emc结构设计

导读 电磁屏蔽是利用金属板 网 盖 罩 盒等屏蔽体阻止或减小电磁能量 传播所采取的一种结构措施 期刊文章分类查询 尽在期刊图书馆 李永梅 东南大学成贤学院 江苏南京 210088 摘 要 EMC 设计是电子设备设计中的重要环节 本文依据 EMC 的基本原 理 综合考虑了屏蔽材料 屏蔽方式 缝隙和孔的处理等诸多因素 结合机械 加工的手段和工艺 对机箱 EMC 的结构设计方法进行分析和探讨 关键词 机箱 电磁屏蔽 结构设计 1 引言 随着科学技术的迅速发展 现代各种电子 电气 信息设备的数量和种类越来 越多 性能越来越先进 其使用场合和数量密度也越来越高 这就使得电子设 备工作时常受到各种电磁干扰 包括自身干扰和来自其它设备的干扰 同时也 对其它设备产生干扰 1 在这种情况下 要保证设备在各种复杂的电磁环境中 正常工作 则在结构设计阶段就必须认真考虑电磁兼容性设计 如果忽视了这 一问题 到新产品使用时 干扰问题就会暴露出来 因此及早地解决电磁干扰问 题是电子设备机箱结构设计时必须考虑的重要环节 2 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两种 因 此电磁兼容 EMC 设计的主要方法有屏蔽 滤波 接地等 2 1 屏蔽 电磁屏蔽是利用金属板 网 盖 罩 盒等屏蔽体阻止或减小电磁能量传 播所采取的一种结构措施 常用的方法有静电屏蔽 磁屏蔽和电磁屏蔽 电子 设备结构设计人员在着手电磁兼容性设计时 必须根据产品所提出的抗干扰要 求进行有针对性的电磁屏蔽设计 屏蔽通常有静电屏蔽 磁屏蔽和电磁屏蔽三 种 2 2 滤波 电路中的干扰信号常常通过电源线 信号线 控制线等进入电路造成干扰 所以对公用电源线及通过干扰环境的导线一般均要设置滤波电路 2 3 接地 接地问题在电磁兼容性设计中也是一个极其重要的问题 正确的接地方法 可以减少或避免电路间的互相干扰 根据不同的电路可用不同的接地方法 通 常组合单元电路接地有串联一点接地 并联一点接地和多点接地三种方式 整 机接地方式也是保障产品电磁兼容性的主要措施之一 由于其功能不同 故电 路差别甚大 接地状况也不大相同 一般常用的方法是 将模拟电路 数字电 路 机壳分开 各自独立接地 避免相互间的干扰 最后三地合一接入大地 这种方式较好地抑制了电磁噪声 减少了数字信号和模拟信号之间的干扰 3 机箱 EMC 的结构设计 一电子设备中的机箱 机箱有电源线 信号线 控制线等的穿入及穿出以及散 热用的通风孔 调节用的调节孔 显示窗等 同时机箱也是由多个零件组合而 成 各部分的连接处难免有泄漏 如何抑制电磁能从上述因素中泄漏 就成了 电磁兼容性的关键 在这里仅介绍几种结构设计中比较简单可行的方法 3 1 缝隙的屏蔽 缝隙指的是连接后要拆卸的 如机箱上下盖 前后面板和箱体的连接缝 这类连接通常用螺钉来紧固 这类情形增加屏蔽效能的途径有如下 1 增加缝隙深度 也就是增加箱体与盖板的配合宽度 2 在结合处加入导电衬垫或者提高结合面的加工精度 即减少缝隙长度 一般比较经济的办法是在接合面安装导电衬垫 这样既可以减少缝隙泄漏 又 不要求接合面有很高的加工精度 3 接合面上涂上导电涂料 在用螺钉 铆钉紧固的交叠接缝处 由于配 合表面微观上是凹凸不平的 接合面上只能是部分点接触 而导电涂料是一种 呈流体状的液体 极易流入缝隙 填补结合面上的不平部位 可显著地改善接 合处金属之间的电接触使用时应先把接合面上的不导电物质清除干净 