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Home > ANSYS Q3D 教學 > Q3D Terminal Type：Constant Voltage vs. Uniform Current
本文始於2023，以2023R2介紹Q3D Source/Sink終端屬性Constant Voltage與Uniform Current (2022R1新增)，分別的適用情境與不同設定對模擬結果的影響。
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介紹
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分析比較
2.1 Constant voltage with per-pin terminal definition
2.2 Constant voltage with pin-group terminal definition
2.3 Uniform current with per-pin terminal definition
2.4 Uniform current with pin-group terminal definition (2024R1以前的舊版，不能這樣使用)
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問題與討論
3.1 為何設定Uniform current會造成自感值較高?
3.2 在2.1為何只有sink1-source6路徑的自感有明顯變化?
3.3 在2.2 DC region，sink1-source6的自感因pin-group而明顯降低，但sink1-source1卻略升該如何理解? (重要)
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介紹
1.1 物理意義
[Constant Voltage]：For AC-RL calculations, a constant voltage is held over the perimeter of the terminal face. For DC-RL calculations, a constant voltage is held over the area of the terminal face. 電壓相同(電流不同)
[Uniform Current]：The Uniform Current, enforces the condition that the current along the perimeter of a terminal is uniformly distributed for AC-RL calculations, and that the current over the area of a terminal is uniformly distributed for DC-RL calculations. 電流相同(電壓不同)
1.2 適用情境
Q3D Source/Sink的終端屬性，過去以來一直都是用默認的[Constant Voltage]，其適用於大部分的RLC寄生萃取的應用情境，如PCB、封裝的SI/PI模擬。但對於一些(高功率)電力電子應用，特別是PAD較大的情況，使用新的[Uniform Current]屬性可能更接近真實。
2024R2起的版本，當Q3D AC-RL解含非導電磁性材料時，如果你當下是用Constant Voltage，求解時會有警告訊息提示"...建議使用Uniform Current"。優點：可以避免使用[Constant Voltage]時，當同一路徑上增設terminal (source)時，因電流改變自電感可能也改變的現象。
缺點：[Uniform Current]得到的自感經常偏高，甚至有時可能錯誤(ie. AC-L > DC-L)。此時DC~AC sweep功能會誤動作，將無法得到正確的RL隨頻率變化曲線(其值不隨頻率變化)。
常見於電力電子應用，當含非導電磁性材料或發現終端設constant voltage時得到的AC-L比起量測(預期)值低時，再嘗試使用uniform current。 分析比較
2.1 Constant voltage with per-pin terminal definition
2.1.1(下圖實線) 下八個source(1,2,3,4,5,6,7,8)
2.1.2(下圖虛線) 下四個source(1,2,5,6)
同樣看sink1-source1(淺綠)與sink1-source6(紅/橘)的AC-L。確實發現某些路徑的自感明顯不同(此例中是sink1-source6路徑的自感變大)。
為何只有sink1-source6路徑的自感有明顯變化? refer to
3.2 2.2 Constant voltage with pin-group terminal definition
2.2.1 把source1,2,3,4 group成source1，把source5,6,7,8 group成source6 (下圖實線)
2.2.2 把source1,2 group成source1，把source5,6, group成source6，移除source3,4,7,8 (下圖虛線)
對於設定constant voltage的terminal，其使用pin-group的結果，隨頻率變化的趨勢與沒有pin-group相同。
在DC region，sink1-source6的自感因pin-group而明顯降低，但sink1-source1卻略升該如何理解? refer to 3.32.3 Uniform current with per-pin terminal definition
同2.1模擬方式，只是把所有的terminal type從constant voltage改成uniform current。
所有路徑的自感確實都變高，且其值確實也不隨設定的source terminal多寡而改變。
2.4 Uniform current with pin-group terminal definition
(2024R1以前的舊版，不能這樣使用)2.4.1 把source1,2,3,4 group成source1，把source5,6,7,8 group成source6 (下圖實線)
2.4.2 把source1,2 group成source1，把source5,6, group成source6，移除source3,4,7,8 (下圖虛線)
問題與討論
3.1 為何設定Uniform current會造成自感值較高??
Ans：比對2.1.1與2.3.1的自感模擬結果發現：
設Uniform current會導致自感值升高這現象，雖然對DC/AC-L都有影響，但對AC-L的影響相對較大。又其對sink1-source6路徑的影響大於對sink1-source1路徑的影響。
我們接著Plot J-field (Jac)來看看(八個source都設1A)
此例八個source設constant voltage看到的電流密度分佈，看來比較符合直覺的理解，如下圖所示
發現source terminal設成Uniform current時，電流不像source terminal設成Constant voltage時，大部份可以直接通過terminal下方，而是必須稍微繞過terminal區域，這就足以造成看到的自電感增加。
此例八個source設uniform current看到的電流密度分佈，如下圖所示
真實世界裡，沒有一個source/sink可以說是真的完全屬於constant voltage或是uniform current，只能說近似於哪一種。
當電力電子應用，且發現終端設constant voltage時得到的AC-L比起量測(預期)值低時，再嘗試使用uniform current。3.2 在2.1為何只有sink1-source6路徑的自感有明顯變化?
Ans：因為只有sink1-source6這路徑上有source terminal數量改變，也就是只有其看到的電流路徑狀態受到影響。
3.3 在2.2 DC region，sink1-source6的自感因pin-group而明顯降低，但sink1-source1卻略升該如何理解?
Ans： 比較2.1.1與2.2.1的自感如下所示：
2024R1起，Q3D DC-RL solver才開始支持uniform current+pin-group正確計算。
下圖24R1得到的DC與低頻趨勢才是正確的。
在Edit source只設source1=1A條件下，觀察per-pin source1與grouped source1的Jdc。
下圖顯示兩者最大電流密度值與電流密度分佈都還算是接近，這反應在上圖的紅色實線與虛線自感差異不大。
又電感除了與電流流動時的分佈(擴散)面積有關，還與電流密度大小有關。下左右圖的電流分佈面積相似，但右圖最大電流密度值較高(集中在grouped source1左邊)，這導致下右圖的sink1-grouped source1自感會略高一些。
接著在Edit source只設source6=1A條件下，觀察per-pin source6與grouped source6的Jdc。
下圖左右兩邊的最大電流密度值，與電流密度分佈都不同。下右圖的最大電流密度值雖然較高，但電流分佈面積較小(grouped siurce1 area電流很小)，這導致下右圖的sink1-grouped source6自感大幅下降。
上右圖顯示往grouped source6的電流無法直接穿過grouped source1區域，這其實與電流實際分佈狀況是不同的。