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浅谈屏蔽机箱设计

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浅谈屏蔽机箱设计

发布日期:2020-08-28 作者:李晓峰 点击:

机箱设计


------电子机械结构机箱的屏蔽设计------

 

产品电磁兼容设计需要了解产品的使用环境,以及产品所属行业的电磁兼容标准,制定出电磁兼容设计方案。产品电磁屏蔽通常可分为,机柜级屏蔽、机箱级屏蔽、 PCB 板级屏蔽以及元器件级屏蔽。屏蔽设计时应该考虑,在满足屏蔽要求的前提下选择便于成本控制的方案。 

 

前面聊过PCB电磁兼容设计的重要性,做好PCB电磁兼容(EMC)设计可降低 对屏蔽机箱的依赖,同时可以降低产品成本,使产品更具竞争力。那么对于有更高 EMC 要求产品屏蔽机箱该如何设计呢? 


机箱设计


------机箱 EMC 屏蔽设计应遵循的三个要点------

 

第一(封闭的壳体且具有完整的电连续体特性);

第二(具有良好的滤波措施);

第三(有效的良好的接地)。

 

对于信息技术 IT 类电子设备,当主板及配置选定的情况下, 提高整机的屏蔽效果和各个部分的隔离效果非常重要,尤其个人计算机和液晶显示器。这里只说屏蔽设计: 

 

1)计算机机壳内骚扰场强较大,机壳塑料部分未涂导电材料或所涂导电材料不佳, 机箱有孔洞、缝隙,不是一个完整电连续体,进出线滤波不好,最终都可导致辐射骚扰超出限值。机箱为了更好屏蔽电磁辐射,既能照顾到机箱的散热需求,又能有效地防止磁波的衍射,开孔尺寸一般不超过 4mm; 

2)根据产品实际进行屏蔽设计,端口、通风孔、孔洞、连接缝隙的屏蔽性都是值得考虑的因素;

3)液晶显示器为了更好屏蔽电磁辐射可以采用喷涂导电材料的外壳(接缝处要喷涂导电材料);

4)为了将辐射减到最小,尽量使用通过了 CQC(EMC 方面)认证的机箱; 

5)为保证机箱的密封性,要使用精密模具冲压成型,设计适当的弹点和卷边; 

6)变压器加静电屏蔽及接地等; 

7)输入/输出的滤波设计电源线滤波和信号线滤波的重要性并不亚于机箱屏蔽,滤波关键是针对 EMC 要求,兼顾达标和经济的原则。 

 

机箱设计


在 I/O 接口部位,一般采用高频滤波效果好、安装简单的滤波连接器。在电缆上缠绕或套用铁氧体磁环也能起到一定的滤波吸波作用。设计或使用信号线滤波器时,滤波器的截止频率须高于电缆上要传输的信号频率。  

1)传导骚扰问题处理的方法主要是低通滤波。在1MHz以上时,传导发射问题通常是由辐射发射的耦合而引起的,须综合运用抑制传导发射和辐射发射的技术措施, 如屏蔽、去耦和滤波。

2)滤波电路的衰减性能与源和负载的阻抗关系很大,失配越大,滤波器衰减电磁干扰的效果越好。大多数情况下,电源线表现为低阻抗,则滤波器的输入端应为高阻抗。另一方面,设备既可能为高阻抗,也可能为低阻抗。对于线性电源高阻抗,为获得阻抗失配,负载端应设计为低阻抗。对于开关电源和同步电机这样的低阻抗设备,负载端设计为高阻抗。

3)减共模和差模电容,加减共模和差模线圈,调整电容参数和线圈匝数,共模和差模插入损耗对频率的曲线都可改变。滤波器的泄漏电流是指相线和中线与外壳地之间流过的电流。它主要取决于连接在相线与地和中线与地间的共模电容。共模电容的容量越大,共模阻抗越小,共模骚扰抑制效果越好,但安全标准规定泄漏电流不能过大。 

4)电源滤波器安装位置应靠近电源线入口处,如能做成与接口一体化更好。对于金属屏蔽机箱,选用独立电源屏蔽滤波器,安装在电源线入口处,并确保滤波器外壳与设备机箱(地)良好电接触,这样的效果是最好的。滤波器接地通常固定在电缆出口处的公共地金属构件上。 

 

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------产品 EMC 过程控制------

 

一、了解 EMC 问题三要素、电磁干扰的特性、电磁干扰源和传播途径,掌握五个层次EMC设计法则,坚持利用 EMC 规律,趁早考虑和解决 EMC 问题,否则遇到 PCB 必须重新设计或结构必须重新设计时,大家只有后悔 EMC 考虑得迟了。 

二、当产品的 EMC 不符合要求需要整改时,首先要诊断出电磁干扰源、耦合途径, 然后利用 EMC 设计要点中提到的方法,综合运用屏蔽、滤波吸波、接地等措施实施改进。改进途中,测试再不通过,先检讨问题判断是否正确?对策是否失误?使用器件参数是否需要调整?不要一下子就改变初衷,应不慌不忙。整改时要特别注意, 正确诊断出电磁干扰源、耦合途径后,采用 EMC 抑制器件时,不但要选择合适,而 且所用器件要货真价实,才会把问题彻底解决。

三、工厂应对关键生产工序进行识别,关键工序操作人员应加以培训,制定相应的工 艺作业指导书或标准样件(可以采取拍照给出图片的方式),使生产过程受控。取最 简化而且 EMC 又有一定裕量的样机作为标准件,核对生产、装配工艺,检验时,着 重进行 EMC 关键元器件和材料的检验/验证,以及装配工艺一致性检查。 

四、为验证产品持续符合标准要求,工厂应在适当阶段对产品进行确认检验(本身不 具备检测条件时,抽样送有能力的机构进行检验),以确保产品持续符合 EMC 要求, 万一变化亦能及时发现。 

五、当产品 EMC 关键件要改变、调整时,应用新的器件替换原器件重新制造几台样 机进行测试,确认 EMC 关键件改变和调整对整机 EMC 的影响。

 

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