CST共模電感仿真實例(1)-建模篇

共模電感(Common mode Choke)，也叫共模扼流圈，常用于開關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：圖片來源于網絡

• 當方向相反的工作電流流過共模電感時，兩個繞向相反線圈產生兩個相互抵消的磁場,此時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，當方向相同的共模干擾信號流過共模電感時, 兩個線圈產生的磁場相互增強，線圈即呈現出高阻抗,產生很強的阻尼效果,從而達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。

本期重點介紹共模電感的建模。

筆者在萬能的互聯網上找了幾個常見的共模電感的圖片，如下圖所示。

對于很多初學者來說，共模電感線圈的建模可能不是很方便。筆者的一個朋友提出能否創建共模電感的參數化模型，這樣就可以大大縮短建模時間，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建磁芯，包括磁芯邊緣的倒角或者切角。

Step2 創建一個curve，包括curve的倒角或者切角，如下圖所示。

Step3 刪除step2 curve中的一個線段（delete segment），然后將該curve按照指定的角度旋轉并復制。

Step4 做一條斜線，連接相鄰兩個curve，然后同樣通過旋轉并復制，將每兩個相鄰的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直接轉變成wire（wire from curve），同時設置wire的半徑。(方便讀者看清楚圖片細節，下圖磁芯變更為藍色)

Step6 為創建好的wire設置材料屬性，如設置為銅（copper）。然后將wire通過鏡像（transform-mirror）并復制，得到另一個線圈。這樣一個共模電感的3D模型就創建好了。

• 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。

至此一個完整的可用于CST仿真的共模電感模型就創建完成了。具體細節可以參考CST 2023版本component libraries。