化算法和局部优化算法递进寻优，从而能够获得上述性能最优解的滤波组件。
本实施例中，该方法的执行主体可以为计算机、服务器等计算装置，对此本实施例中不作任何限定。
在本实施例中，该方法的执行主体还可以为智能手机、平板电脑等智能设备，对此本实施例中不作任何限定。
可见，实施本实施例所描述的滤波组件分析方法，能够利用多物理场，多学科分析和优化方法，实现了在正向设计阶段一次性获得满足电磁兼容性能和安全性能要求的滤波组件，具有很好的完备性。基于成熟的优化算法，该方法可以采用随机优化算法获得全局较优解，再进一步采用梯度/拟牛顿等局部优化算法获得全局最优解，还可以根据自定义的优化算法开展对滤波组件拓扑结构的优化和迭代。另外，该方法可以充分利用叠层母排的优势，使得母排局部分布参数相对集中，为电磁兼容性能提供合理滤波路径，实现结构紧凑，回流路径对称，差模/共模互相转化达到最小。此外，该方法同样适用于射频微波设备中滤波器的滤波性能和安全性能的评估和优化，只需要将交直流激励和IGBT端口阻抗模型换成50欧姆标准阻抗端口，磁环电感更换为射频微波设备用的空心电感的S参数模型，就可以按照本方法提出的方法开展射频微波设备中滤波器性能的评估和优化。可见，该方法的适用范围更广，分析能力更全面。综上，该方法可以应用在多个自研项目正向设计中，能够有效保证滤波组件的安全性能和电磁兼容性能，且实用性强。
实施例2
请参看图2，图2为本实施例提供了一种滤波组件分析方法的流程示意图。其中，该滤波组件分析方法包括：
S201、获取滤波组件的三维模型、激励源数据、功率开关管模型、直流支撑电容和X/Y电容的S参数模型。
本实施例中，该方法具体可以导入滤波组件三维模型，磁环和母排的几何参数和材料参数设置为变量。
在本实施例中，该方法可以导入滤波组件三维模型，将磁环的长度、宽度、外直径、内直径，正负母排的宽度、厚度，磁环磁导率，绝缘纸的介电常数等设置为变量。
S202、在三维模型中添加X/Y电容的端口、直流支撑电容的端口和功率开关管的端口，得到目标三维模型。
本实施例中，该方法可以在滤波组件的三维模型中X/Y电容、直流支撑电容和功率开关管位置添加端口。
在本实施例中，该方法可以在滤波组件的三维模型中X/Y电容、直流支撑电容和功率开关管位置添加集总端口。
S203、求解目标三维模型的S参数模型。
S204、根据目标三维模型的S参数模型、激励源数据、功率开关管模型、直流支撑电容和X/Y电容的S参数模型，搭建一维仿真电路。
本实施例中，该方法可以搭建一维仿真电路仿真电路。
在本实施例中，该方法具体可以求解滤波组件三维模型的S参数，与直流/交流激励源、功率开关管模型、和X/Y电容的S参数模型搭建一维仿真电路，设置扫描频率范围DC-200MHz。
S205、根据一维仿真电路计算开关管导通/关断时的一维仿真电路的仿真参数。
本实施例中，一维仿真电路的仿真参数包括电流电压时域波形和插入损耗频谱曲线。
S206、确定目标三维模型的求解变量。
S207、将求解变量设置为预设值，得到待仿真三维模型。
S208、在待仿真三维模型中添加直流/交流激励后，获取三维模型的仿真参数。
本实施例中，三维模型的仿真参数包括温升时域曲线和绝缘场强的频率分布图。
在本实施例中，该方法还可以求解单位激励下三维场分布。具体的，该方法根据器件和母排的参数，设置为预选值，求解待仿真三维模型在单位激励下，表面电流密度分布、近电场等三维场分布，通常为1V或1W。
S209、汇总一维仿真电路的仿真参数和三维模型的仿真参数，得到目标仿真参数。
S210、判断电流电压时域波形的波形尖峰是否满足预设的波形尖峰要求，若是，则执行步骤S211；若否，则执行步骤S215。
S211、判断插入损耗频谱曲线中对应频段抑制是否满足预设的频段抑制要求，若是，则执行步骤S212；若否，则执行步骤S215。
S212、判断温升时域曲线在预设的运行时间范围内温度是否超过预设温度范围，若是，则执行步骤S215；若否，则执行步骤S213。
S213、根据绝缘场强的频率分布图判断叠层母排中绝缘材料的绝缘场强是否超过预设的材料可接受范围，若是，则执行步骤S215；若否，则执行步骤S214。
S214、确定目标仿真参数满足预设要求，并执行步骤S219。
