機(jī)箱EMC的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1、機(jī)箱EMC的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)        【摘要】EMC設(shè)計(jì)是設(shè)備設(shè)計(jì)中的重要環(huán)節(jié)。本文依據(jù)EMC的基本原理，綜合考慮了屏蔽材料、屏蔽方式、縫隙和孔的處理等諸多因素，結(jié)合機(jī)械加工的手段和工藝，對(duì)機(jī)箱EMC的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法進(jìn)行分析和探討。【關(guān)鍵詞】機(jī)箱；電磁屏蔽；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)        1.引言        隨著技術(shù)的迅速，各種電子、電氣、信息設(shè)備的數(shù)量和種類越來越多，性能越來越先進(jìn)，

2、其使用場(chǎng)合和數(shù)量密度也越來越高。這就使得電子設(shè)備工作時(shí)常受到各種電磁干擾，包括自身干擾和來自其它設(shè)備的干擾，同時(shí)也對(duì)其它設(shè)備產(chǎn)生干擾1。在這種情況下，要保證設(shè)備在各種復(fù)雜的電磁環(huán)境中正常工作，則在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)階段就必須認(rèn)真考慮電磁兼容性設(shè)計(jì)。如果忽視了這一問題,到新產(chǎn)品使用時(shí)，干擾問題就會(huì)暴露出來。因此及早地解決電磁干擾問題是電子設(shè)備機(jī)箱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮的重要環(huán)節(jié)。2.理論基礎(chǔ)電子設(shè)備結(jié)構(gòu)中常見的電磁干擾方式主要有傳導(dǎo)干擾和輻射干擾兩種，因此電磁兼容（EMC）設(shè)計(jì)的主要方法有屏蔽、濾波、接地等。2.1屏蔽電磁屏蔽是利用金屬板、網(wǎng)、蓋、罩、盒等屏蔽體阻止或減小電磁能量傳播所采取的一種結(jié)構(gòu)措施。常用

3、的方法有靜電屏蔽，磁屏蔽和電磁屏蔽。電子設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員在著手電磁兼容性設(shè)計(jì)時(shí)，必須根據(jù)產(chǎn)品所提出的抗干擾要求進(jìn)行有針對(duì)性的電磁屏蔽設(shè)計(jì)。屏蔽通常有靜電屏蔽、磁屏蔽和電磁屏蔽三種。2.2濾波電路中的干擾信號(hào)常常通過電源線、信號(hào)線、控制線等進(jìn)入電路造成干擾，所以對(duì)公用電源線及通過干擾環(huán)境的導(dǎo)線一般均要設(shè)置濾波電路。2.3接地接地問題在電磁兼容性設(shè)計(jì)中也是一個(gè)極其重要的問題，正確的接地方法可以減少或避免電路間的互相干擾。根據(jù)不同的電路可用不同的接地方法。通常組合單元電路接地有串聯(lián)一點(diǎn)接地、并聯(lián)一點(diǎn)接地和多點(diǎn)接地三種方式。整機(jī)接地方式也是保障產(chǎn)品電磁兼容性的主要措施之一。由于其功能不同，故電路差別甚

4、大，接地狀況也不大相同。一般常用的方法是：將模擬電路、數(shù)字電路、機(jī)殼分開，各自獨(dú)立接地，避免相互間的干擾，最后三地合一接入大地，這種方式較好地抑制了電磁噪聲，減少了數(shù)字信號(hào)和模擬信號(hào)之間的干擾。3.機(jī)箱EMC的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)        一電子設(shè)備中的機(jī)箱，機(jī)箱有電源線、信號(hào)線、控制線等的穿入及穿出以及散熱用的通風(fēng)孔、調(diào)節(jié)用的調(diào)節(jié)孔、顯示窗等，同時(shí)機(jī)箱也是由多個(gè)零件組合而成，各部分的連接處難免有泄漏。如何抑制電磁能從上述因素中泄漏，就成了電磁兼容性的關(guān)鍵。在這里僅介紹幾種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中比較簡(jiǎn)單可行的方法：3.1縫隙的屏蔽縫隙指的是連

5、接后要拆卸的，如機(jī)箱上下蓋、前后面板和箱體的連接縫，這類連接通常用螺釘來緊固。這類情形增加屏蔽效能的途徑有如下：（1）增加縫隙深度，也就是增加箱體與蓋板的配合寬度。（2）在結(jié)合處加入導(dǎo)電襯墊或者提高結(jié)合面的加工精度，即減少縫隙長(zhǎng)度。一般比較的辦法是在接合面安裝導(dǎo)電襯墊。這樣既可以減少縫隙泄漏，又不要求接合面有很高的加工精度。（3）接合面上涂上導(dǎo)電涂料：在用螺釘、鉚釘緊固的交疊接縫處，由于配合表面微觀上是凹凸不平的，接合面上只能是部分點(diǎn)接觸；而導(dǎo)電涂料是一種呈流體狀的液體，極易流入縫隙，填補(bǔ)結(jié)合面上的不平部位，可顯著地改善接合處金屬之間的電接觸使用時(shí)應(yīng)先把接合面上的不導(dǎo)電物質(zhì)清除干凈。對(duì)于那些易

