CST EMC仿真 | 共模扼流圈的仿真，计算和设计

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引言

共模电感(Common mode Choke),也叫共模扼流圈,常用于开关电源中过滤共模的电磁干扰信号。共模电感是一个以铁氧体为磁芯的共模干扰抑制器件,它由两个尺寸相同,匝数相同的线圈对称地绕制在同一个铁氧体环形磁芯上,形成一个四端器件,要对于共模信号呈现出大电感具有抑制作用,而对于差模信号呈现出很小的漏电感几乎不起作用。如图

共模电感工作原理

共模电感的两根线是同向穿过磁环，差模信号通过磁环产生的磁通方向相反而相互抵消从而不产生作用，而共模信号通过磁环产生的磁通方向相同而相互叠加从而发挥其感性作用。在正常的情况下，共模电感只有对共模信号产生作用。通过分析共模电感的工作原理可知，共模电感对差模信号不产生作用的原因是穿过磁环的两条线上的差模信号产生的大小相等方向相反的磁通相互抵消的结果。

共模扼流圈建模

首先需要得到供应商提供共模扼流圈的3D模型和阻抗曲线，如下图

共模扼流圈实物图片

阻抗曲线图

有了阻抗曲线的参数之后下面直接上公式，

计算出相对磁导率--频率曲线

磁导率

参考：

相对磁导率的实部和虚部：揭开磁性材料的神秘面纱

共模电感的“虚实”解析：如何计算共模电感的实部与虚部阻抗？

通过德拜模型拟合磁导率

拟合的磁导率曲线

拟合的磁导率曲线和计算的对比

本文用的Debye二阶模型去设置铁氧体磁环

注：磁环的尺寸，匝数，材料要和实际量产的磁环一致。

 

共模阻抗仿真

当然实际的共模扼流圈中是存在寄生电容的，它的电路模型等效于共模电感和一个寄生电容并联，最后我们通过CST仿真得到的铁氧体磁环的阻抗频率响应曲线和实际的阻抗曲线对比如下图

 

这个共模扼流圈就设计好了，这里肉眼可见误差很小，就不展示误差曲线了。

最后总结

本文展示了通过cst对共模扼流圈仿真设计，包括微博工作室3D建模，磁导率计算和拟合，共模扼流圈的仿真，最后仿测对比，得到一个成功的设计案例。其实共模电感仿真不难，只要掌握想关的理论知识，计算方法，以及能拿到准确模型和实测数据。就能成功。