对于那 些易遭腐蚀的接缝也可用这种涂料来减小腐蚀 如果接缝的配合表面过于粗糙 孔隙很大 应先用导电填隙料把孔隙填平 导电填隙料具有如同油灰的粘稠性 可像刮底漆那样嵌撵 4 缩短螺钉间距 接合面不加导电衬垫时 应在结构可能的条件下尽量 增加连接螺钉数量 减小螺钉间距 使缝隙长度相应减小 3 2 通风孔的屏蔽 3 为了满足机箱内部通风散热的要求 有时必须在箱体上开设通风孔 因此 也 必须对通风孔进行电磁屏蔽 这类情形增加屏蔽效能的途径有如下 1 窗口上覆盖金属丝网 金属丝网覆盖在通风孔上的结构形式有两种 一种是采用焊接方式安装 这种方法使金属网与屏蔽体之间有良好的电接触 但工艺复杂 金属网性能变坏以后又难以更换 且焊接时易破坏周围的保护层 所以很少采用这种方法 另一种是采用环形压圈通过紧固螺钉把金属网安装在 屏蔽体的通风孔上 安装之前 应把配合面上的绝缘层 氧化层 油垢等不导 电物质除去 并应安装足够数量的螺钉以获得连续的接触 这种安装方式 只 要在结构和工艺上仔细考虑 即可使金属网与屏蔽体之间获得良好的电接触 所以应用比较广泛 2 用穿孔金属板作通风孔 用许多小孔代替大口径的通风孔是提高屏蔽 效能的有效方法 它可以直接在屏蔽体上开许多小孔 亦可单独制成穿孔金属 板安装到屏蔽体的通风孔上 与金属网相比 穿孔金属板的特点是屏蔽体性能 稳定 因为它不存金属编织网固有的网丝交叉点接触电阻不稳定的问题 在屏 蔽壁上直接开小口径通风孔 具有结构与工艺简单 成本低等优点 实际应用已 较普遍 3 采用截止波导式通风窗 金属丝网和穿孔金属板在较高频下屏蔽效能 都要下降 特别是当孔眼尺寸与电磁波波长可比拟时 则孔眼将引起严重的泄 漏 在较高频以上 欲有高的屏蔽性能 且通风良好 可采用截止波导式通风 孔板 如蜂窝状通风孔板 它与金属丝网和穿孔金属板相比有如下优点 工作 的频段宽 即便到微波频段仍有较高的屏蔽性能 对空气的阻力小 风压损失 少 机械强度高 工作可靠稳定 3 3 表头孔的屏蔽 电子设备的机箱面板上往往装有指示电参数的表头 安装表头需在面板上 开相应尺寸的孔 为防止从表头孔中泄漏电磁能量 结构上有两种方法可供选 用 1 在表头背面进行附加屏蔽 且在面板和屏蔽体之间加入导电衬垫以减 少缝隙 改善电接触 穿入屏蔽体的表头引线由装在屏蔽体上的穿心电容引入 使引线感应的干扰信号旁路到地 2 表面上覆盖导电玻璃 表面覆盖导电玻璃盖时 必须确保导电玻璃的 导电层与面板有良好的电接触 通常在连接处加入导电衬垫 由于导电玻璃主 要对电场和高频电磁场有屏蔽作用 所以表头本身最好具有屏蔽作用 或者采 用带有细金属网夹层的导电钮子开关和指示灯的附加屏蔽玻璃 这样对磁场也 有一定的屏蔽效能 3 4 开关 指示灯的屏蔽 电子设备的机箱面板上均装有电源开关或工作状态的转换开关 较常用的 有两类 一是钮子开关 二是按钮开关 它们都可以泄漏电磁能量 钮子开关 的防泄漏安装结构是在面板与开关端面间衬入导电衬垫 按钮开关和指示灯的 防泄漏可采用附加的屏蔽罩 引线的穿入处应采用穿心电容或插针式滤波连接 器 防止电磁能量通过引线泄漏 较简单的指示灯屏蔽可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 带有阴极射线管的电子设备 如示波器 计算机终端监视器等 在阴极射线 管的开口处电磁能量很容易泄漏 把阴极射线管的屏蔽罩与机箱连成一个整体 并保持电气上的连续性 若阴极射线管屏蔽罩采用铁磁性材料 