登录

结构件屏蔽设计指引

嘉峪检测网 2025-06-06 08:25

导读:本文介绍了屏蔽设计的基本原则和屏蔽方案的选择。

一、屏蔽设计的基本原则 

1、屏蔽体结构简洁,尽可能减少不必要的孔洞,尽可能不要增加额外的缝隙。

2、避免开细长孔,通风孔尽量采用圆孔并阵列排放。屏蔽和散热有矛盾时尽可能开小孔,多开孔,避免开大孔。

3、足够重视电缆的处理措施,电缆的处理往往比屏蔽本身还重要。

4、足够细心,电磁兼容设计必须注意每一个小环节稍不注意就可能功亏一蒉 

5、屏蔽体的电连续性是影响结构件屏蔽效能最主要的因素,相对而言,材料本身屏蔽 性能的影响是微不足道的(低频磁场例外); 

6、有强烈的成本意识,注意高性能是以高成本为代价的。 

 

二、屏蔽方案的选择 

2.1、屏蔽方案的类别 

为了使产品实现电磁兼容,采取屏蔽措施的方案按照屏蔽级别的不同可以分为:PCB板、元器件、模块、插箱/子架、机柜等屏蔽。PCB板、元器件级别的屏蔽由于已经超出结构设计的范围,本文不介绍。 

模块屏蔽 

模块屏蔽是指将一些辐射大或抗干扰能力差的单板或模块,单独安装在屏蔽盒中。模块屏蔽不但容易实现,成本低,而且可以减弱单板或模块之间的相互干扰,实现系统内部模块之间的电磁兼容。模块屏蔽是一种综合性能比较理想的解决方案,推荐在大多数产品应用。 

插箱/子架屏蔽 

插箱/子架屏蔽与模块屏蔽有一些类似,只是屏蔽体是插箱/子架。相对机柜级屏蔽,插箱/子架级屏蔽最大的优点是可以在出线的接插件上面采取措施屏蔽,从而避免了电缆采取屏蔽措施。插箱/子架屏蔽也是一种比较理想的屏蔽方式。 

机柜屏蔽

机柜屏蔽是指在机柜上面采取措施实现屏蔽。由于机柜中不可避免存在各种缝隙,机柜的屏蔽效能一般不能太高。另外许多系统中线缆多,往往造成机柜屏蔽失败的主要原因正是电缆。机柜屏蔽方案中需要特别注意电缆的屏蔽措施,一般可以采取屏蔽电缆或者转接等方式。 

2.2、选择屏蔽方案 

对于产品应该选用什么屏蔽方案,应该考虑成本、技术难度以及操作性等其他方面的综合因素,一般应该参照以下原则: 

最好采取综合的方案,即根据实际情况,综合选用不同级别的屏蔽方案,达到综合性能最优的目的; 

对于进出线缆十分多的系统,最好采用模块屏蔽或者插箱/子架屏蔽,慎重使用机柜级屏蔽方案; 

对于要求特别高的产品,可以采用多级屏蔽的方式,即模块屏蔽加插箱/子架屏蔽,还可以加机柜屏蔽。这样每级屏蔽性能要求都不高,技术上比较容易,综合屏蔽效果却十分好,而且成本也不高。 

2.3 缝隙的屏蔽 

两个零件结合在一起,结合面的缝隙是影响结构件屏蔽效能的主要因素。如果不安装屏蔽材料,结构方面影响缝隙屏蔽效能的因素主要有:缝隙的最大尺寸、缝隙的深度等。如果缝隙中安装屏蔽材料,缝隙的屏蔽效能还与屏蔽材料自身的特性有关。在实际设计中缝隙的最大尺寸与以下因素有关:紧固点的距离、零件的刚性、 结合面表面的精度等。 

紧固点的距离:

紧固点的紧固方式包含采取螺钉连接、铆接、点焊以及锁等使两个零件的结合面结合在一起之类的措施。实际设计中,由于其他因素往往会受到限制,紧固点的距离一般就直接决定了缝隙的最大尺寸,是影响缝隙屏蔽效能的最主要因素。由于目前尚无实用的计算方法计算缝隙的屏蔽效能,紧固点的距离只能从经济性和可操作性的角度考虑,按照以下经验数据取值: 

中、低等级(C级以下)屏蔽效能取50-100mm; 

