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研究生:陳登烽
論文名稱:電感繞線架構對EMI的穩定性分析
論文名稱(外文):Design and analysis of winding construction for electromagnetic interference stabilization
指導教授:盧裕溢盧裕溢引用關係
學位類別:碩士
校院名稱:明新科技大學
系所名稱:電機工程研究所碩士在職專班
學門:工程學門
學類:電資工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2011
畢業學年度:100
語文別:中文
論文頁數:62
中文關鍵詞:傳導電磁干擾電感繞線架構量產品質的穩定性
外文關鍵詞:Conducted EMIwire windingEMI stabilization
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本論文主要目的在研究類比線路中的電感元件,在使用Toroidal core 的架構下,大量生產時,電感的雜散損失參數對EMI品質穩定度的影響。
就Toroidal core 量產生產方式而言,因core是圓形封閉的結構、只能以半自動的方式繞線量產、且通常無固定的支撐體(Bobbin)以限制繞線區域,造成因人為的手動控制繞線而在量產的電感元件上有很大的繞線差異。這些差異在電感元件上構成了雜散損失的誤差。電路設計上雖大部份可忽略這些誤差,但這些雜散損失可在線路上產生高頻諧振,而造成的電磁干擾(EMI)也會隨著雜散損失參數的誤差而不同。不同的參數產生不同的諧振頻率和諧波強度,因而造成量產時EMI的品質不穩定問題。
在EMI的量測上,有太多的因素影響EMI的量測分析結果,實驗量測的頻段愈低,影響實驗結果的參數愈少。本研究主要是量測150kHz 到 30MHz間的傳導電磁干擾(Conducted EMI)。實驗使用了一組在投影機上的高功率負載驅動電路(降壓式轉換器 Buck Converter)以探討EMI現象。當驅動線路工作時,電路上的電感電流隨頻率切換產生高頻的諧振漣波,這些高頻的諧振漣波就是電磁干擾的主要來源,降低或改善諧振漣波在理論上應可降低電磁干擾。本文除驗證電感的繞線方式對EMI的改善外,也探討量產的EMI品質穩定性。
本研究實際測試九個電感樣品,依繞線結構將其分為兩個群組,所有樣品的電氣特性均在規格內,透過取得每一個電感的EMI數據,比較和分析以證明電感的繞線結構足以影響整體的電磁干擾(EMI) 。依國際標準CISPR 22的量產統計規格,不穩定的EMI數據,將使統計結果大幅超出標準,證明穩定的零件設計規範,才可得到量產EMI品質的穩定性,有效符合傳導電磁干擾的規格。
本論文說明了電感的製程和EMI的量產品質習習相關,工程設計人員只要注意零件的製程細節,並將電感的作業流程詳細規範,可避免在最後的量產階段還有看不見的EMI品質穩定問題,造成重工或再設計等必要的工時浪費。

關鍵字:傳導電磁干擾(Conducted EMI)、電感繞線架構、量產品質的穩定性

Traditionally, the EMI filter is used to prevent the conducted EMI from injuring the other electronic equipments within the same electric network. EMI filter may increase cost and occupy area of electronic product. It is hard to get the electromagnetic interference stabilization due to the large tolerance of the EMI filter. Therefore, electrical engineer has to face the EMI stabilization problem in the beginning of design stage by rightly choosing of components rather than increasing more filter circuits to reduce the conducted EMI of product.
The aim of this research is to study the conducted emission reduction and stabilization quality through designing various types of chock winding used in a projector product. In this study, various wire winding chocks are adopted to observe the EMI stabilization problem. The projector may get the bad EMI stabilization and unstable EMI results in the stage of mass production. In this study, EMI stabilization has been improved by changing wire winding of chock and the conducted emission of the projector has also been reduced and accords with the limitation of CISPR 22 Class B.