则能有效地实 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远远 不够的 对于信息设备的显示器 防止周围干扰磁场不是主要目的 关键是要 防止信息从显示器屏幕的开口处向外界泄漏 所以必须对显示器屏幕进行屏蔽 它还要求屏蔽层有一定的透光性 不影响观察 常用的方法有两种 1 屏幕上覆盖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较为有效 但对磁场几乎没有屏蔽 作用 2 屏幕上覆盖金属丝网或导电玻璃与金属丝网的复合层 要求金属网不 影响观察 为了提高屏蔽效能 最好把交叉点都焊上 采用金属网与导电玻璃 复合层既能屏蔽磁场 交变的 也能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通过电源滤波器才能引入机箱 滤波器应有良好的 屏蔽 安装时要注意两点 1 滤波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 因此滤波器屏蔽罩必须与机 箱壁板有连续而良好的电接触 3 7 保险丝座的屏蔽 单个保险丝座的屏蔽用金属帽盖把保险丝座覆盖起来 帽盖内装弹性簧片 使其与机箱有良好的电接触 多个保险丝座的屏蔽把设备的所有保险丝集中起 来 用附加屏蔽罩将其屏蔽 附加屏蔽罩的结构和安装与表头孔的附加屏蔽相 似 4 总结 电磁兼容性 EMC 是系统设计中不可忽略的问题 直接影响到系统设备 工作的可靠性 稳定性和品质指标 本文所述的方法是从设备结构设计方面考 虑的 涉及到屏蔽 滤波 接地等有关的问题 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及设备所处的工作环境 与电路设 计人员一起采取相应的措施 同时 在结构设计中要充分注意采取措施的稳定 性与持久性 避免代价昂贵和费时的返工 从而取得最佳设计效果 在表头背面进行附加屏蔽 且在面板和屏蔽体之间加入导电衬垫以减少缝隙 改善电接触 穿入屏 蔽体的表头引线由装在屏蔽体上的穿心电容引入 使引线感应的干扰信号旁路到地 2 表面上覆盖导电玻璃 表面覆盖导电玻璃盖时 必须确保导电玻璃的导电层与面板有良好 的电接触 通常在连接处加入导电衬垫 由于导电玻璃主要对电场和高频电磁场有屏蔽作用 所以 表头本身最好具有屏蔽作用 或者采用带有细金属网夹层的导电钮子开关和指示灯的附加屏蔽玻璃 这样对磁场也有一定的屏蔽效能 3 4 开关 指示灯的屏蔽 电子设备的机箱面板上均装有电源开关或工作状态的转换开关 较常用的有两类 一是钮子开 关 二是按钮开关 它们都可以泄漏电磁能量 钮子开关的防泄漏安装结构是在面板与开关端面间 衬入导电衬垫 按钮开关和指示灯的防泄漏可采用附加的屏蔽罩 引线的穿入处应采用穿心电容或 插针式滤波连接器 防止电磁能量通过引线泄漏 较简单的指示灯屏蔽可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 带有阴极射线管的电子设备 如示波器 计算机终端监视器等 在阴极射线管的开口处电磁能量 很容易泄漏 把阴极射线管的屏蔽罩与机箱连成一个整体 并保持电气上的连续性 若阴极射线管 屏蔽罩采用铁磁性材料 则能有效地实现磁屏蔽 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远远不 够的 