2024新年伊始,笔者接到了一个看起来很简单,实则也很简单的仿真任务——为电机控制器mcu设计一个滤波电路并仿真。
一、传导噪声分析
很显然,在没有任何滤波的前提下,该模型的ce仿真结果已经超过xx标准的限制线,如下图所示。
因此,在0.53m-1.8m频段,滤波电路的插损设计指标为-25db (从上图可知,pk值需要降低10db以上,而av 值需要降低25db以上,才能满足标准要求)。
二、滤波电路设计
根据mcu电路及仿真结果分析可知,该传导噪声以共模噪声为主。在该案例中,笔者使用常见的lc滤波或π型滤波电路拓扑。如下图所示
注:该图片来自于网络
根据以上电路及滤波器的空间布局来创建滤波器的3d结构模型及电路模型,如下图所示。
滤波电路3d模型
三、滤波电路仿真
如果现在就把设计好的滤波电路3d模型与mcu 3d模型联合起来,做完整的ce仿真,那么很可能在经历漫长的等待后,并不能获得理想的ce仿真结果。这种坑,笔者肯定是掉过的。下面就和大家分享一下笔者从坑里爬出来以后的经验总结。
方法一:等效滤波电路仿真
电路仿真能够比较快速地得到仿真结果,进而能够快速地进行滤波电路的设计。该案例的等效滤波电路仿真模型如下图所示。
结论:分别仿真有无滤波两种电路。仿真结果对比可知,增加滤波器以后,高于2m的频段,噪声衰减较大,但在1.5m之前,噪声没有降低,反而在0.8m附近产生了较大的谐振。如下图所示。
方法二:基于场路协同的滤波器仿真
包含滤波电路的三维模型
电路模型
结论:分别仿真有无滤波两种模型,仿真结果与电路仿真结果基本一致,包括低频的谐振,如下图所示。
四、滤波电路优化
很明显,笔者的滤波电路设计并没有一次成功,该滤波器在低频段(<2m)基本没有滤波效果,而且产生了谐振。因此笔者对滤波电路参数进行了优化及调整,最终获得了比较理想的仿真结果,如下图。
基于场路协同的滤波电路仿真结果对比
最后将滤波电路与电机控制电路相结合,得到最终的传导发射仿真结果,如下图所示。
基于场路协同的传导发射仿真结果
(内容、图片来源:cst仿真专家之路公众号,侵删)
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