CN111353265B - 基于Matlab GUI平台的EMI滤波器插损仿真***及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于Matlab GUI平台的EMI滤波器插损仿真***及方法，属于软件技术领域，用于解决目前面对复杂磁性器件或源负载阻抗高频电路模型仿真不够精准的技术问题，此***包括：滤波电路拓扑选择模块，用于选择滤波电路拓扑；参数输入模块，用于输入滤波电路元器件参数；补偿模块，用于补偿滤波电路元器件之间引线寄生参数；参数输入模块，用于输入源端和负载端阻抗参数；插损计算模块，用于根据滤波电路确定插损解析算法，再根据滤波电路元器件以及源端和负载端输入阻抗参数，确定各部分阻抗‑频率响应，进而得到滤波电路阻抗矩阵，将阻抗矩阵代入插损解析算法中进行插损计算。本发明具有仿真精准、操作简便、方便快捷等优点。

Description

基于Matlab GUI平台的EMI滤波器插损仿真***及方法
技术领域
本发明主要涉及软件技术领域，特指一种基于Matlab GUI平台的EMI滤波器插损仿真***及方法。
背景技术
目前商业EMC电路仿真软件(包括Ansys-simplore、Saber、ADS等)在应对有复杂磁性器件的滤波插损仿真或者需要计算不同源负载阻抗情况下的插损时，都面临磁性器件或源负载阻抗高频电路模型搭建困难进而导致仿真结果不够精确的问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种高效精准、操作简便、方便快捷的基于Matlab GUI平台的EMI滤波器插损仿真***及方法。
为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：
一种基于Matlab GUI平台的EMI滤波器插损仿真***，包括：
滤波电路拓扑选择模块，用于选择滤波电路拓扑；
参数输入模块，用于输入滤波电路元器件参数；
补偿模块，用于补偿滤波电路元器件之间引线寄生参数；
参数输入模块，用于输入源端和负载端输入阻抗参数；
插损计算模块，用于根据滤波电路确定插损解析算法，再根据滤波电路元器件参数以及源端和负载端输入阻抗参数，确定各部分阻抗-频率响应函数，进而得到滤波电路阻抗矩阵，将阻抗矩阵代入插损解析算法中进行插损计算。
作为上述技术方案的进一步改进：
所述滤波电路拓扑包括单级LC电路、单级CL电路、单级T型电路、单级PI型电路、两级LCLC电路、两级CLCL电路、两级PI型电路。
本发明还公开了一种基于如上所述的基于Matlab GUI平台的EMI滤波器插损仿真***的仿真方法，包括步骤：
1)所述滤波电路拓扑选择模块选择滤波电路拓扑；
2)所述参数输入模块输入滤波电路元器件参数；
3)所述补偿模块补偿滤波电路元器件之间引线寄生参数；
4)所述参数输入模块输入源端和负载端输入阻抗参数；
5)所述插损计算模块根据滤波电路确定插损解析算法，再根据滤波电路元器件参数以及源端和负载端输入阻抗参数，确定各部分阻抗-频率响应函数，进而得到滤波电路阻抗矩阵，将阻抗矩阵代入插损解析算法中进行插损计算。
作为上述技术方案的进一步改进：
在步骤2)中，滤波电路元器件参数输入方式包括三种，分别为：
参数直接输入方式，以滤波元器件等效电容、等效电感、等效电阻的形式进行参数输入，得到滤波电路元器件的阻抗-频率响应函数；
模块库中调用元器件，建立滤波电路元器件模型库，从模型库中直接调用元器件模型，滤波元器件模型以阻抗-频率响应函数的方式存储在库文件中；
外部仪器导入，从外部测试仪器直接导入滤波电路元器件的阻抗测试数据。
在模块库中调用元器件时，采用基于最小二乘的矢量匹配算法对磁性器件的阻抗测试数据进行数值拟合，拟合后得到其阻抗-频率响应函数。
在外部仪器导入时，对导入的滤波电路元器件的阻抗测试数据进行矢量匹配拟合，提取为一个四阶的阻抗-频率响应函数。
所述步骤3)中的引线包括线缆和母排。
在步骤4)中，源端和负载端阻抗参数输入包括两种输入方式：
直接参数输入，以等效电阻、等效电感、等效电容的形式进行参数输入；
外部仪器测试数据导入，支持阻抗分析仪和矢量网络分析仪测试数据导入，以离散频率-阻抗点的形式代入到最后的插损计算。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
本发明基于Matlab GUI平台，采用程序解析计算的方式，通过矢量匹配算法能够精确表征磁性器件以及源负载阻抗的高频特性，并且避免了通过搭建复杂滤波电路来进行插损仿真的情况，使得整个仿真计算更加高效精确，辅助设计更加便捷。