对于信息设备的显示器 防止周围干扰磁场不是主要目的 关键是要防止信息从显示器屏幕 的开口处向外界泄漏 所以必须对显示器屏幕进行屏蔽 它还要求屏蔽层有一定的透光性 不影响 观察 常用的方法有两种 1 屏幕上覆盖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较为有效 但对磁场几乎没有屏蔽作用 2 屏幕上覆盖金属丝网或导电玻璃与金属丝网的复合层 要求金属网不影响观察 为了提高 屏蔽效能 最好把交叉点都焊上 采用金属网与导电玻璃复合层既能屏蔽磁场 交变的 也能屏蔽电 场和平面波场 3 6 电源线的处理 屏蔽机箱的电源线必须通过电源滤波器才能引入机箱 滤波器应有良好的屏蔽 安装时要注意 两点 1 滤波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 因此滤波器屏蔽罩必须与机箱壁板有连续而良好 的电接触 3 7 保险丝座的屏蔽 单个保险丝座的屏蔽用金属帽盖把保险丝座覆盖起来 帽盖内装弹性簧片使其与机箱有良好的 电接触 多个保险丝座的屏蔽把设备的所有保险丝集中起来 用附加屏蔽罩将其屏蔽 附加屏蔽罩 的结构和安装与表头孔的附加屏蔽相似 4 总结 电磁兼容性 EMC 是系统设计中不可忽略的问题 直接影响到系统设备工作的可靠性 稳定 性和品质指标 本文所述的方法是从设备结构设计方面考虑的 涉及到屏蔽 滤波 接地等有关的 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及设备所处的工作 环境 与电路设计人员一起采取相应的措施 同时 在结构设计中要充分注意采取措施的稳定性与 持久性 避免代价昂贵和费时的返工 从而取得最佳设计效果 摘 要 EMC 设计是电子设备设计中的重要环节 本文依据 EMC 的基本原理 综合考虑了屏蔽 材料 屏蔽方式 缝隙和孔的处理等诸多因素 结合机械加工的手段和工艺 对机箱 EMC 的结构设 计方法进行分析和探讨 关键词 机箱 电磁屏蔽 结构设计 1 引言 随着科学技术的迅速发展 现代各种电子 电气 信息设备的数量和种类越来越多 性能越来越先 进 其使用场合和数量密度也越来越高 这就使得电子设备工作时常受到各种电磁干扰 包括自身 干扰和来自其它设备的干扰 同时也对其它设备产生干扰 1 在这种情况下 要保证设备在各种复 杂的电磁环境中正常工作 则在结构设计阶段就必须认真考虑电磁兼容性设计 如果忽视了这一问 题 到新产品使用时 干扰问题就会暴露出来 因此及早地解决电磁干扰问题是电子设备机箱结构设 计时必须考虑的重要环节 2 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两种 因此电磁兼容 EMC 设计的主要方法有屏蔽 滤波 接地等 2 1 屏蔽 电磁屏蔽是利用金属板 网 盖 罩 盒等屏蔽体阻止或减小电磁能量传播所采取的一种结构 措施 常用的方法有静电屏蔽 磁屏蔽和电磁屏蔽 电子设备结构设计人员在着手电磁兼容性设计 时 必须根据产品所提出的抗干扰要求进行有针对性的电磁屏蔽设计 屏蔽通常有静电屏蔽 磁屏 蔽和电磁屏蔽三种 2 2 滤波 电路中的干扰信号常常通过电源线 信号线 控制线等进入电路造成干扰 所以对公用电源线 及通过干扰环境的导线一般均要设置滤波电路 2 3 接地 接地问题在电磁兼容性设计中也是一个极其重要的问题 正确的接地方法可以减少或避免电路 间的互相干扰 