6、遭腐蝕的接縫也可用這種涂料來減小腐蝕。如果接縫的配合表面過于粗糙，孔隙很大，應(yīng)先用導(dǎo)電填隙料把孔隙填平。導(dǎo)電填隙料具有如同油灰的粘稠性，可像刮底漆那樣嵌攆。（4）縮短螺釘間距：接合面不加導(dǎo)電襯墊時(shí)，應(yīng)在結(jié)構(gòu)可能的條件下盡量增加連接螺釘數(shù)量，減小螺釘間距，使縫隙長(zhǎng)度相應(yīng)減小。3.2通風(fēng)孔的屏蔽3為了滿足機(jī)箱內(nèi)部通風(fēng)散熱的要求，有時(shí)必須在箱體上開設(shè)通風(fēng)孔。因此，也必須對(duì)通風(fēng)孔進(jìn)行電磁屏蔽，這類情形增加屏蔽效能的途徑有如下：（1）窗口上覆蓋金屬絲網(wǎng)：金屬絲網(wǎng)覆蓋在通風(fēng)孔上的結(jié)構(gòu)形式有兩種，一種是采用焊接方式安裝，這種方法使金屬網(wǎng)與屏蔽體之間有良好的電接觸，但工藝復(fù)雜，金屬網(wǎng)性能變壞以后又難以更換，且

7、焊接時(shí)易破壞周圍的保護(hù)層，所以很少采用這種方法。另一種是采用環(huán)形壓圈通過緊固螺釘把金屬網(wǎng)安裝在屏蔽體的通風(fēng)孔上。安裝之前，應(yīng)把配合面上的絕緣層、氧化層、油垢等不導(dǎo)電物質(zhì)除去，并應(yīng)安裝足夠數(shù)量的螺釘以獲得連續(xù)的接觸。這種安裝方式，只要在結(jié)構(gòu)和工藝上仔細(xì)考慮，即可使金屬網(wǎng)與屏蔽體之間獲得良好的電接觸，所以應(yīng)用比較廣泛。（2）用穿孔金屬板作通風(fēng)孔：用許多小孔代替大口徑的通風(fēng)孔是提高屏蔽效能的有效方法，它可以直接在屏蔽體上開許多小孔，亦可單獨(dú)制成穿孔金屬板安裝到屏蔽體的通風(fēng)孔上。與金屬網(wǎng)相比，穿孔金屬板的特點(diǎn)是屏蔽體性能穩(wěn)定，因?yàn)樗淮娼饘倬幙椌W(wǎng)固有的網(wǎng)絲交叉點(diǎn)接觸電阻不穩(wěn)定的問題。在屏蔽壁上直接開小

8、口徑通風(fēng)孔,具有結(jié)構(gòu)與工藝簡(jiǎn)單、成本低等優(yōu)點(diǎn)，實(shí)際應(yīng)用已較普遍。（3）采用截止波導(dǎo)式通風(fēng)窗：金屬絲網(wǎng)和穿孔金屬板在較高頻下屏蔽效能都要下降, 特別是當(dāng)孔眼尺寸與電磁波波長(zhǎng)可比擬時(shí)，則孔眼將引起嚴(yán)重的泄漏。在較高頻以上，欲有高的屏蔽性能，且通風(fēng)良好，可采用截止波導(dǎo)式通風(fēng)孔板(如蜂窩狀通風(fēng)孔板)，它與金屬絲網(wǎng)和穿孔金屬板相比有如下優(yōu)點(diǎn)：工作的頻段寬，即便到微波頻段仍有較高的屏蔽性能；對(duì)空氣的阻力小，風(fēng)壓損失少；機(jī)械強(qiáng)度高，工作可靠穩(wěn)定。3.3表頭孔的屏蔽電子設(shè)備的機(jī)箱面板上往往裝有指示電參數(shù)的表頭，安裝表頭需在面板上開相應(yīng)尺寸的孔。為防止從表頭孔中泄漏電磁能量，結(jié)構(gòu)上有兩種方法可供選用：1