本发明解决了一般商业电路仿真***面对复杂磁性器件进行滤波插损仿真时的建模问题，采用解析计算方式，直接跳过电路建模环节，将磁性器件表征为阻抗-频率响应函数的形式，不仅计算精度更高，也大量减少了滤波插损仿真计算的前期建模时间。
本发明解决了一般商业电路仿真软件面对实际源负载进行滤波插损仿真时的建模问题，采用解析计算方式，跳过电路建模环节，可以直接导入源端和负载端的阻抗测试数据进行滤波插损的解析计算，不仅计算精度更高，更有利于预测实际工程中复杂源负载情况下的滤波器插损。
附图说明
图1为本发明的***在实施例的结构框图。
图2为本发明的***界面在实施例的示意图。
图3为本发明的各滤波电路拓扑的电路原理图。
图4为本发明的滤波元器件参数直接输入方式示意图。
图5为本发明的电感类器件等效计算模型图。
图6为本发明的电容类器件等效计算模型图。
图7为本发明的滤波元器件模型库。
图8为本发明的外部仪器的元器件阻抗测试数据导入图。
图9为本发明的滤波元器件之间引线寄生参数的滤波拓扑图。
图10为本发明的引线寄生参数模型图。
图11为本发明的源端和负载端参数输入以及插损计算示意图。
图12为本发明的滤波插损计算示意图。
具体实施方式
以下结合说明书附图和具体实施例对本发明作进一步描述。
如图1所示，本实施例的基于Matlab GUI平台的EMI滤波器插损仿真***，包括：
滤波电路拓扑选择模块，用于选择滤波电路拓扑；
参数输入模块，用于输入滤波电路元器件参数；
补偿模块，用于补偿滤波电路元器件之间引线寄生参数；
参数输入模块，用于输入源端和负载端输入阻抗参数；
插损计算模块，用于根据滤波电路确定插损解析算法，再根据滤波电路元器件以及源端和负载端输入阻抗参数，确定各部分阻抗-频率响应函数，进而得到滤波电路阻抗矩阵，将阻抗矩阵代入插损解析算法中进行插损计算。
如图3所示，本实施例中，滤波电路拓扑包括单级LC电路、单级CL电路、单级T型电路、单级PI型电路、两级LCLC电路、两级CLCL电路、两级PI型电路，分别对应图3中的(a)-(g)。
如图12所示，本发明还公开了一种基于如上所述的基于Matlab GUI平台的EMI滤波器插损仿真***的仿真方法，包括步骤：
1)滤波电路拓扑选择模块选择滤波电路拓扑；
2)参数输入模块输入滤波电路元器件参数；
3)补偿模块补偿滤波电路元器件之间引线寄生参数；
4)参数输入模块输入源端和负载端输入阻抗参数；
5)插损计算模块根据滤波电路确定插损解析算法，再根据滤波电路元器件以及源端和负载端输入阻抗参数，确定各部分阻抗-频率响应函数，进而得到滤波电路阻抗矩阵，将阻抗矩阵代入插损解析算法中进行插损计算。
本发明基于Matlab GUI平台，采用程序解析计算的方式，通过矢量匹配算法能够精确表征磁性器件以及源负载阻抗的高频特性，并且避免了通过搭建复杂滤波电路来进行插损仿真的情况，使得整个仿真计算更加高效精确，辅助设计更加便捷。
本发明解决了一般商业电路仿真***面对复杂磁性器件进行滤波插损仿真时的建模问题，采用解析计算方式，直接跳过电路建模环节，将磁性器件表征为阻抗-频率响应函数的形式，不仅计算精度更高，也大量减少了滤波插损仿真计算的前期建模时间。
本发明解决了一般商业电路仿真软件面对实际源负载进行滤波插损仿真时的建模问题，采用解析计算方式，跳过电路建模环节，可以直接导入源端和负载端的阻抗测试数据进行滤波插损的解析计算，不仅计算精度更高，更有利于预测实际工程中复杂源负载情况下的滤波器插损。
下面结合一具体实施例对本发明的仿真***和方法做进一步说明：
1)滤波电路拓扑选择
共支持7种滤波拓扑电路的仿真计算，包括单级LC电路、单级CL电路、单级T型电路、单级PI型电路、两级LCLC电路、两级CLCL电路、两级PI型电路，各电路拓扑如图3所示。当然,在其它实施例中,也可以采用其它类型的滤波电路。
2)滤波电路元器件参数输入
支持三种滤波元器件参数输入方式：
1、参数直接输入方式(等效寄生电感、等效寄生电容、等效寄生电阻)；
2、从模型库中调用元器件；
3、从外部仪器的阻抗测试数据进行导入。
下面将就三种滤波元器件参数输入方式的实现进行阐述：
1、滤波元器件参数直接输入
以滤波元器件等效电容(ESC)、等效电感(ESL)、等效电阻(ESR)的形式进行参数输入，得到滤波元器件的阻抗-频率响应函数。电感类器件和电容类器件的等效计算模型如图5和图6所示。
2、从模型库中调用元器件