Keyword:Conducted EMI, chock, wire winding, EMI stabilization

摘 要 3
Abstract 4
誌謝 5
目錄 6
表目錄 8
圖目錄 9
第一章 緒論 11
1.1 研究背景 11
1.2 研究動機 12
1.3 論文內容概述 13
第二章 EMI簡介與測試架構 14
2.1 EMI電磁干擾 14
2.2 傳導電磁干擾 14
2.3 傳導干擾測試的連接 15
2.4 共模雜訊和差模雜訊 16
2.5 LISN 16
2.6 3C產品的EMI限制 17
2.7 傳導干擾的EMI雜訊分析和對策 19
2.8 EMI濾波器線路 20
2.9 EMI 濾波器的阻抗分佈 21
2.10 傳導測試架構 23
第三章 EMI干擾源分析 25
3.1 降壓驅動線路(DC/DC BUCK Converter) 26
3.2 線路的EMI雜訊來源 27
3.3 BUCK Converter 的高頻諧振 28
3.5 電源供應器 30
3.6 功率因數修正線路(PFC)的EMI排除 32
3.7 鐵粉蕊(core)的損失因子 34
3.8 DC Bias 36
第四章 測試方法與步驟 38
4.1 測試樣品 38
4.2 測試程序 39
第五章 測試結果和分析 43
5.1 電感Sample A的屏蔽和非屏蔽EMI結果 43
5.2 電感Sample B,C 的電流諧波 45
5.3 電感Sample B,C的EMI干擾結果 47
5.4 電感Sample D,E,和F的EMI測試結果 49
5.5 電感Sample G的測試波形和數據 51
5.6 電感Sample H和J的測試波形和數據 53
5.7 測試結果的讀值分析 56
5.8 量產統計分析 58
5.9 使用Toroidal電感的生產規格制定方向與建議 60
第六章 結論 62
參考文獻 63

1.中國國家標準,CNS 14675,C6423,資訊技術設備-電磁免疫力特性-限制值與量測方法,中華民國九十一年。
2 中國國家標準,CNS 14299,C5265,電磁相容性詞彙,中華民國八十八年
3 盧裕溢,陳時聖,葉中雄,切換式電源供應器傳導性電磁干擾之分析與抑制,海峽兩岸三地無線科技研討會,台北亞東技術學院,2008。
4 I.E.C. CISPR 22, “Information technology equipment-Radio disturbance
characteristics Limits and methods of measurement”, pp. 25-27. 2005
5 李思雄,EMC測量不確定度分析與計算,深圳電子產品質量檢測中心,2004。
6 姚啟元, EMC電磁相容測試與對策技術,全華科技圖書股份有限公司,2005。
7 Les Kirkup, “Calculating and Expressing Uncertainty in Measurement”, Department of Applied Physics, Faculty of Science, University of Technology, Sydney, New South Wales 2007, Australia。
8 CNAL/AR11, CNAL認可規則-測量不確定度政策, 2003。
9 UKAS Lab34, The Expression of Uncertainty in EMC Testing, 2002。
10 房性中,“量測作業之不確定度分析與探討”,中華技術,第51期,中華民國九十三年。
11 浩網科技,量測不確定度簡介,精密量測電子報,中華民國九十三年。
12 EN ISO/IEC 17025, “General requirements for the competence of testing and calibration laboratories”, 2000。
13 Fred Geman, FlomericsInc, “設計早期對EMC的考慮”,EDN電子設計技術,2005.
14 TAF-CNLA-J03,電磁相容檢測實驗室量測不確定度評估要求,中華民國九十四年。
15 MIL-STD-461E, “Requirements for the control of electromagnetic interference characteristics of subsystems and equipment”, 1999。
16 K.RAJESWARA RAO, K.SURYANARAYANA “Error Free EMI Measurements and Its Concepts”, INCEMIC, 1997。
17 CNAL/AG06, CNAL認可指南-測量不確定度政策實施指南, 2003。
18 Tim Williams, Elmac Services, Measurement techniques and test methods: developments, costs and options, UK.2004。

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