CST電源濾波電路仿真一：共模電感正下方地平面影響分析

作者 | Wang Jieyu

電源端口濾波電路設(shè)計(jì)想必是EMC濾波設(shè)計(jì)中最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，沒有之一。在很多EMC設(shè)計(jì)的書中可能都會(huì)包含類似這樣一句話：共模電感下方GND平面要挖空……。同樣，這一條布線規(guī)則也是筆者在很多年前學(xué)習(xí)EMC設(shè)計(jì)時(shí)的第一條規(guī)則。無奈時(shí)間太瘦，指縫太寬，若干年過去了，方才想到通過CST仿真來驗(yàn)證這個(gè)規(guī)則。雖然是個(gè)很簡(jiǎn)單的仿真，但一番操作下來，方知紙上得來終覺淺。

下面我們通過CST 3D仿真，驗(yàn)證共模電感正下方的GND對(duì)電源端口共模濾波的影響。

• 仿真模型

這是個(gè)老生常談的問題，共模電感正下方的GND平面會(huì)因?yàn)榻鼒?chǎng)耦合導(dǎo)致共模電感的濾波效果大打折扣。下圖為共模濾波電路GND布線示意圖。

共模濾波電路3D模型如下圖所示。為了驗(yàn)證共模電感和GND平面的耦合，這個(gè)仿真里的共模電感模型采用了真正的3D模型，共模電容采用TS模型。

• 仿真及結(jié)果分析

下面通過三個(gè)簡(jiǎn)單的對(duì)比仿真來驗(yàn)證該問題：

仿真一——共模阻抗仿真：驗(yàn)證GND平面對(duì)共模阻抗的影響，電路模型如下圖所示。共模電感阻抗仿真方法參考：FAQ111：如何利用CST仿真共模電感的差、共模阻抗

結(jié)果分析：該仿真去掉了濾波電路中的共模電容，旨在驗(yàn)證GND平面對(duì)共模阻抗的影響。通過對(duì)比可知，GND平面對(duì)CE高頻段的共模阻抗影響較大。

仿真二——濾波電路共模插損仿真：驗(yàn)證有共模電容的情況下，地平面對(duì)濾波電路插損的影響，電路模型如下圖所示。

結(jié)果分析：共模電感正下方的GND平面對(duì)CE高頻段的濾波插損影響較大。

仿真三----共模傳導(dǎo)噪聲對(duì)比仿真：采用等效共模噪聲源作為激勵(lì)源，驗(yàn)證地平面對(duì)傳導(dǎo)噪聲的影響，電路模型如下圖所示。

結(jié)果分析：如果前面兩個(gè)仿真的對(duì)比結(jié)果不是很直觀，那么下圖能夠滿足EMC工程師的所有想象。如下圖所示，共模電感正下方GND會(huì)減弱CE高頻段的濾波效果。