Mener une analyse de CEM efficace grâce à CST Studio Suite®

Détermination des éléments parasites pour les modèles de boîte blanche pour une analyse de CEM efficace

CST Studio Suite® offre la possibilité de combiner des modèles 3D et des circuits dans une co-simulation. De cette manière, les effets parasites tels que les inductances et capacités parasites, qui jouent un rôle notamment aux hautes fréquences (c’est-à-dire en CEM), peuvent être pris en compte directement dans la simulation du système. Lisez ici comment identifier facilement les éléments parasites pour créer des modèles de boîte blanche.

Les effets parasites peuvent être pris en compte directement dans CST Microwave Studio (MWS) dans le cadre d’une simulation 3D. Néanmoins, dans certains cas, on souhaite créer un modèle de boîte blanche qui ne soit composé que d’éléments RLC et reproduise encore la courbe d’impédance et les paramètres S avec une précision suffisante. La figure 1 montre en principe comment un tel modèle de boîte blanche peut être dérivé d’une géométrie 3D. La structure est souvent divisée en zones à cet effet, cela nous permet de distinguer le couplage capacitif dans la zone des pièces en plastique (corps verts sur la figure) et le couplage dans l’air par exemple. Les résistances partielles, les inductances partielles et les capacités doivent ensuite être déterminées pour les différentes zones afin de pouvoir les utiliser correctement dans le modèle de réseau.

Figure 1 Dérivation d’un modèle de boîte blanche en utilisant l’exemple de deux jeux de barres(Busbars) dans un boîtier en aluminium. Les corps représentés en vert sont en plastique et servent à positionner les jeux de barres.

En particulier, l’estimation de l’inductance partielle pose des difficultés avec des géométries plus compliquées. Souvent, la capacité n’est pas facile à estimer. La règle empirique de 1 nH par mm de longueur de ligne est souvent utilisée pour l’inductance partielle, mais cela s’applique davantage aux conducteurs fins. L’analogie avec le condensateur à plaques est généralement utilisée pour estimer la capacité. Cependant, les composantes de diffusion sont négligées, ce qui entraîne une erreur plus importante dans le cas de structures minces.

Ici, la simulation 3D avec CST Studio Suite® peut aider à déterminer plus précisément les inductances et capacités partielles. Avec le solveur RLC partiel (pRLC), les segments de conducteurs individuels peuvent être visualisés partiellement. La figure 2 montre comment cela est implémenté dans le 3D studio de CST. Les zones indiquées en rouge sont considérées comme source et puits. Le calcul lui-même s’exécute très rapidement et les paramètres du réseau RLC sont renvoyés en conséquence.

Figure 2 Calcul des résistances partielles, des inductances et des capacités pour les zones définies à la Figure 1.

Le solveur RLC partiel peut être trouvé via les « Modèles de projet ». La figure 3 montre où se trouve le workflow correspondant dans CST Studio Suite®. Outre le calcul des inductances et capacités partielles, le Solveur RLC partiel a également la possibilité de créer automatiquement une boîte SPICE. Si celui-ci est créé pour une seule fréquence, il est même « lisible par l’homme », c’est-à-dire qu’il peut être interprété par l’utilisateur.

Ce qui suit décrit la variante dans laquelle un modèle de boîte blanche créé manuellement est rempli avec les inductances et les capacités calculées par le solveur pRLC.

Figure 3 : Définition d’un projet RLC partiel à l’aide des modèles de projet.

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La figure 4 montre qu’avec cette procédure simple, des modèles de boîte blanche peuvent être construits très rapidement qui correspondent très bien au modèle 3D. Dans la figure, l’impédance en mode différentiel de la modélisation de la boîte blanche est comparée à celle du modèle 3D. Le résultat est affiché à gauche lorsque les inductances et les capacités partielles sont estimées à l’aide des méthodes d’estimation mentionnées au début.

Le résultat du modèle 3D est la courbe verte, le modèle de boîte blanche estimé est le bleu. En particulier, l’inductance s’écarte considérablement ici.

Sur la droite de la figure, la courbe rouge montre le résultat lorsque les éléments du modèle de boîte blanche reçoivent des données du solveur RLC partiel. En plus des inductances, même les fréquences de résonance sont ici parfaitement reproduites.

Figure 4 : Comparaison de l’impédance de mode différentiel de la simulation 3D complète (courbe verte) avec le modèle de boîte blanche avec des inductances et capacités parasites estimées (courbe bleue) et le modèle de boîte blanche où les inductances et capacités partielles sont calculées avec le solveur RLC partiel ont été calculés (courbe rouge).

Souhaitez-vous tester le solveur pRLC dans CST Studio Suite® ou avez-vous des questions sur la procédure de base pour créer des modèles de boîte blanche dans CST Studio Suite® ?