高等级(C级以上)屏蔽效能取20-50mm。 

具体取值还需考虑缝隙的深度以及结合面零件的刚性等因素。例如,当折弯次数多或者采用型材时,由于零件的刚性好,可以取大值;如果仅仅是单层钢板(或铝板)直接压紧,由于刚性差,应该取小值。 

如果紧固点太多导致存在装配工艺性差等困难,建议在缝隙中安装屏蔽材料,从而减少螺钉的数量。 

零件的刚性:

当紧固点距离不变时,结合面零件的刚性好,则缝隙的最大尺寸更小,因此提高零件的刚性可以提高缝隙的屏蔽效能。增加零件刚性的常用措施有:采用型材、增加板材厚度,增加折弯次数等等。 

缝隙的深度:

增加结合面缝隙的深度可以大大提高缝隙的屏蔽效能,其作用要明显大于减小紧固点的间距。对于钣金件一般推荐缝隙的深度是板厚的10-15倍。因为实际设计中往往会受到其他因素的限制,该指标仅为参考数值,设计人员在设计过程中应尽量增加结合面缝隙的深度。 

另外,对于同样的紧固点数量,双排紧固点(相互错位)会比单排的屏蔽效能要好得多,因此在设计中,可以考虑采取双排紧固的方式。 

结合面表面精度:

结合面的表面精度(粗糙度、平面度等)对缝隙的屏蔽效能也有影响。但是由于涉及到工艺水平以及加工设备的精度等难以改变的因素,实际设计中一般不对零件的表面精度提出特殊要求。 

屏蔽材料的特性:

当缝隙的屏蔽效能要求较高,或者实际结构中不允许有太多紧固点时(例如门的缝隙),应该在缝隙中安装屏蔽材料。这时,缝隙的屏蔽效能主要与屏蔽材料的屏蔽性能、屏蔽材料的安装形式以及屏蔽材料的压缩量有关: 

屏蔽材料本身的屏蔽性能直接决定了缝隙的屏蔽效能,因此一般尽可能选用屏蔽性能好的材料。屏蔽材料的选用将在7.4节中详细阐述。 

屏蔽材料的安装形式对屏蔽效果有很大的影响,如下图所示的三种安装形式对屏蔽效能的影响是十分明显的。方案一所示的安装形式缝隙的屏蔽主要依靠屏 

蔽材料的屏蔽效果;而方案二的屏蔽除了屏蔽材料外,紧固的缝隙提供了另一条屏蔽的途径,其屏蔽效国要比方案一好得多;至于方案三,由于比方案二又多了一层屏蔽,效果自然比方案二好。安装屏蔽材料时尽可能采用方案二和三的形式。由于多层屏蔽得效果实际上并不是单层的累加,方案二和三的屏蔽效果差别并不显著,设计时可按照实际情况选择其中一种安装形式。 

屏蔽材料的性能与压缩量有直接关系,设计时必须合理选择紧固点的数量,并尽量提高零件的刚性,保证屏蔽材料的压缩量在允许的范围之内。需要特别注意的是不要忽略了没有紧固点的地方可能会由于刚性、加工误差等因素导致屏蔽材料实际上没有压紧,而这时往往又不容易发现。另外,安装屏蔽材料也需要注意不可过度压缩。过度压缩可能导致屏蔽材料失去弹性,另外一般材料的压缩力与压缩量成正比,过度压缩可能会导致过大的压缩力,产生其他影响。 

2.4、孔洞的屏蔽 

孔洞屏蔽效能影响因素:

结构方面影响孔洞屏蔽效能的因素主要有:孔的最大尺寸、孔的深度、孔间距以及孔的数量,其中影响最大的是孔的最大尺寸和孔的深度。需要注意的是屏蔽效能只与孔的最大尺寸有关,而与孔的面积并没有直接关系,因此在设计中尽量开圆孔,其次考虑是开方孔,尽量避免开长腰孔。 

通风孔的屏蔽:

通风孔的屏蔽主要需要均衡通风与散热之间的矛盾。考虑屏蔽需求时,通风板的常用类型有穿孔金属板和波导通风板。 

穿孔金属板:

