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機箱的屏蔽設計

機箱作為電子設備一個重要的基礎結構,其結構設計已經成為實現電子設備技術指標的重要環節。在這種情況下,要保證設備在各種復雜的電磁環境中正常工作,則在結構設計階段就必須認真考慮電磁兼容性設計。因此,機箱設計除了要考慮良好的結構工藝性等因素外,應該將解決電磁兼容問題作為機箱結構設計的重要考慮因素。

        1 基本原理

        電磁兼容設計的主要方法有屏蔽、濾波、接地。

        1.1 機箱屏蔽的設計要點。機箱必須良好接地;正確選擇接地點;合理設計機箱的形狀,盒形的比板狀的好,全封閉的比有孔、縫的好;機箱材料應選用良導體。

        1.2 屏蔽設計的基本原則。1)機箱的導電連續性;2)不能有直接穿過屏蔽體的導體。

        2 機箱的屏蔽措施

        2.1 縫隙的屏蔽

        縫隙屏蔽效能的因素主要有:縫隙的最大尺寸、縫隙的深度、屏蔽材料的特性。在實際設計中縫隙的最大尺寸與以下因素有關:緊固點的距離、零件的剛性、結合面表面的精度等。

        2.1.1 緊固點的距離。緊固點的距離一般就直接決定了縫隙的最大尺寸,是影響縫隙屏蔽效能的最主要因素。緊固點的距離從經濟性和可操作性的角度考慮,按照以下經驗數據取值:1)中、低等級(C級以下)屏蔽效能取50-100mm;2)高等級(C級以上)屏蔽效能取20-50mm。

        2.1.2 零件的剛性。增加零件剛性的常用措施有:采用型材、增加板材厚度,增加折彎次數等。

        2.1.3 縫隙的深度。增加結合面縫隙的深度可以大大提高縫隙的屏蔽效能,其作用要明顯大于減小緊固點的間距。對于鈑金件一般推薦縫隙的深度是板厚的10-15倍。設計人員在設計過程中應盡量增加結合面縫隙的深度。另外,可以考慮采取雙排緊固的方式。

        2.1.4 結合面表面精度。由于涉及到工藝水平以及加工設備的精度等難以改變的因素,實際設計中一般不對零件的表面精度提出特殊要求。

        2.1.5 使用屏蔽材料。當縫隙的屏蔽效能要求較高,或者實際結構中不允許有太多緊固點時,應該在縫隙中安裝屏蔽材料。這時,縫隙的屏蔽效能主要與屏蔽材料的屏蔽性能、屏蔽材料的安裝形式以及屏蔽材料的壓縮量有關:1)一般盡可能選用屏蔽性能好的屏蔽材料。2)屏蔽材料的安裝形式對屏蔽效果有很大的影響。 3)屏蔽材料的性能與壓縮量有直接關系,設計時必須合理選擇緊固點的數量,并盡量提高零件的剛性,保證屏蔽材料的壓縮量在允許的范圍之內。

        2.2 孔洞的屏蔽

        2.2.1 通風孔的屏蔽。通風孔的屏蔽主要需要均衡通風與散熱之間的矛盾??紤]屏蔽需求時,通風板的常用類型有穿孔金屬板和波導通風板。

        1)穿孔金屬板。穿孔金屬板即在金屬板上面開陣列通風孔。由于孔的最大尺寸和孔的深度是影響其屏蔽效能的主要因素,因此當通風板的屏蔽效能與散熱相矛盾時,可以采取增加孔深,減小孔的直徑,同時增加孔的密度和數量的方法來避免矛盾,盡量找到屏蔽和散熱之間的平衡點。穿孔金屬板結構簡單,價格低廉,大多數結構件均應該選用這種通風形式。

        2)波導通風板。波導通風板(或稱蜂窩通風板)是利用截止波導的原理制作成的通風板。波導通風板厚度尺寸越大,屏蔽效能越高。波導通風板的材料有鋁合金和鋼兩種。鋁制波導通風板一般是粘接制成的,因此需要導電處理后才能使用;而鋼制波導通風板是采用釬焊方式制成的,使用時只要做防腐處理即可。波導通風板的價格昂貴,特別鋼制波導通風板的價格更高,結構件中應優先選用鋁制波導通風板。

        2.2.2 其他孔洞的屏蔽。1)最好將指示燈等孔洞設置在機箱之外;2)選用屏蔽的元器件;3)采用加屏蔽罩的方法;4)對于小的孔洞,只要孔洞中不引出電纜,可以不處理。

        2.3 線纜的屏蔽

        2.3.1 通過屏蔽插頭轉接。一般情況下需要使用屏蔽電纜,這時的屏蔽效果主要是取決于插頭的屏蔽效果。另外,對于子架/插箱屏蔽方式,電纜直接從模塊的插座上面接出也是一種類似的方法,其屏蔽效果主要取決于插座上屏蔽措施的效果。

        2.3.2 通過EMI濾波器連接。即電源線通過電源濾波器連接,信號線采用信號線濾波器如濾波連接器、饋通濾波器等轉接。這種方式既可濾波,又可實現屏蔽。這種出線方式中濾波器的安裝至關重要。

        2.3.3 直接出機箱。對于屏蔽電纜,要求電纜在出機箱時屏蔽層必須與屏蔽體360°的接觸,保證阻抗足夠小。對于非屏蔽電纜,可以采取套金屬編制網、纏金屬絲網等方式將電纜出機箱的部分長度變成屏蔽電纜的形式,并按屏蔽電纜的要求將絲網與屏蔽體可靠接觸。絲網纏繞的長度一般為2-3m。

        2.3.4 濾波器的安裝。1)交流濾波器應安裝在機箱上,安裝面上縫隙的屏蔽效能足夠;2)直流濾波器應安裝在機箱上,要求不高時允許安裝在機箱內部,這時電源線可以直接從箱體穿出;3)濾波器的進出線必須在機箱的兩側;4)濾波器的外殼必須與屏蔽地可靠連接;5)濾波器的輸入、輸出線不許平行走線以及相互纏繞。

        2.4 地線的屏蔽

        禁止地線直接從機箱穿出。地線的出線必須采取屏蔽措施,例如信號地可以通過濾波器連接,機殼屏蔽地可以從機箱上面直接接線(不能從屏蔽體內穿出)。地線的處理措施對于系統的EMC性能十分重要,設計人員必須足夠重視。為消除地線的影響,應盡可能將系統的各種地線組成一個阻抗足夠小的等勢體,采取的措施有:例如通過接地排連接、采用結構件(螺釘等)連接、選用扁而粗的電纜等。

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