S215、根据目标仿真参数确定第一待优化目标和第二待优化目标。
S216、获取第一待优化目标的第一优化范围以及第一待优化目标的第一目标权重；以及获取第二待优化目标的第二优化范围以及第二待优化目标的第二目标权重。
S217、在一维仿真电路中添加第一待优化目标、第一优化范围以及第一目标权重，得到目标一维仿真电路；以及在三维模型中添加第二待优化目标、第二优化范围以及第二目标权重，得到待处理三维模型。
本实施例中，该方法可以在不满足要求的时候，在一维仿真电路中添加多个优化目标、权重。具体的，该方法可以在一维仿真电路中添加每一个优化目标及范围，并为每个优化目标设置权重。
S218、通过预设的随机优化算法和预设的局部优化算法分别对目标一维仿真电路和待处理三维模型进行优化迭代，得到优化好的一维仿真电路和优化好的三维模型，并执行步骤S203。
在本实施例中，该方法可以利用随机优化算法进行优化和迭代，使仿真结果趋近于或满足优化目标，更新各个参数。具体的，该方法可以设置随机优化算法，使仿真结果趋近于或者满足优化目标，更新每一个母排、磁环和电容参数。
在本实施例中，该方法可以利用局部优化算法进行优化和迭代，使全部优化目标都满足要求，更新各个参数。具体的，该方法可以设置局部优化算法，使仿真结果满足优化目标并达到最优，更新每一个母排、磁环和电容参数。
S219、输出一维仿真电路、三维模型和目标仿真参数。
请参看图5，图5为本申请实施例提供的滤波组件分析方法的举例流程示意图。其中，导入滤波组件三维实体模型，通常情况下在设备正向开发前期就可获得。该三维实体模型包含直流母排、磁环、开关管封装和壳体等部分。此时，将磁环的长度、宽度、外直径、内直径，正负母排的宽度、厚度，磁环磁导率，绝缘纸的介电常数等设置为变量并添加可调整范围，参数可以设置成绝对变量，也可以设置为相对与另一个变量的相关变量，如磁环内直径可以设置为母排厚度的一个相关变量。同时，为了保证加工的可行性，滤波组件的几何尺寸参数对应变量值应该是离散型，不再是连续性。在滤波组件的三维模型中X/Y电容、直流支撑电容和功率开关管位置添加集总端口。
然后，求解滤波组件三维模型的S参数，设置扫描频率范围DC-200MHz。滤波组件S参数模型与直流/交流激励源、功率开关管模型和X/Y电容的S参数模型搭建一维仿真电路。其中，交流激励源用于得到滤波组件的插入损耗，直流激励源用于得到功率开关管的开通/关断过程电压/电流的时域曲线；功率开关管模型可以是端口阻抗模型亦可以是非线性模型，X/Y电容S参数模型由器件厂家提供，也可以通过测试阻抗参数获得。根据器件和母排的参数，设置为预选值，求解单位激励下，通常为1V或1W，表面电流密度分布、近电场等三维场分布，添加直流/交流激励源获得滤波组件三维实体模型的温升和绝缘场强，及其最大值和最值所在位置。
在本实施例中，电流和电压时域波形、插入损耗频谱曲线、温升时域曲线和绝缘场强的频率分布图，目标如下：
判断电流/电压时域波形尖峰是否满足要求；
判断插入损耗曲线中对应频段抑制是否满足要求；
判断温升曲线在运行时间范围内温度是否超过预设范围；
判断叠层母排中绝缘材料的绝缘场强是否超过材料可接受范围。
在本实施例中，如果不满足要求，在一维仿真电路中添加上述所涉及的每一个优化目标及允许范围，并为每个优化目标设置权重，温升和插入损耗的权重通常较高。设置随机优化算法，使仿真结果趋近于或者满足优化目标，更新每一个母排、磁环和电容参数。进一步设置局部优化算法，使仿真结果满足优化目标并达到最优，更新每一个母排、磁环和电容参数，其中局部优化算法包括梯度优化算法和拟牛顿优化算法等算法。无论通过随机优化算法是否满足优化目标，都必须进行局部优化算法优化。当随机优化算法已经满足优化目标时，可以将优化目标适当加严再进行局部优化算法，使得获得优化结果为最优解。当局部优化算法不能满足优化目标要求，可以适当放宽优化目标，或者根据自定义的优化算法，对滤波组件的拓扑结构进行优选，然后再开展随机和局部优化算法的迭代和优化。
在本实施例中，当满足各项目标要求后，输出结果。
本实施例中，该方法的执行主体可以为计算机、服务器等计算装置，对此本实施例中不作任何限定。
