电箱的EMC设计.docx

电箱的EMC设计【摘要】EMC设计是电箱设计中的重要环节。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，对电箱EMC的结构设计方法进行分析和探讨。【关键词】电箱；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。这就使得电箱在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箱结构设计时必须考虑的重要环节。2. 理论基础EMC（Electromagnetic Compatibility）设计：电磁兼容性是指设备或系统在其电磁环境中符合要求运行并不对其环境中的任何设备产生无法忍受的电磁干扰的能力。因此，EMC包括两个方面的要求：一方面是指设备在正常运行过程中对所在环境产生的电磁干扰不能超过一定的限值；另一方面是指器具对所在环境中存在的电磁干扰具有一定程度的抗扰度，即电磁敏感性。 国际电工委员会标准IEC对电磁兼容的定义是：系统或设备在所处的电磁环境中能正常工作，同时不对其他系统和设备造成干扰。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，传导干扰主要是电子设备产生的干扰信号通过导电介质或公共电源线互相产生干扰；辐射干扰是指电子设备产生的干扰信号通过空间耦合把干扰信号传给另一个电网络或电子设备。为了防止一些电子产品产生的电磁干扰影响或破坏其它电子设备的正常工作，各国政府或一些国际组织都相继提出或制定了一些对电子产品产生电磁干扰有关规章或标准，符合这些规章或标准的产品就可称为具有电磁兼容性EMC（Electromagnetic Compatibility）。电磁兼容性EMC标准不是恒定不变的，而是天天都在改变，这也是各国政府或经济组织，保护自己利益经常采取的手段。3. 电磁兼容EMC设计的目的电磁兼容EMC设计的目的就是想办法使自己设计或生产的电箱产生各种干扰信号的幅度符合别人的要求；同时还要想办法让自己设计或生产的电箱在受到其它电子设备产生干扰的情况下还能正常工作。因此，EMC标准一般都是强制性的。 防止电箱产生传导干扰和辐射干扰最好的方法，是采用金属机壳对电磁场进行屏蔽，以及对电源输入电路用变压器进行隔离，并且还要对变压器也进行静电感应和磁感应屏蔽。但由于金属机壳比较笨重，并且成本很高，另外50周的电源变压器体积很大，并且对其进行静电感应和磁感应屏蔽也比较麻烦。因此，这两种方法只有一些要求特别高的场合才会使用，例如：精密测试仪表，对于一般的普通电器设备，目前已很少使用。4. 电磁兼容EMC设计的方法考虑到电磁干扰方式，因此电磁兼容EMC设计的主要方法有屏蔽、滤波、接地等。4.1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。4.2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。4.3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、数字电路与壳体分开，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。5. 电箱EMC的结构设计2现代电动汽车上的电箱有电源线、信号线、控制线等的穿入及穿出以及散热用的通风孔等，同时电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：5.1缝隙的屏蔽缝隙指的是连接后要拆卸的，如电箱上下盖和箱体的连接缝，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。5.2通风孔的屏蔽3为了满足电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。5.3开关的屏蔽电子设备的箱体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。5.4电源线的处理屏蔽电箱的电源线必须通过电源滤波器才能引入电箱，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电箱的屏蔽，因此滤波器屏蔽罩必须与电箱壁板有连续而良好的电接触。6. 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