定磁場干擾模擬

強磁場對電子設備的干擾是法規中的一項測試,Maxwell能針對這種測像做強磁場的模擬。

當周遭存在強直流磁場(DC Magnetic Field),可能會影響到敏感元件,常見於:

  • 電流傳感器(Hall sensor, TMR, GMR)

  • 磁珠、共模扼流圈、變壓器附近的 IC

  • 電感或電源模組旁的高電流 busbar

例如 AI server 中 800A busbar 產生的磁場可能干擾隔壁的電流感測 IC → 需用 Maxwell 做 Static Magnetic + Field Overlay。

另一種常見的是設備暴露於外部磁場,我們會需要檢查

  • 外部磁場會不會讓金屬過熱?

  • 是否造成飽和?

  • 是否影響控制器或感測器?

此章節,我們教讀者使用Maxwell的外部磁場設定。

外加定磁場模擬

下面我們以要模擬6000 Gauss的定磁場為例。請注意,下面的方法只適用於Magnetostatic Sover 和AC Magnetic Solver。

  1. 首先將要模擬的6000 Gauss轉換成空氣中的H,約是     

  2. 假設要做的是Z方向的H場,在模擬中我們先將XY平面的邊界,使用TangentialHField的BC。

  3. 設定U(X)為478000 A/m,如圖 2-1。

圖 2-1
  1. 將Z軸的上與下面都指定成Zero Tangential H Field。

圖 2-2
  1. 完成其餘設定,即可以得到給定H場的模擬。

圖 2-3

Helmholtz Coil

在Transient Solver中,Maxwell沒有上述的邊界條件可以使用。但我們能建立 Helmholtz Coil來做為定磁場的產生器。

只是如想要如上面的範例磁場大小,用一般「空心」Helmholtz coil 要做到 6000 Gauss ≈ 0.6 T 的均勻磁場,理論上可以,實務上非常吃力(電流超大、發熱和電源都很誇張),通常會改用鐵心電磁鐵或超導磁體比較實際。但在模擬中,我們是可以忽略實務上的考量來創建均勻磁場。

Helmholtz coil 是一種由 兩個相同的圓形線圈 所組成的裝置,用來產生 非常均勻(uniform)的磁場。它是物理與電子工程中最常見的標準磁場產生設備之一,尤其用於校正、量測、感測器測試、磁性材料研究等。

Helmholtz coil 的最大特色就是:

🌟 在中心附近產生幾乎「平坦」的磁場(均勻性非常高)

均勻程度非常優秀,中心附近的磁場梯度(gradient)非常小,因此常被用來:

  • 校正磁力儀、磁感測器(magnetometer、Hall sensor)

  • 製造可控磁場環境

  • 地磁抵消(取消地球磁場)

  • 生醫磁場實驗

  • 高敏感電子設備干擾測試

Helmholtz coil 的定義如下:

  • 兩個相同大小的圓形線圈

  • 彼此相距 = 線圈半徑 R

  • 通上相同方向的電流 I

  • 會在兩線圈中間形成一個 磁場極度均勻的區域

如圖 2-4,我們在元件的上下面加入了兩個大的圓形線圈,並給予同方向的激勵電流。

圖 2-4

如圖 2-5,我們也能產生由下而上的 H場型分布。

圖 2-5

2025/11 updated.

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