屏蔽机箱设计
来源:本站 时间:2022/3/24 10:52:52 次数:
一、电磁屏蔽概念
电磁波是电磁能量传播的主要方式,高频电路工作时,会向外辐射电磁波,对邻近的其它设备产生干扰。另一方面,空间的各种电磁波也会感应到电路中,对设备造成干扰。电磁屏蔽的作用就是切断电磁波的传播路径,从而消除干扰。在解决电磁干扰问题的诸多手段中,电磁屏蔽是最基本的和有效的,好处是不会影响设备的正常工作,因此不需要对电路做任何修改。
二、屏蔽体设计的两个重要点
一般除了低频磁场外,大部份金属材料可以提供100dB以上的屏蔽效能,但在实际工程中,要达到80dB以上的屏蔽效能也是十分困难的。这是因为:屏蔽体的屏蔽效能不仅取决于构成屏蔽体的材料,而且还取决于屏蔽体的结构设计。屏蔽体要满足电磁屏蔽的基本原则有以下两个方面:
1)屏体的导电连续性:这个是整个屏蔽体必须是一个完整的、连续的导电体,这一点在实现起来十分的困难,因为一个完全封闭的屏蔽体是没有任何价值的。一个实用的机箱上会有很多的孔缝,会使屏蔽效能降低,如:通风口、显示口、安装各种调节杆或者连接器的开口、不同部分结构结合时的缝隙等。如果设计人员在设计时没有考虑如何处理这些导致导电不连续的因素,屏蔽体的屏蔽效能往往会很低,甚至没有屏蔽效能。
2)不能有直接穿过屏蔽体的导体:一个屏蔽效能再高的屏蔽机箱,一旦有导体直接穿过屏蔽机箱,其屏蔽效能会损失99.9%(60dB)以上,但是,实际机箱上总是会有电缆穿出或者穿入,至少会有一条电源电缆的存在,如果没有对这些电缆进行妥善的处理(屏蔽和滤波),这些电缆会极大的损坏屏蔽体。妥善处理这些电缆是屏蔽设计中的重要内容之一。(穿过屏蔽体的导体的危害有时比孔缝的危害更大)。
三、屏蔽设计中针对结构部份的设计思路
一般结构设计中,我们以设备的机箱为例,通常有电源线、信号线和控制线等的穿入和引出,由于通风、功能调节、显示等目的需要在机箱上的相应位置开孔,箱体又由箱体和盖板等的结合而成,各个部份不可避免的有泄漏,导致屏蔽效果降低。
屏蔽机箱上的导电不连续的因素有下列几项:缝隙、通风孔、显示窗、指示灯、操作部件、表头孔、电源线和信号线和控制线的出入口等,屏蔽设计的关键是如何有效的抑制电磁能量从上述因素中泄漏,以达到提高屏蔽效能的目的。
1、解决缝隙泄漏的措施
1)保持接触面较好的平整度,这可以减小接触电阻、增加电容任何加工金属壳体的接触面都不会是完全的平整和良好接触,会出现如下图所示,铝铣加工的壳体,由于是数控机床加工,误差较小,而钣金类的壳体平面度误差由于客观因素会比铝铣壳体要大得多,保证接触面较好的平整度,会极大的减少电磁密封材料的使用量,从而减少成本。
2)使用尽量多的紧固螺钉,这也可以减小接触电阻、增加电容。
3)使用电磁密封材料,消除缝隙上的不接触点。
由于接触面的平整度问题和电磁屏蔽要求问题,所以需要我们针对接触面,针对缝隙必须要使用一些电磁密封材料。(如下图)
2、面板上显示器件的处理
1)很小的显示器件(如指示灯),如果显示器件很小,可以采用直接在面板上开小孔的方法,将显示器件安装在机箱内,小孔下方。只要在面板上开的孔很小(小于3mm),一般不会造成严重的电磁泄漏。但从孔洞的泄漏原理可以知道,辐射源距离孔洞很近时,孔洞的泄漏是相当严重的。因此,由于显示器件距离小孔很近,也有可能产生泄漏。这时,在小孔上栽一只截止波导管,用一个导光柱,完成指示作用。如果由于美观或者其它因素,不能使用这种方法,可以采用下图所示的方法来完成。对电路采取完善的屏蔽,而将显示器件暴露出来。许多机箱采用这种办法,将显示器件安装在一块装饰用的面板上。
2)较大的显示器件:(如显示屏)这时有两种方法。一种方法是在显示窗处使用透明屏蔽配料,如下图所示。另外一种方法类似于上图所示,用隔离舱将显示器件与设备的其它电路隔离开,使内部电路辐射的能量不会穿出机箱,外部的干扰不会侵入到内部电路。
3、面板上连接器件的屏蔽处理
注:不管是连接器法兰面在外面还是在内,都需要在与壳体接触面上安装导电衬垫,以达到防泄漏的目的。
注:导电垫与壳体和连接器的接触部位要求是导电的,不允许有绝缘漆存在。
4、通风口的屏蔽处理
孔洞的电磁泄漏与孔洞的大尺寸有关,因此在屏蔽机箱的通风孔设计上,往往采用与一个大孔相同开口面积的多个小孔构成的孔阵代替一个大孔,如下图所示。
这样作的好处是:
1)提高孔的截止频率,提高了单个孔的屏蔽效能;
2)增加辐射源到孔的相对距离(与孔的尺寸相比),减少孔的泄漏(孔的泄漏与辐射源到孔的距离有关)
3) 如果穿孔板有一定的厚度,可以增加截止波导的衰减作用。
当屏蔽体的屏蔽效能要求不高,并且对通风量的要求不高时,可以采用穿孔金属板,穿孔金属板的优点是成本低,但屏蔽效能与通风量之间的矛盾突出。
如果对屏蔽效能和通风量的要求较高时,可以使用截止波导通风板。这种通风板由许多个六角形截止波导管构成,由于截止波导管的屏蔽效能较高,并且每个波导管的壁厚很薄,因此这种通风板兼有良好的通风特性和电磁屏蔽效能。使用截止波导板时,同样要注意与机箱基体之间的搭接。一般使用焊接或电磁密封材料连接。
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