《基於耦合傳輸線單元構成的EMI濾波器設計理論》是依託南京航空航天大學，由王世山擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：基於耦合傳輸線單元構成的EMI濾波器設計理論
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：王世山
- 依託單位：南京航空航天大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
EMI濾波器是抑制傳導電磁干擾的重要元件，以耦合PCB傳輸線構成模組化的EMI濾波器不同於由分立元件構成的濾波器，可對電力電子系統的小型化、集成化產生重要促進作用。本項目利用有限元法，建立直線段和圓弧組成複雜曲線的分布參數數值計算模型，提取與頻率有關的單位長度電感、電容、電阻和電導；在此基礎上，建立以電壓和電流為變數的模組等值參數模型，利用模量轉化法，求取得到各模組等效的兩連線埠集中參數模型；在各模組不同連線條件下，建立濾波器封裝後模組間電磁耦合的數值計算模型及等值的多連線埠網路；採用散射參數法結合適當的邊界條件，提出描述模組內及模組間電磁耦合效應的方法。通過理論分析和實驗測試，揭示以耦合PCB傳輸線為基礎的EMI濾波器模組及其之間電磁耦合效應以及對濾波器性能影響的規律，建立設計該類濾波器的理論體系，為EMI濾波器的集成化提供一種重要的思路。
結題摘要
電力電子設備中電磁干擾問題越來越嚴重，作為抑制該傳導干擾最經濟有效的手段——EMI濾波器，占電力電子設備整體體積、重量的比例過大。為減小EMI濾波器的體積，提高其高頻濾波特性，本課題組基於高介電常數的陶瓷材料開發，將EMI濾波器所需的電容和電感集成於一體，開發了新一代EMI濾波器——環形平面型EMI濾波器，所開發的新一代EMI濾波器效率高，其中的寄生參數可以作為“有益”參數使用，由此極大地減小了濾波器的體積，濾波器的集成度更高。 本課題組主要對以下幾個方面進行了研究： (1) 開發合成高介電常數材料CCTO及BaTiO3，將其運用於EMI濾波器基本單元中，提出一種有效測試材料介電常數隨溫度、頻率及電場強度變化的方法，試製了若干合適的環形結構空心、帶鐵芯的共模LC單元、差模漏感、差模電容器模組。 (2) 環形“感容”模組LC單元電氣模型的提出及實現。利用電感箔式繞組層間分布電容實現了電感與電容的集成，是構成平面集成EMI濾波器的基本單元；建立了該類模組寬頻率範圍的有限元數值計算模型，提取了模組單位長度的電容、電感、電導、電阻等電磁參數。 (3) 建立了多導體的廣義弧形傳輸線理論，並將該理論套用於LC單元電磁特性的分析中，將LC單元等效為需求的二連線埠網路模型，進一步可有效設計濾波器。 (4) 建立了多級平面EMI濾波器設計理論。對於噪聲強烈的場合，單級濾波器無法達到理想的效果，多級平面EMI濾波器是較佳的選擇。同時，依據濾波器電壓衰減無需考慮噪聲源、負載阻抗的特性，採用電壓衰減替代插入損耗以達到簡化濾波器設計過程的目的。 (5) 提出了一種帶有阻抗失配網路的濾波器網路設計原則。針對實際工作情況下EMI濾波器受噪聲源、負載阻抗不匹配而導致工作性能不佳的問題，其可利用不同阻抗比例關係產生不同的反射損耗這一特性對濾波器的最佳工作狀態進行配置，使得濾波器在原有插入損耗的基礎上增加其反射損耗，達到改善濾波器工作性能的目的。 本項目將研製的平面型EMI濾波器套用於功率變換器系統中，與同技術指標的分立型EMI濾波器比較，體積減小30%以上，有效占電路板面積40%以上，表明EMI濾波器在功率變換其系統內具有很好的發展前景。該項技術國內獨創，尚未有完全相同的技術報導，與美國維吉尼亞理工大學矩形平面型EMI濾波器具有同一技術水平。
