二、理论基础
电子设备结构中常见的电磁干扰方式主要有传导干扰和辐射干扰。因此,电磁兼容(EMC)设计的主要方法包括屏蔽、滤波和接地。
2.1 盾牌
电磁屏蔽是利用金属板、网、罩、盖、盒等屏蔽体,为防止或减少电磁能量传播而采取的结构性措施。常用的方法有静电屏蔽、磁屏蔽和电磁屏蔽。在设计电磁兼容时,电子设备的结构设计者必须根据产品提出的抗干扰要求,进行有针对性的电磁屏蔽设计。屏蔽通常分为三种:静电屏蔽、磁屏蔽和电磁屏蔽。
2.2 过滤
电路中的干扰信号往往通过电源线、信号线、控制线等进入电路造成干扰。因此,公用电力线和穿过干扰环境的电线一般都需要滤波电路。
2.3 接地
接地也是电磁兼容设计中极为重要的问题。正确的接地方法可以减少或避免电路之间的相互干扰。可根据不同的电路采用不同的接地方式。通常组合单元电路接地接地方式有串联接地、单点并联接地和多点接地三种。整机的接地方式也是保证产品电磁兼容性的主要措施之一。由于它们的功能不同,电路有很大的不同,接地条件也不一样。常用的方法是:将模拟电路、数字电路、机箱分开,分别单独接地,避免相互干扰。最后,将三个地连接到地。这种方法可以更好地抑制电磁噪声,减少数字信号与模拟信号之间的干扰。
3、机箱EMC结构设计
电子设备中的机箱。机箱有电源线、信号线、控制线等,进出,还有散热用的通风孔、调节用的调节孔、显示窗等。同时机箱还由多个部分。难免会在各个部分的连接处出现泄漏。如何抑制上述因素造成的电磁能量泄漏,成为电磁兼容的关键。这里仅介绍几种简单可行的结构设计方法:
3.1 间隙的屏蔽
缝隙是指连接后要拆卸的连接处,如底盘上下盖板、前后面板与箱体的连接缝。这种连接通常用螺钉固定。在这种情况下提高屏蔽效果的方法如下:
(1)加大缝隙深度,即加大箱体与盖板的配合宽度。
(2)在接合处加导电垫或提高接合面的加工精度,即减小间隙长度。通常在接合面安装导电垫更经济。这样不仅可以减少间隙泄漏,而且对接合面的加工精度要求不高。
(3)接合面涂导电漆:在用螺钉和铆钉紧固的搭接接头处,由于接合面微观凹凸不平,接合面只能部分接触;而导电漆是一种流体状的液体,很容易流入缝隙,填充接合面的凹凸不平的部分,可以显着改善连接。使用接头处金属间的电接触时,应先去除接头表面的非导电物质。该涂层还可用于减少那些易受腐蚀的接头的腐蚀。如果接头配合面太粗糙,气孔大,应先用导电填料填充气孔。导电间质具有油灰般的稠度,可以像划痕底漆一样嵌入。
(4)缩短螺丝间距:接合面不加导电垫片时,在结构条件下应尽量增加连接螺丝的数量,减少螺丝间距,间隙长度相应减少。
3.2 通风孔的屏蔽 [3]
为了满足机箱内部的通风散热要求,有时必须在机箱上开通风孔。因此,还必须对通风孔进行电磁屏蔽。在这种情况下提高屏蔽效果的方法如下:
(1)窗上覆盖金属丝网:金属丝网覆盖通风孔有两种结构形式。一是焊接安装。这种方法使金属网和屏蔽体之间有良好的电接触。但工艺复杂,性能变差后金属网难以更换,焊接时易损坏周围保护层,因此很少采用这种方法。另一种是用环形压环通过拧紧螺钉将金属网安装在屏蔽体的通风孔上。安装前,应清除配合面上的绝缘层、氧化层、油脂等非导电物质,并安装足够数量的螺钉,以获得连续接触。这种安装方式,只要仔细考虑结构和工艺,就能在金属网和屏蔽层之间获得良好的电接触,因此被广泛使用。
(2) 使用穿孔金属板作为通风孔:用许多小孔代替大直径的通风孔是提高屏蔽效率的有效方法。可以直接在屏蔽体上开很多小孔,也可以做成穿孔金属板安装。到防护罩的通风孔。与金属网相比,穿孔金属板的特点关键是屏蔽性能稳定,因为它不存在金属编织固有的网状线交叉点接触电阻不稳定的问题。在屏蔽墙上直接开小直径通风孔具有结构工艺简单、成本低等优点,在实际中得到了广泛的应用。