在本实施例中，该方法的执行主体还可以为智能手机、平板电脑等智能设备，对此本实施例中不作任何限定。
可见，实施本实施例所描述的滤波组件分析方法，能够利用多物理场，多学科分析和优化方法，实现了在正向设计阶段一次性获得满足电磁兼容性能和安全性能要求的滤波组件，具有很好的完备性。基于成熟的优化算法，该方法可以采用随机优化算法获得全局较优解，再进一步采用梯度/拟牛顿等局部优化算法获得全局最优解，还可以根据自定义的优化算法开展对滤波组件拓扑结构的优化和迭代。另外，该方法可以充分利用叠层母排的优势，使得母排局部分布参数相对集中，为电磁兼容性能提供合理滤波路径，实现结构紧凑，回流路径对称，差模/共模互相转化达到最小。此外，该方法同样适用于射频微波设备中滤波器的滤波性能和安全性能的评估和优化，只需要将交直流激励和IGBT端口阻抗模型换成射频功率源和50欧姆标准阻抗端口，磁环电感更换为射频微波设备用的空心电感的S参数模型，就可以按照本方法提出的方法开展射频微波设备中滤波器性能的评估和优化。可见，该方法的适用范围更广，分析能力更全面。综上，该方法可以应用在多个自研项目正向设计中，能够有效保证滤波组件的安全性能和电磁兼容性能，且实用性强。
实施例3
请参看图3，图3为本实施例提供的一种滤波组件分析装置的结构示意图。如图3所示，该滤波组件分析装置包括：
获取单元310，用于获取滤波组件的三维模型、激励源数据、功率开关管模型、直流支撑电容和X/Y电容的S参数模型；
端口添加单元320，用于在三维模型中添加X/Y电容的端口、直流支撑电容的端口和功率开关管的端口，得到目标三维模型；
搭建单元330，用于根据目标三维模型、激励源数据、功率开关管模型、直流支撑电容和X/Y电容的S参数模型，搭建一维仿真电路；
求解单元340，用于分别求解一维仿真电路和三维模型在直流/交流激励源下的目标仿真参数；其中，目标仿真参数包括一维仿真电路的仿真参数和三维模型的仿真参数，一维仿真电路的仿真参数包括电流电压时域波形和插入损耗频谱曲线，三维模型的仿真参数温升时域曲线和绝缘场强的频率分布图；
判断单元350，用于判断目标仿真参数是否满足预设要求；
输出单元360，用于当判断出目标仿真参数满足预设要求时，输出一维仿真电路、三维模型和目标仿真参数。
本实施例中，对于滤波组件分析装置的解释说明可以参照实施例1或实施例2中的描述，对此本实施例中不再多加赘述。
可见，实施本实施例所描述的滤波组件分析装置，能够利用多物理场，多学科分析和优化装置，实现了在正向设计阶段一次性获得满足电磁兼容性能和安全性能要求的滤波组件，具有很好的完备性。基于成熟的优化算法，该装置可以采用随机优化算法获得全局较优解，再进一步采用梯度/拟牛顿等局部优化算法获得全局最优解，还可以根据自定义的优化算法开展对滤波组件拓扑结构的优化和迭代。另外，该装置可以充分利用叠层母排的优势，使得母排局部分布参数相对集中，为电磁兼容性能提供合理滤波路径，实现结构紧凑，回流路径对称，差模/共模互相转化达到最小。此外，该装置同样适用于射频微波设备中滤波器的滤波性能和安全性能的评估和优化，只需要将交直流激励和IGBT端口阻抗模型换成射频功率源和50欧姆标准阻抗端口，磁环电感更换为射频微波设备用的空心电感的S参数模型，就可以按照本装置提出的装置开展射频微波设备中滤波器性能的评估和优化。可见，该装置的适用范围更广，分析能力更全面。综上，该装置可以应用在多个自研项目正向设计中，能够有效保证滤波组件的安全性能和电磁兼容性能，且实用性强。
实施例4
请参看图4，图4为本实施例提供的一种滤波组件分析装置的结构示意图。如图4所示，该滤波组件分析装置包括：
获取单元310，用于获取滤波组件的三维模型、激励源数据、功率开关管模型、直流支撑电容和X/Y电容的S参数模型；
端口添加单元320，用于在三维模型中添加X/Y电容的端口、直流支撑电容的端口和功率开关管的端口，得到目标三维模型；
搭建单元330，用于根据目标三维模型、激励源数据、功率开关管模型、直流支撑电容和X/Y电容的S参数模型，搭建一维仿真电路；
求解单元340，用于分别求解一维仿真电路和三维模型在直流/交流激励源下的目标仿真参数；其中，目标仿真参数包括一维仿真电路的仿真参数和三维模型的仿真参数，一维仿真电路的仿真参数包括电流电压时域波形和插入损耗频谱曲线，三维模型的仿真参数温升时域曲线和绝缘场强的频率分布图；
