中文摘要：

EMI滤波器是抑制传导电磁干扰的重要元件，以耦合PCB传输线构成模块化的EMI滤波器不同于由分立元件构成的滤波器，可对电力电子系统的小型化、集成化产生重要促进作用。本项目利用有限元法，建立"直线段"和"圆弧"组成复杂曲线的分布参数数值计算模型，提取与频率有关的单位长度电感、电容、电阻和电导；在此基础上，建立以电压和电流为变量的模块等值参数模型，利用模量转化法，求取得到各模块等效的两端口集中参数模型；在各模块不同连接条件下，建立滤波器封装后模块间电磁耦合的数值计算模型及等值的多端口网络；采用散射参数法结合适当的边界条件，提出描述模块内及模块间电磁耦合效应的方法。通过理论分析和实验测试，揭示"以耦合PCB传输线"为基础的EMI滤波器模块及其之间电磁耦合效应以及对滤波器性能影响的规律，建立设计该类滤波器的理论体系，为EMI滤波器的集成化提供一种重要的思路。

结论摘要：

电力电子设备中电磁干扰问题越来越严重，作为抑制该传导干扰最经济有效的手段——EMI滤波器，占电力电子设备整体体积、重量的比例过大。为减小EMI滤波器的体积，提高其高频滤波特性，本课题组基于高介电常数的陶瓷材料开发，将EMI滤波器所需的电容和电感集成于一体，开发了新一代EMI滤波器——环形平面型EMI滤波器，所开发的新一代EMI滤波器效率高，其中的寄生参数可以作为“有益”参数使用，由此极大地减小了滤波器的体积，滤波器的集成度更高。本课题组主要对以下几个方面进行了研究 (1) 开发合成高介电常数材料CCTO及BaTiO3，将其运用于EMI滤波器基本单元中，提出一种有效测试材料介电常数随温度、频率及电场强度变化的方法，试制了若干合适的环形结构空心、带铁芯的共模LC单元、差模漏感、差模电容器模块。 (2) 环形“感容”模块LC单元电气模型的提出及实现。利用电感箔式绕组层间分布电容实现了电感与电容的集成，是构成平面集成EMI滤波器的基本单元；建立了该类模块宽频率范围的有限元数值计算模型，提取了模块单位长度的电容、电感、电导、电阻等电磁参数。 (3) 建立了多导体的广义弧形传输线理论，并将该理论应用于LC单元电磁特性的分析中，将LC单元等效为需求的二端口网络模型，进一步可有效设计滤波器。 (4) 建立了多级平面EMI滤波器设计理论。对于噪声强烈的场合，单级滤波器无法达到理想的效果，多级平面EMI滤波器是较佳的选择。同时，依据滤波器电压衰减无需考虑噪声源、负载阻抗的特性，采用电压衰减替代插入损耗以达到简化滤波器设计过程的目的。 (5) 提出了一种带有阻抗失配网络的滤波器网络设计原则。针对实际工作情况下EMI滤波器受噪声源、负载阻抗不匹配而导致工作性能不佳的问题，其可利用不同阻抗比例关系产生不同的反射损耗这一特性对滤波器的最佳工作状态进行配置，使得滤波器在原有插入损耗的基础上增加其反射损耗，达到改善滤波器工作性能的目的。本项目将研制的平面型EMI滤波器应用于功率变换器系统中，与同技术指标的分立型EMI滤波器比较，体积减小30%以上，有效占电路板面积40%以上，表明EMI滤波器在功率变换其系统内具有很好的发展前景。该项技术国内独创，尚未有完全相同的技术报道，与美国弗吉尼亚理工大学矩形平面型EMI滤波器具有同一技术水平。