根据不同的电路可用不同的接地方法 通常组合单元电路接地有串联一点接地 并 联一点接地和多点接地三种方式 整机接地方式也是保障产品电磁兼容性的主要措施之一 由于其 功能不同 故电路差别甚大 接地状况也不大相同 一般常用的方法是 将模拟电路 数字电路 机壳分开 各自独立接地 避免相互间的干扰 最后三地合一接入大地 这种方式较好地抑制了电 磁噪声 减少了数字信号和模拟信号之间的干扰 3 机箱 EMC 的结构设计 一电子设备中的机箱 机箱有电源线 信号线 控制线等的穿入及穿出以及散热用的通风孔 调节 用的调节孔 显示窗等 同时机箱也是由多个零件组合而成 各部分的连接处难免有泄漏 如何抑 制电磁能从上述因素中泄漏 就成了电磁兼容性的关键 在这里仅介绍几种结构设计中比较简单可 行的方法 3 1 缝隙的屏蔽 缝隙指的是连接后要拆卸的 如机箱上下盖 前后面板和箱体的连接缝 这类连接通常用螺钉 来紧固 这类情形增加屏蔽效能的途径有如下 1 增加缝隙深度 也就是增加箱体与盖板的配合宽度 2 在结合处加入导电衬垫或者提高结合面的加工精度 即减少缝隙长度 一般比较经济的办 法是在接合面安装导电衬垫 这样既可以减少缝隙泄漏 又不要求接合面有很高的加工精度 3 接合面上涂上导电涂料 在用螺钉 铆钉紧固的交叠接缝处 由于配合表面微观上是凹凸 不平的 接合面上只能是部分点接触 而导电涂料是一种呈流体状的液体 极易流入缝隙 填补结 合面上的不平部位 可显著地改善接合处金属之间的电接触使用时应先把接合面上的不导电物质清 除干净 对于那些易遭腐蚀的接缝也可用这种涂料来减小腐蚀 如果接缝的配合表面过于粗糙 孔 隙很大 应先用导电填隙料把孔隙填平 导电填隙料具有如同油灰的粘稠性 可像刮底漆那样嵌撵 4 缩短螺钉间距 接合面不加导电衬垫时 应在结构可能的条件下尽量增加连接螺钉数量 减小螺钉间距 使缝隙长度相应减小 3 2 通风孔的屏蔽 3 为了满足机箱内部通风散热的要求 有时必须在箱体上开设通风孔 因此 也必须对通风孔进行电 磁屏蔽 这类情形增加屏蔽效能的途径有如下 1 窗口上覆盖金属丝网 金属丝网覆盖在通风孔上的结构形式有两种 一种是采用焊接方式 安装 这种方法使金属网与屏蔽体之间有良好的电接触 但工艺复杂 金属网性能变坏以后又难以 更换 且焊接时易破坏周围的保护层 所以很少采用这种方法 另一种是采用环形压圈通过紧固螺 钉把金属网安装在屏蔽体的通风孔上 安装之前 应把配合面上的绝缘层 氧化层 油垢等不导电 物质除去 并应安装足够数量的螺钉以获得连续的接触 这种安装方式 只要在结构和工艺上仔细 考虑 即可使金属网与屏蔽体之间获得良好的电接触 所以应用比较广泛 2 用穿孔金属板作通风孔 用许多小孔代替大口径的通风孔是提高屏蔽效能的有效方法 它 可以直接在屏蔽体上开许多小孔 亦可单独制成穿孔金属板安装到屏蔽体的通风孔上 与金属网相 比 穿孔金属板的特点是屏蔽体性能稳定 因为它不存金属编织网固有的网丝交叉点接触电阻不稳 定的问题 在屏蔽壁上直接开小口径通风孔 具有结构与工艺简单 成本低等优点 实际应用已较普 遍 3 采用截止波导式通风窗 金属丝网和穿孔金属板在较高频下屏蔽效能都要下降 特别是当 孔眼尺寸与电磁波波长可比拟时 则孔眼将引起严重的泄漏 在较高频以上 欲有高的屏蔽性能 且通风良好 可采用截止波导式通风孔板 如蜂窝状通风孔板 它与金属丝网和穿孔金属板相比有如 下优点 工作的频段宽 即便到微波频段仍有较高的屏蔽性能 对空气的阻力小 风压损失少 