判断单元350，用于判断目标仿真参数是否满足预设要求；
输出单元360，用于当判断出目标仿真参数满足预设要求时，输出一维仿真电路、三维模型和目标仿真参数。
作为一种可选的实施方式，搭建单元330包括：
第一求解子单元331，用于求解目标三维模型的S参数模型；
搭建子单元332，用于根据目标三维模型的S参数模型、激励源数据、功率开关管模型、直流支撑电容和X/Y电容的S参数模型，搭建一维仿真电路。
作为一种可选的实施方式，滤波组件分析装置还包括：
优化单元370，用于当判断出目标仿真参数不满足预设要求时，通过预设的随机优化算法和预设的局部优化算法分别对一维仿真电路和三维模型进行优化，得到优化好的一维仿真电路和优化好的三维模型，并触发搭建单元330执行根据目标三维模型、激励源数据、功率开关管模型、直流支撑电容和X/Y电容的S参数模型，搭建一维仿真电路的操作。
作为一种可选的实施方式，优化单元370包括：
第一确定子单元371，用于根据目标仿真参数确定第一待优化目标和第二待优化目标；
第一获取子单元372，用于获取第一待优化目标的第一优化范围以及第一待优化目标的第一目标权重；以及获取第二待优化目标的第二优化范围以及第二待优化目标的第二目标权重；
添加子单元373，用于在一维仿真电路中添加第一待优化目标、第一优化范围以及第一目标权重，得到目标一维仿真电路；以及在三维模型中添加第二待优化目标、第二优化范围以及第二目标权重，得到待处理三维模型；
优化子单元374，用于通过预设的随机优化算法和预设的局部优化算法分别对目标一维仿真电路和待处理三维模型进行优化迭代，得到优化好的一维仿真电路和优化好的三维模型。
作为一种可选的实施方式，求解单元340包括：
第二求解子单元341，用于根据一维仿真电路计算开关管导通/关断时的一维仿真电路的仿真参数；其中，一维仿真电路的仿真参数包括电流电压时域波形和插入损耗频谱曲线；
第二确定子单元342，用于确定目标三维模型的求解变量；
设置子单元343，用于将求解变量设置为预设值，得到待仿真三维模型；
第二获取子单元344，用于在待仿真三维模型中添加直流/交流激励后，获取三维模型的仿真参数；其中，三维模型的仿真参数包括温升时域曲线和绝缘场强的频率分布图；
汇总子单元345，用于汇总一维仿真电路的仿真参数和三维模型的仿真参数，得到目标仿真参数。
作为一种可选的实施方式，判断单元350包括：
判断子单元351，用于判断电流电压时域波形的波形尖峰是否满足预设的波形尖峰要求；
判断子单元351，还用于在满足波形尖峰要求时，判断插入损耗频谱曲线中对应频段抑制是否满足预设的频段抑制要求；
判断子单元351，还用于在满足频段抑制要求时，则判断温升时域曲线在预设的运行时间范围内温度是否超过预设温度范围；
判断子单元351，还用于在不超过预设温度范围时，根据绝缘场强的频率分布图判断叠层母排中绝缘材料的绝缘场强是否超过预设的材料可接受范围；
第三确定子单元352，用于在不超过材料可接受范围时，确定目标仿真参数满足预设要求。
本实施例中，对于滤波组件分析装置的解释说明可以参照实施例1或实施例2中的描述，对此本实施例中不再多加赘述。
可见，实施本实施例所描述的滤波组件分析装置，能够利用多物理场，多学科分析和优化装置，实现了在正向设计阶段一次性获得满足电磁兼容性能和安全性能要求的滤波组件，具有很好的完备性。基于成熟的优化算法，该装置可以采用随机优化算法获得全局较优解，再进一步采用梯度/拟牛顿等局部优化算法获得全局最优解，还可以根据自定义的优化算法开展对滤波组件拓扑结构的优化和迭代。另外，该装置可以充分利用叠层母排的优势，使得母排局部分布参数相对集中，为电磁兼容性能提供合理滤波路径，实现结构紧凑，回流路径对称，差模/共模互相转化达到最小。此外，该装置同样适用于射频微波设备中滤波器的滤波性能和安全性能的评估和优化，只需要将交直流激励和IGBT端口阻抗模型换成射频功率源和50欧姆标准阻抗端口，磁环电感更换为射频微波设备用的空心电感的S参数模型，就可以按照本装置提出的装置开展射频微波设备中滤波器性能的评估和优化。可见，该装置的适用范围更广，分析能力更全面。综上，该装置可以应用在多个自研项目正向设计中，能够有效保证滤波组件的安全性能和电磁兼容性能，且实用性强。