9、60;       （1）在表頭背面進(jìn)行附加屏蔽，且在面板和屏蔽體之間加入導(dǎo)電襯墊以減少縫隙，改善電接觸，穿入屏蔽體的表頭引線由裝在屏蔽體上的穿心電容引入，使引線感應(yīng)的干擾信號(hào)旁路到地。（2）表面上覆蓋導(dǎo)電玻璃：表面覆蓋導(dǎo)電玻璃蓋時(shí)，必須確保導(dǎo)電玻璃的導(dǎo)電層與面板有良好的電接觸，通常在連接處加入導(dǎo)電襯墊。由于導(dǎo)電玻璃主要對(duì)電場(chǎng)和高頻電磁場(chǎng)有屏蔽作用，所以表頭本身最好具有屏蔽作用，或者采用帶有細(xì)金屬網(wǎng)夾層的導(dǎo)電鈕子開關(guān)和指示燈的附加屏蔽玻璃，這樣對(duì)磁場(chǎng)也有一定的屏蔽效能。3.4開關(guān)、指示燈的屏蔽設(shè)備的機(jī)箱面板上均裝有電源開關(guān)或

10、工作狀態(tài)的轉(zhuǎn)換開關(guān)。較常用的有兩類，一是鈕子開關(guān)，二是按鈕開關(guān)。它們都可以泄漏電磁能量。鈕子開關(guān)的防泄漏安裝結(jié)構(gòu)是在面板與開關(guān)端面間襯入導(dǎo)電襯墊。按鈕開關(guān)和指示燈的防泄漏可采用附加的屏蔽罩。引線的穿入處應(yīng)采用穿心電容或插針式濾波連接器，防止電磁能量通過引線泄漏。較簡(jiǎn)單的指示燈屏蔽可在燈罩上覆蓋導(dǎo)電玻璃。并使導(dǎo)電玻璃與面板保持良好接觸。3.5顯示屏的屏蔽帶有陰極射線管的電子設(shè)備,如示波器、機(jī)終端監(jiān)視器等，在陰極射線管的開口處電磁能量很容易泄漏，把陰極射線管的屏蔽罩與機(jī)箱連成一個(gè)整體，并保持電氣上的連續(xù)性。若陰極射線管屏蔽罩采用鐵磁性材料，則能有效地實(shí)現(xiàn)磁屏蔽，使顯示的圖像不受周圍雜散磁場(chǎng)的影響。

11、對(duì)于信息處理設(shè)備的終端顯示器而言，由于它的主要目的是防止信息的泄漏，采用上述屏蔽措施是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。對(duì)于信息設(shè)備的顯示器，防止周圍干擾磁場(chǎng)不是主要目的，關(guān)鍵是要防止信息從顯示器屏幕的開口處向外界泄漏，所以必須對(duì)顯示器屏幕進(jìn)行屏蔽。它還要求屏蔽層有一定的透光性，不影響觀察。常用的方法有兩種：（1）屏幕上覆蓋導(dǎo)電玻璃或?qū)щ娝芰?，使?dǎo)電玻璃的導(dǎo)電層與機(jī)箱有連續(xù)的電接觸。這種方法對(duì)屏蔽電場(chǎng)和平面波場(chǎng)較為有效，但對(duì)磁場(chǎng)幾乎沒有屏蔽作用。（2）屏幕上覆蓋金屬絲網(wǎng)或?qū)щ姴Ａc金屬絲網(wǎng)的復(fù)合層。要求金屬網(wǎng)不影響觀察，為了提高屏蔽效能，最好把交叉點(diǎn)都焊上。采用金屬網(wǎng)與導(dǎo)電玻璃復(fù)合層既能屏蔽磁場(chǎng)(交變的)，也能屏蔽

12、電場(chǎng)和平面波場(chǎng)。3.6電源線的處理屏蔽機(jī)箱的電源線必須通過電源濾波器才能引入機(jī)箱，濾波器應(yīng)有良好的屏蔽。安裝時(shí)要注意兩點(diǎn)：（1）濾波器應(yīng)安裝在電源線的入口處。（2）電源濾波器的安裝不能破壞機(jī)箱的屏蔽，因此濾波器屏蔽罩必須與機(jī)箱壁板有連續(xù)而良好的電接觸。3.7保險(xiǎn)絲座的屏蔽單個(gè)保險(xiǎn)絲座的屏蔽用金屬帽蓋把保險(xiǎn)絲座覆蓋起來，帽蓋內(nèi)裝彈性簧片使其與機(jī)箱有良好的電接觸。多個(gè)保險(xiǎn)絲座的屏蔽把設(shè)備的所有保險(xiǎn)絲集中起來，用附加屏蔽罩將其屏蔽，附加屏蔽罩的結(jié)構(gòu)和安裝與表頭孔的附加屏蔽相似。4.電磁兼容性（EMC）是系統(tǒng)設(shè)計(jì)中不可忽略的問題，直接影響到系統(tǒng)設(shè)備工作的可靠性、穩(wěn)定性和品質(zhì)指標(biāo)。本文所述的方法是從設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面考慮的，涉及到屏蔽、濾波、接地等有關(guān)的問題，與電路設(shè)計(jì)相輔相成，缺一不可。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，應(yīng)根據(jù)各干擾源的性質(zhì)及設(shè)備所處的工作環(huán)境，與電路設(shè)計(jì)人