CST共模電感仿真實(shí)例(1)-建模篇

共模電感(Common mode Choke)，也叫共模扼流圈，常用于開關(guān)電源端口共模噪聲濾波。共模電感的工作原理如下圖所示。

注：圖片來源于網(wǎng)絡(luò)

• 當(dāng)方向相反的工作電流流過共模電感時(shí)，兩個(gè)繞向相反線圈產(chǎn)生兩個(gè)相互抵消的磁場,此時(shí)工作電流受線圈歐姆電阻以及漏電感的阻尼影響,也就是所謂的共模電感的差模阻抗。

• 同理，當(dāng)方向相同的共模干擾信號流過共模電感時(shí), 兩個(gè)線圈產(chǎn)生的磁場相互增強(qiáng)，線圈即呈現(xiàn)出高阻抗,產(chǎn)生很強(qiáng)的阻尼效果,從而達(dá)到衰減共模干擾信號的作用，也就是所謂的共模電感的共模阻抗。

本期重點(diǎn)介紹共模電感的建模。

筆者在萬能的互聯(lián)網(wǎng)上找了幾個(gè)常見的共模電感的圖片，如下圖所示。

對于很多初學(xué)者來說，共模電感線圈的建模可能不是很方便。筆者的一個(gè)朋友提出能否創(chuàng)建共模電感的參數(shù)化模型，這樣就可以大大縮短建模時(shí)間，一勞永逸了。

無巧不成書，CST2023如約而至。隨之而來的，還有Component Libraries中的共模電感模型。

下面詳細(xì)講解共模電感的建模思路

• 共模電感3D建模

Step1 首先可以用任何自己喜歡的方法創(chuàng)建磁芯，包括磁芯邊緣的倒角或者切角。

Step2 創(chuàng)建一個(gè)curve，包括curve的倒角或者切角，如下圖所示。

Step3 刪除step2 curve中的一個(gè)線段（delete segment），然后將該curve按照指定的角度旋轉(zhuǎn)并復(fù)制。

Step4 做一條斜線，連接相鄰兩個(gè)curve，然后同樣通過旋轉(zhuǎn)并復(fù)制，將每兩個(gè)相鄰的curve相連接。至此，一條完整的線圈curve初見雛形。

Step5 在線圈curve上添加線段，作為線圈的引出pin腳。然后將curve直接轉(zhuǎn)變成wire（wire from curve），同時(shí)設(shè)置wire的半徑。(方便讀者看清楚圖片細(xì)節(jié)，下圖磁芯變更為藍(lán)色)

Step6 為創(chuàng)建好的wire設(shè)置材料屬性，如設(shè)置為銅（copper）。然后將wire通過鏡像（transform-mirror）并復(fù)制，得到另一個(gè)線圈。這樣一個(gè)共模電感的3D模型就創(chuàng)建好了。

• 磁芯材料建模

在2023版本之前，可以采用一階Debye模型創(chuàng)建Mu-frequency的曲線，可以用來仿真共模電感的差共模感量及阻抗隨頻率的變化。

在2023版本，新增了Generalized Debye模型，該模型定義的色散材料可以用來模擬部分鐵氧體材料飽和特性，目前只支持頻域求解器。

至此一個(gè)完整的可用于CST仿真的共模電感模型就創(chuàng)建完成了。具體細(xì)節(jié)可以參考CST 2023版本component libraries。