如图7所示，建立滤波元器件模型库，可以从模型库中直接调用元器件模型，滤波元器件模型以阻抗-频率响应函数的方式存储在库文件中。为获得复杂磁性器件(例如共模电感、磁环等)的阻抗-频率响应函数，采用基于最小二乘的矢量匹配算法对磁性器件的阻抗测试数据进行数值拟合；
3、从外部仪器的阻抗测试数据导入
如图8所示，支持从外部测试仪器直接导入滤波元器件的阻抗测试数据，可选择的测试仪器包括安捷伦公司的4294A阻抗分析仪和罗德施瓦茨公司的ZNB4矢量网络分析仪；对导入的阻抗数据进行矢量匹配拟合，将其提取为一个四阶的阻抗-频率响应函数；
3)滤波元器件之间引线寄生参数补偿
考虑到滤波元器件之间的连接线(线缆或者母排)的寄生参数效应对滤波插损的影响，可对器件之间的引线(如图9中的cable)进行寄生参数补偿；引线以等效电感和等效电阻的形式进行参数输入，引线寄生参数模型如图10所示。
4)源端和负载端参数输入
如图10所示，源端和负载端阻抗参数支持两种输入方式：
1、直接参数输入(以等效电阻、等效电感、等效电容的形式进行参数输入)；
2、外部仪器测试数据导入(支持阻抗分析仪和矢量网络分析仪测试数据导入，以离散频率-阻抗点的形式代入到最后的插损计算)；
5)插损计算：根据滤波电路确定插损解析算法，再根据滤波元器件以及源端和负载端输入参数确定各部分阻抗-频率响应函数，进而得到滤波电路阻抗矩阵，将阻抗矩阵代入解析算法中进行插损计算，整个流程如图12所示。
以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于Matlab GUI平台的EMI滤波器插损仿真***，其特征在于，包括：
滤波电路拓扑选择模块，用于选择滤波电路拓扑；
参数输入模块，用于输入滤波电路元器件参数；
补偿模块，用于补偿滤波电路元器件之间引线寄生参数；
参数输入模块，用于输入源端和负载端输入阻抗参数；
插损计算模块，用于根据滤波电路确定插损解析算法，再根据滤波电路元器件参数以及源端和负载端输入阻抗参数，确定各部分阻抗-频率响应函数，进而得到滤波电路阻抗矩阵，将阻抗矩阵代入插损解析算法中进行插损计算；
所述滤波电路拓扑包括单级LC电路、单级CL电路、单级T型电路、单级PI型电路、两级LCLC电路、两级CLCL电路、两级PI型电路。
2.一种基于权利要求1所述的基于Matlab GUI平台的EMI滤波器插损仿真***的仿真方法，其特征在于，包括步骤：
1)所述滤波电路拓扑选择模块选择滤波电路拓扑；
2)所述参数输入模块输入滤波电路元器件参数；
3)所述补偿模块补偿滤波电路元器件之间引线寄生参数；
4)所述参数输入模块输入源端和负载端输入阻抗参数；
5)所述插损计算模块根据滤波电路确定插损解析算法，再根据滤波电路元器件参数以及源端和负载端输入阻抗参数，确定各部分阻抗-频率响应函数，进而得到滤波电路阻抗矩阵，将阻抗矩阵代入插损解析算法中进行插损计算。
3.根据权利要求2所述的仿真方法，其特征在于，在步骤2)中，滤波电路元器件参数输入方式包括参数直接输入方式：以滤波元器件等效电容、等效电感、等效电阻的形式进行参数输入，得到滤波电路元器件的阻抗-频率响应函数。
4.根据权利要求2所述的仿真方法，其特征在于，在步骤2)中，滤波电路元器件参数输入方式包括从模块库中调用元器件：建立滤波电路元器件模型库，从模型库中直接调用元器件模型，滤波元器件模型以阻抗-频率响应函数的方式存储在库文件中。
5.根据权利要求4所述的仿真方法，其特征在于，在模块库中调用元器件时，采用基于最小二乘的矢量匹配算法对磁性器件的阻抗测试数据进行数值拟合，拟合后得到其阻抗-频率响应函数。
6.根据权利要求2所述的仿真方法，其特征在于，在步骤2)中，滤波电路元器件参数输入方式包括从外部仪器导入：从外部测试仪器直接导入滤波电路元器件的阻抗测试数据。
7.根据权利要求6所述的仿真方法，其特征在于，在外部仪器导入时，对导入的滤波电路元器件的阻抗测试数据进行矢量匹配拟合，提取为一个四阶的阻抗-频率响应函数。
8.根据权利要求2～7中任意一项所述的仿真方法，其特征在于，所述步骤3)中的引线包括线缆和母排。
9.根据权利要求2～7中任意一项所述的仿真方法，其特征在于，在步骤4)中，源端和负载端阻抗参数输入包括直接参数输入：以等效电阻、等效电感、等效电容的形式进行参数输入。
10.根据权利要求2～7中任意一项所述的仿真方法，其特征在于，在步骤4)中，源端和负载端阻抗参数输入包括从外部仪器测试数据导入：支持阻抗分析仪和矢量网络分析仪测试数据导入，以离散频率-阻抗点的形式代入到最后的插损计算。
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