2022年的新冠疫情真的是一波未平一波又起。美好的國(guó)慶假期剛剛過(guò)去，朋友圈里曬風(fēng)景的不多，曬紅碼黃碼的人倒是不少。這倒是像極了雷電流分布圖，紅色區(qū)域代表著高電壓/大電流，存在高壓擊穿/過(guò)電流的風(fēng)險(xiǎn)。因此借此標(biāo)題衷心祝福祖國(guó)大地也無(wú)風(fēng)雨也無(wú)情（疫情的情）。

CST的防雷仿真已經(jīng)介紹了兩期，分別介紹了浪涌發(fā)生器建模和典型防雷電路的仿真。

CST 防雷電路（一）

CST 防雷電路（二）

本期重點(diǎn)介紹基于CST的場(chǎng)路協(xié)同仿真方法的防雷仿真。場(chǎng)路協(xié)同相信大家一定不陌生，可以說(shuō)是CST的看家本領(lǐng)了。場(chǎng)路協(xié)同仿真總共分三步：3D建模--->電路建模并與3D的連接--->場(chǎng)路協(xié)同仿真。

下面我們來(lái)詳細(xì)介紹基于CST場(chǎng)路協(xié)同方法的防雷仿真。

【仿真流程】

第一步：3D建模，如下圖所示。

為縮短仿真時(shí)間，只截取了下面電路圖中電源輸入到MOS之間的部分PCB作為仿真模型。其中黃色為電路中對(duì)應(yīng)的GND，紫色為Vin+。分別在電源輸入pin，MOV的位置，以及MOS Vds位置增加端口。

第二步：電路建模并與3D的連接，如下圖所示。其中浪涌發(fā)生器電路可以參考CST 防雷仿真（一）

第三步：場(chǎng)路協(xié)同仿真

首先在schematic中創(chuàng)建transient仿真任務(wù)。在這里可以選擇“傳統(tǒng)”的場(chǎng)路協(xié)同方法，即Transient (Combine results)，也可以選擇真正的場(chǎng)路協(xié)同仿真，即CST transient co-simulation。如下圖所示。

CST: “Traditional” Co-Simulation.

CST transient co-simulation: True Transient Co-Simulation.

由于浪涌信號(hào)時(shí)間相比ESD信號(hào)時(shí)間長(zhǎng)得多，所以如果使用CST transient co-simulation方法，仿真時(shí)間較長(zhǎng)。因此可以根據(jù)仿真應(yīng)用場(chǎng)景，選擇更合適的仿真方法。在這個(gè)案例中，筆者采用的“傳統(tǒng)”的場(chǎng)路協(xié)同方法。

【仿真結(jié)果分析】

一、浪涌電壓分析

觀察浪涌電壓注入后PCB的整體電場(chǎng)分布及局部MOS Vds的電場(chǎng)分布。有MOV的條件下，MOV后的PCB走線殘壓明顯較小，MOS Vds的電場(chǎng)明顯較小，也可以通過(guò)對(duì)比殘壓曲線得到該結(jié)論。

PCB電場(chǎng)分布動(dòng)圖對(duì)比：

無(wú)MOV

有MOV

局部MOS Vds的電場(chǎng)分布對(duì)比：

無(wú)MOV

有MOV

MOS Vds對(duì)比圖：

二、浪涌電流分析

觀察浪涌電壓注入后PCB的整體表面電流分布及局部Load上的電流分布。有MOV的條件下，浪涌電流基本集中在MOV之前，在MOV后的PCB走線上，浪涌電流明顯較小，Load上的電流明顯較小，也可以通過(guò)對(duì)比Load上的浪涌電流曲線得到該結(jié)論。

表面電流分布動(dòng)圖對(duì)比：

無(wú)MOV

有MOV

表面電流分布云圖對(duì)比:

無(wú)MOV

有MOV

Load電流分布對(duì)比圖：

【總結(jié)】

1. CST的場(chǎng)路協(xié)同仿真方法非常適合含有非線性器件電路的瞬態(tài)仿真分析。

2. 浪涌仿真由于頻率較低，求解器的選擇及仿真方法的選擇對(duì)仿真時(shí)間的影響較大。

3. 防雷設(shè)計(jì)如同治水，堵不如疏。但即使是增加了防雷器/器件，后級(jí)仍然存在一定的殘壓。這就需要考慮到廣義的電磁兼容性設(shè)計(jì)，讓每個(gè)器件在雷擊環(huán)境下都能正常工作。

從雷電來(lái)時(shí)的風(fēng)卷江湖雨暗村，到防雷設(shè)計(jì)后的卷地風(fēng)來(lái)忽吹散。愿所有的電磁兼容設(shè)計(jì)都能夠也無(wú)風(fēng)雨也無(wú)晴。至此防雷系列結(jié)束，感謝各位。

（內(nèi)容、圖片來(lái)源：CST仿真專(zhuān)家之路公眾號(hào)，侵刪）

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