作者 | wang jieyu
在电源电路中，电感的非线性饱和是一个常见问题。当电流超过饱和电流时，磁芯材料无法继续有效存储磁场能量，电感值显著下降，进而导致电流波形失真、功率损耗增加以及电路效率降低。
同样，在滤波电路中，滤波电感的非线性饱和会削弱其滤波效果，使高频噪声无法有效滤除。
今天，我们将重点介绍cst低频工作室中ms solver的一个重要功能——state space model（状态空间模型）。state space model是一种用于描述系统动态行为的数学模型，能够更准确地刻画现实世界中复杂系统的非线性特性，为电路设计和优化提供有力支持。
state space model如何设置
首先创建3d模型，如一个简单的非线性电感，包括非线性材料b-h曲线。
在ms solver中勾选incremental inductance matrix。
选择state space model
设置合适的参数范围，并启动参数扫描仿真。
得到多个参数的incremental inductance matrix仿真结果后，在schematic中选择nonlinear model。然后回到state space model设置中选择export。
这样就完成了state space model的创建。
state space model应用案例
【应用案例一】：滤波电感饱和对滤波性能的影响
电路模型：等效噪声源 滤波电路 lisn 电源 load
构建典型的ce（传导噪声发射）等效电路，包含等效噪声源、滤波电路、lisn、电源、load。
其中滤波电感为state space model，在不同的直流偏置下，呈现非线性电感的特性。
仿真结果
非线性电感感量
结果分析：
选择合适的参数扫描范围，该范围需要覆盖电路中通过电感的电流值。（本案例为 -10a---10a）通过参数扫描得到不同电流下的增量电感量。从结果中可以清晰的看到感量随电流的增大呈现非线性。传导噪声仿真结果对比：load 1ω vs. 10ω
结果分析：
电源电压恒定为10v，当load为1ω时，等效电路中直流电流约10a。同理，当load为10ω时，等效电路中直流电流约1a。从仿真结果对比可以看到，当直流电流为10a时，电感趋于饱和，导致感量下降，从而影响了滤波电路的滤波性能。
【应用案例二】：dc/dc converter中功率电感的饱和
电路模型： dc/dc converter 电路 滤波电路 lisn
l构建完整dc/dc converter ce噪声测试电路，即在dc/dc converter 电路的基础上，增加滤波电路，lisn等效电路等。
l这是一个典型的同步整流buck电路，其中功率电感为state space model，在不同的直流偏置下，呈现非线性电感的特性。
仿真结果：线性电感 vs. 非线性电感（基于state space model）
结果分析：
通过sw点电流波形的对比，能够清晰地看到功率电感的饱和现象。即在电流增大的过程中，由于电感趋于饱和，电感感量下降，电感上的电流变大且波形向内弯曲。由于本案例中电感的非线性对电流波形的影响不是特别大，因此传导噪声增加1db左右。