本申请实施例提供了一种电子设备，包括存储器以及处理器，所述存储器用于存储计算机程序，所述处理器运行所述计算机程序以使所述电子设备执行本申请实施例1或实施例2中的滤波组件分析方法。
本申请实施例提供了一种计算机可读存储介质，其存储有计算机程序指令，所述计算机程序指令被一处理器读取并运行时，执行本申请实施例1或实施例2中的滤波组件分析方法。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，也可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，附图中的流程图和框图显示了根据本申请的多个实施例的装置、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现方式中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。
另外，在本申请各个实施例中的各功能模块可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或两个以上模块集成形成一个独立的部分。
所述功能如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备（可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等）执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器（ROM，Read-Only Memory）、随机存取存储器（RAM，Random Access Memory）、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请的保护范围，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
Claims (10)
1.一种滤波组件分析方法，其特征在于，包括：
获取滤波组件的三维模型、激励源数据、功率开关管模型、直流支撑电容和X/Y电容的S参数模型；
在所述三维模型中添加X/Y电容的端口、直流支撑电容的端口和功率开关管的端口，得到目标三维模型；
根据所述目标三维模型、所述激励源数据、所述功率开关管模型、所述直流支撑电容和所述X/Y电容的S参数模型，搭建一维仿真电路；
分别求解所述一维仿真电路和所述三维模型在直流/交流激励源下的目标仿真参数；其中，所述目标仿真参数包括一维仿真电路的仿真参数和三维模型的仿真参数，所述一维仿真电路的仿真参数包括电流电压时域波形和插入损耗频谱曲线，所述三维模型的仿真参数温升时域曲线和绝缘场强的频率分布图；
判断所述目标仿真参数是否满足预设要求；
如果是，输出所述一维仿真电路、所述三维模型和所述目标仿真参数。
2.根据权利要求1所述的滤波组件分析方法，其特征在于，所述根据所述目标三维模型、所述激励源数据、所述功率开关管模型、所述直流支撑电容和所述X/Y电容的S参数模型，搭建一维仿真电路，包括：
求解所述目标三维模型的S参数模型；
根据所述目标三维模型的S参数模型、所述激励源数据、所述功率开关管模型、所述直流支撑电容和所述X/Y电容的S参数模型，搭建一维仿真电路。
3.根据权利要求1所述的滤波组件分析方法，其特征在于，所述方法还包括：
当判断出所述目标仿真参数不满足所述预设要求时，通过预设的随机优化算法和预设的局部优化算法分别对所述一维仿真电路和所述三维模型进行优化，得到优化好的一维仿真电路和优化好的三维模型，并执行所述的根据所述目标三维模型、所述激励源数据、所述功率开关管模型、所述直流支撑电容和所述X/Y电容的S参数模型，搭建一维仿真电路。
4.根据权利要求3所述的滤波组件分析方法，其特征在于，所述通过预设的随机优化算法和预设的局部优化算法分别对所述一维仿真电路和所述三维模型进行优化，得到优化好的一维仿真电路和优化好的三维模型，包括：