机 械强度高 工作可靠稳定 3 3 表头孔的屏蔽 电子设备的机箱面板上往往装有指示电参数的表头 安装表头需在面板上开相应尺寸的孔 为 防止从表头孔中泄漏电磁能量 结构上有两种方法可供选用 1 在表头背面进行附加屏蔽 且在面板和屏蔽体之间加入导电衬垫以减少缝隙 改善电接触 穿入屏蔽体的表头引线由装在屏蔽 体上的穿心电容引入 使引线感应的干扰信号旁路到地 2 表面上覆盖导电玻璃 表面覆盖导电玻璃盖时 必须确保导电玻璃的导电层与面板有良好 的电接触 通常在连接处加入导电衬垫 由于导电玻璃主要对电场和高频电磁场有屏蔽作用 所以 表头本身最好具有屏蔽作用 或者采用带有细金属网夹层的导电钮子开关和指示灯的附加屏蔽玻璃 这样对磁场也有一定的屏蔽效能 3 4 开关 指示灯的屏蔽 电子设备的机箱面板上均装有电源开关或工作状态的转换开关 较常用的有两类 一是钮子开 关 二是按钮开关 它们都可以泄漏电磁能量 钮子开关的防泄漏安装结构是在面板与开关端面间 衬入导电衬垫 按钮开关和指示灯的防泄漏可采用附加的屏蔽罩 引线的穿入处应采用穿心电容或 插针式滤波连接器 防止电磁能量通过引线泄漏 较简单的指示灯屏蔽可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 带有阴极射线管的电子设备 如示波器 计算机终端监视器等 在阴极射线管的开口处电磁能量 很容易泄漏 把阴极射线管的屏蔽罩与机箱连成一个整体 并保持电气上的连续性 若阴极射线管 屏蔽罩采用铁磁性材料 则能有效地实现磁屏蔽 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远远不 够的 对于信息设备的显示器 防止周围干扰磁场不是主要目的 关键是要防止信息从显示器屏幕 的开口处向外界泄漏 所以必须对显示器屏幕进行屏蔽 它还要求屏蔽层有一定的透光性 不影响 观察 常用的方法有两种 1 屏幕上覆盖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较为有效 但对磁场几乎没有屏蔽作用 2 屏幕上覆盖金属丝网或导电玻璃与金属丝网的复合层 要求金属网不影响观察 为了提高 屏蔽效能 最好把交叉点都焊上 采用金属网与导电玻璃复合层既能屏蔽磁场 交变的 也能屏蔽电 场和平面波场 3 6 电源线的处理 屏蔽机箱的电源线必须通过电源滤波器才能引入机箱 滤波器应有良好的屏蔽 安装时要注意 两点 1 滤波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 因此滤波器屏蔽罩必须与机箱壁板有连续而良好 的电接触 3 7 保险丝座的屏蔽 单个保险丝座的屏蔽用金属帽盖把保险丝座覆盖起来 帽盖内装弹性簧片使其与机箱有良好的 电接触 多个保险丝座的屏蔽把设备的所有保险丝集中起来 用附加屏蔽罩将其屏蔽 附加屏蔽罩 的结构和安装与表头孔的附加屏蔽相似 4 总结 电磁兼容性 EMC 是系统设计中不可忽略的问题 直接影响到系统设备工作的可靠性 稳定 性和品质指标 本文所述的方法是从设备结构设计方面考虑的 涉及到屏蔽 滤波 接地等有关的 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及设备所处的工作 环境 与电路设计人员一起采取相应的措施 同时 在结构设计中要充分注意采取措施的稳定性与 持久性 避免代价昂贵和费时的返工 从而取得最佳设计效果