(3)使用截止波导式通风窗:金属丝网和穿孔金属板的屏蔽效果在较高频率下会降低,特别是当孔的尺寸与电磁波的波长相当时,孔会导致严重的泄漏.在更高的频率以上,如果想要有高屏蔽性能和良好的通风,可以使用截止波导通风板(如蜂窝通风板)。与金属丝网和穿孔金属板相比,具有以下优点:工作频段宽,即使在微波频段也具有很高的屏蔽性能;空气阻力小,风压损失小;机械强度高,运行可靠稳定。
3.3 封头孔的屏蔽
电子设备的机箱面板上往往装有指示电气参数的仪表,面板上需要开一个相应尺寸的孔来安装仪表。为防止电磁能从表头孔外泄,有两种结构方式可供选择:
(1)仪表背面进行附加屏蔽,在面板与屏蔽之间加导电垫片,以减小间隙,改善电接触。穿过屏蔽层的仪表引线由安装在屏蔽层上的馈通电容器引入。 ,使引线感应的干扰信号绕过到地。
(2)表面覆盖导电玻璃:表面覆盖导电玻璃盖板时,必须保证导电玻璃的导电层与面板有良好的电接触,通常在表面加导电垫片。联系。由于导电玻璃主要对电场和高频电磁场有屏蔽作用,所以最好是仪表本身有屏蔽作用,或者为导电拨动开关和指示灯加一块屏蔽玻璃金属网夹层,对磁场也有一定的影响。屏蔽效能。
3.4 开关和指示灯的屏蔽
电子设备的机箱面板上装有电源开关或工作状态转换开关。常用的有两种,一种是拨动开关,一种是按钮开关。它们都可以泄漏电磁能量。拨动开关的防漏安装结构是在面板与开关端面之间插入导电垫片。额外的屏蔽罩可用于按钮开关和指示灯的防漏电。在引线的穿透处应使用馈通电容器或针式滤波器连接器,以防止电磁能量通过引线泄漏。更简单的指示灯护罩可以在灯罩上覆盖导电玻璃。并使导电玻璃与面板保持良好接触。
3.5 显示屏的屏蔽
和阴极射线管的电子设备,如示波器、计算机终端显示器等,很容易在阴极射线管的开口处泄漏电磁能量,阴极射线管的屏蔽罩与机箱连接作为一个整体,并保持电气连续性。 .如果阴极射线管的屏蔽罩由铁磁材料制成,可以有效地实现磁屏蔽,使显示的图像不受周围杂散磁场的影响。对于信息处理设备的终端显示器,由于其主要目的是防止信息泄露,上述屏蔽措施是远远不够的。对于信息设备的显示,防止周围磁场干扰并不是主要目的。关键是要防止信息从显示屏的开口处泄露到外界,所以显示屏一定要屏蔽。还要求屏蔽层有一定的透光率,不影响观察。常用的方法有两种:
(1) 屏幕上覆盖有导电玻璃或导电塑料,使导电玻璃的导电层与机箱有连续的电接触。这种方法对屏蔽电场和平面波场比较有效,但对磁场几乎没有屏蔽作用。
(2) 屏幕上覆盖有金属网或导电玻璃和金属网的复合层。要求金属网不影响观察。为了提高屏蔽效果,最好将交叉点焊接起来。金属网和导电玻璃复合层不仅可以屏蔽磁场(交变),还可以屏蔽电场和平面波场。
3.6 电源线的处理
屏蔽机箱的电源线必须经过电源滤波器才能引入机箱,滤波器要做好屏蔽。安装时要注意两点:
(1) 过滤器应安装在电源线的入口处。
(2)电源滤波器的安装不能破坏机箱的屏蔽,所以滤波器屏蔽必须与机箱壁有连续良好的电接触。
3.7 保险丝座的屏蔽
单个保险丝座的屏蔽层用金属帽盖住保险丝座弹性弹簧安装在盖子中,使其与底盘有良好的电接触。多个保险丝座的屏蔽将设备的所有保险丝聚集在一起,并用一个额外的屏蔽罩对其进行屏蔽。附加屏蔽罩的结构和安装与仪表孔附加屏蔽类似。
4.总结
电磁兼容性(EMC)是系统设计中不可忽视的问题,它直接影响系统设备的可靠性、稳定性和质量指标。本文介绍的方法是从设备结构设计方面考虑的,涉及到屏蔽、滤波、接地等问题,与电路设计相辅相成,缺一不可。在实际设计中,应根据各干扰源的性质和设备的工作环境,与电路设计人员一起采取相应的措施。同时,在结构设计中,应充分注意所采取措施的稳定性和耐久性,避免代价高昂、费时的返工,以达到最佳的设计效果。