根据所述目标仿真参数确定第一待优化目标和第二待优化目标；
获取所述第一待优化目标的第一优化范围以及所述第一待优化目标的第一目标权重；以及获取所述第二待优化目标的第二优化范围以及所述第二待优化目标的第二目标权重；
在所述一维仿真电路中添加所述第一待优化目标、所述第一优化范围以及所述第一目标权重，得到目标一维仿真电路；以及在所述三维模型中添加所述第二待优化目标、所述第二优化范围以及所述第二目标权重，得到待处理三维模型；
通过预设的随机优化算法和预设的局部优化算法分别对所述目标一维仿真电路和所述待处理三维模型进行优化迭代，得到优化好的一维仿真电路和优化好的三维模型。
5.根据权利要求1所述的滤波组件分析方法，其特征在于，所述分别求解所述一维仿真电路和所述三维模型在直流/交流激励源下的目标仿真参数，包括：
根据所述一维仿真电路计算开关管导通/关断时的一维仿真电路的仿真参数；其中，所述一维仿真电路的仿真参数包括电流电压时域波形和插入损耗频谱曲线；
确定所述目标三维模型的求解变量；
将所述求解变量设置为预设值，得到待仿真三维模型；
在所述待仿真三维模型中添加直流/交流激励后，获取三维模型的仿真参数；其中，所述三维模型的仿真参数包括温升时域曲线和绝缘场强的频率分布图；
汇总所述一维仿真电路的仿真参数和所述三维模型的仿真参数，得到目标仿真参数。
6.根据权利要求1所述的滤波组件分析方法，其特征在于，所述判断所述目标仿真参数是否满足预设要求，包括：
判断所述电流电压时域波形的波形尖峰是否满足预设的波形尖峰要求；
如果满足所述波形尖峰要求，判断所述插入损耗频谱曲线中对应频段抑制是否满足预设的频段抑制要求；
如果满足所述频段抑制要求，则判断所述温升时域曲线在预设的运行时间范围内温度是否超过预设温度范围；
如果不超过所述预设温度范围，则根据所述绝缘场强的频率分布图判断叠层母排中绝缘材料的绝缘场强是否超过预设的材料可接受范围；
如果不超过所述材料可接受范围，则确定所述目标仿真参数满足预设要求。
7.一种滤波组件分析装置，其特征在于，所述滤波组件分析装置包括：
获取单元，用于获取滤波组件的三维模型、激励源数据、功率开关管模型、直流支撑电容和X/Y电容的S参数模型；
端口添加单元，用于在所述三维模型中添加X/Y电容的端口、直流支撑电容的端口和功率开关管的端口，得到目标三维模型；
搭建单元，用于根据所述目标三维模型、所述激励源数据、所述功率开关管模型、所述直流支撑电容和所述X/Y电容的S参数模型，搭建一维仿真电路；
求解单元，用于分别求解所述一维仿真电路和所述三维模型在直流/交流激励源下的目标仿真参数；其中，所述目标仿真参数包括一维仿真电路的仿真参数和三维模型的仿真参数，所述一维仿真电路的仿真参数包括电流电压时域波形和插入损耗频谱曲线，所述三维模型的仿真参数温升时域曲线和绝缘场强的频率分布图；
判断单元，用于判断所述目标仿真参数是否满足预设要求；
输出单元，用于当判断出所述目标仿真参数满足预设要求时，输出所述一维仿真电路、所述三维模型和所述目标仿真参数。
8.根据权利要求7所述的滤波组件分析装置，其特征在于，所述搭建单元包括：
第一求解子单元，用于求解所述目标三维模型的S参数模型；
搭建子单元，用于根据所述目标三维模型的S参数模型、所述激励源数据、所述功率开关管模型、所述直流支撑电容和所述X/Y电容的S参数模型，搭建一维仿真电路。
9.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括存储器以及处理器，所述存储器用于存储计算机程序，所述处理器运行所述计算机程序以使所述电子设备执行权利要求1至6中任一项所述的滤波组件分析方法。
10.一种可读存储介质，其特征在于，所述可读存储介质中存储有计算机程序指令，所述计算机程序指令被一处理器读取并运行时，执行权利要求1至6任一项所述的滤波组件分析方法。
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| CN116562202B (zh) | 2023-09-08 |
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