仿真案例143：IEC 61000-4-5线缆浪涌耦合仿真（一）——共模浪涌

作者 | Zhou Ming

在前期仿真案例CST 防雷电路（一）——风卷江湖雨暗村中，我们给小伙伴们介绍了符合IEC 61000-4-5标准的组合波浪涌发生器模型。在本案例中，我们重点分析的对象是线缆之间的浪涌干扰，这种干扰通常是以场的形式传播，因此在创建3D模型时，线缆的类型、长度、距离等因素都是非常重要的，要符合浪涌测试标准及实测场景的布置要求。  

• 共模浪涌仿真的3D 建模

CST提供了两种仿真方法：方法一，在Cable studio中创建Cable模型，利用T-solver计算S参数，然后在电路中添加浪涌激励信号；方法二，利用Create 3D Cable功能，把Cable模型转换成实体，在MWS中利用F-solver计算S参数，然后在电路中添加浪涌激励信号。具体做法如下：  

CST cable studio +电路模型。如下图所示， DC屏蔽线 和低压非屏蔽信号线全部用cable studio创建，浪涌信号从DC屏蔽线的芯线注入，监控非屏蔽信号线上耦合的电压和电流波形。  

full 3D + 电路模型。如下图所示，DC屏蔽线 和低压非屏蔽信号线全部转成3D模型，浪涌信号从DC屏蔽线的芯线注入，监控非屏蔽信号线上耦合的电压和电流波形。  

• 网格及求解器设置    

针对方法一，采用Cable Studio创建线缆的模型，要特别关注2D（TL）网格及T求解器设置。以下是一些关键设置点： “Search distance for coupling of different cable bundles”的值必须大于Cable bundle之间的距离，Mesh type选择standard。  

点击show mesh对网格进行检查，确保两个cable bundle出现在同一个截面上。  

针对方法二，由于线缆采用实体建模，因此3D用频域F求解器，网格及求解器设置如下。  

• 共模浪涌仿真的电路模型    

在创建电路模型之前，我们需要仔细解读IEC61000-4-5标准上对测试的要求。浪涌信号通过CDN网络注入EUT设备，差模（line  to line）和共模（line to ground）有不同的耦合阻抗（Coupling impedance）。  

本案例中，我们搭建的共模浪涌电路模型如下所示。接下来介绍两种方法在电路设置中的关键点。  

针对方法一，Simulation model选择Standard model，这种模式适合纯cable之间的仿真，周围金属是理想的参考。  

接下来进入Trans task设置，仿真时间建议大于200us，点击update开始运行。  

• 共模浪涌仿真结果    

我们首先对比下DC屏蔽线P1位置的浪涌电压和电流信号，可以看出两种方法一致性非常好。  

再看看被 干扰信号线P3上耦合的电压和电流信号，同样获得了很好的一致性。