穿孔金属板即在金属板上面开阵列通风孔。穿孔金属板的屏蔽效能已经有实用的计算方法,且计算的结论与实测误差较小,可以直接指导设计。具体可以参阅《电磁兼容性结构设计》(东南大学出版社)的详细介绍。由于孔的最大尺寸和孔的深度是影响其屏蔽效能的主要因素,相对而言孔的数量和孔间距影响较小,因此当通风板的屏蔽效能与散热相矛盾时,可以采取增加孔深,减小孔的直径,同时增加孔的密度和数量的方法来避免矛盾,尽量找到屏蔽和散热之间的平衡点。 

一般情况下,穿孔金属板的屏蔽效能不超过30-40dB,适合于C级以下屏蔽效能等级。穿孔金属板结构简单,价格低廉,大多数结构件均应该选用这种通风形式。只有B级以上屏蔽效能需求时才选用波导通风板。 

波导通风板:

波导通风板是利用截止波导的原理制作成的通风板,有的资料上也称之为蜂窝通风板。常用的波导通风板的厚度有6.3mm,12.7mm和25.4mm三种规格,厚度尺寸越大,屏蔽效能越高。为了提高通用性,规定若无特殊要求,一律选用厚度为12.7mm。 

波导通风板的材料有铝合金和钢两种。铝制波导通风板一般是粘接制成的,因此需要导电处理(导电氧化、镀锡、镀镍等)后才能使用;而钢制波导通风板是采用钎焊方式制成的,使用时只要做防腐处理即可。 

波导通风板的价格昂贵,特别钢制波导通风板的价格更高,结构件中应优先选用铝制波导通风板。由于铝制波导通风板对低频磁场几乎是透明的,因此当对低频磁场有要求时(T级要求),应该选用钢制波导通风板。 

铝制波导通风板的屏蔽效能一般可以达到60-70dB,而钢制波导通风板的屏蔽效能则可以达到90-100dB。使用波导通风板时需要特别注意处理与其框架之间的缝隙,一般装配以后可以采用焊接等方式将缝隙堵住。 

其他孔洞的屏蔽:

由于指示灯、操作按钮、观察孔等需求会导致结构件上开各种孔洞,对于这些孔洞的屏蔽设计时按照以下步骤考虑。

最好将这些指示灯、操作按钮、观察孔等设置在屏蔽体之外。

建议选用屏蔽的元器件,例如带屏蔽的指示灯、按钮以及屏蔽玻璃等,这时需要注意安装缝隙的屏蔽效果。

采用加屏蔽罩的方法将这些孔洞屏蔽起来。

对于小的孔洞,如果其屏蔽效能足够(可参照6.4.2节中穿孔金属板的屏蔽效能),只要孔洞中不引出电缆,可以不处理。 

2.5、 线缆的屏蔽 

线缆的屏蔽措施:

严格地说,线缆的屏蔽超出了结构件电磁兼容的范围。但是线缆的处理对结构件的屏蔽有至关重要的关系,往往比结构件的屏蔽还要重要,因此本文中对线缆的屏蔽提出基本要求,设计人员在机电协调和详细设计时必须足够重视线缆的屏蔽措施。 

电缆进出屏蔽体主要有以下几种形式,其处理措施分别为: 

通过屏蔽插头转接:

一般情况下需要使用屏蔽电缆,这时的屏蔽效果主要是取决于插头的屏蔽效果。 另外,对于子架/插箱屏蔽方式,电缆直接从模块的插座上面接出也是一种类似的方法,其屏蔽效果主要取决于插座上屏蔽措施的效果。采用转接的方式可以获取十分高的屏蔽效能,是一种理想的屏蔽方式,但是在线缆较多的时候成本比较高。 

通过EMI滤波器连接:

即电源线通过电源滤波器连接,信号线采用信号线滤波器如滤波连接器、馈通滤波器等转接。这种方式既可滤波,又可实现屏蔽。这种出线方式中滤波器的安装(滤波连接器类似)至关重要,详细见下节6.5.2中的规定。 

直接出机柜:

直接出机柜时可分为屏蔽电缆和非屏蔽电缆两中种情况。对于屏蔽电缆,要求电缆在出屏蔽体时屏蔽层必须与屏蔽体360°的接触,保证阻抗足够小,而不能仅仅是接通。对于非屏蔽电缆,可以采取套金属编制网,缠金属丝网等方式将电缆出屏蔽体的部分长度变成屏蔽电缆的形式,并按屏蔽电缆的要求将丝网与屏蔽体可靠接触。丝网缠绕的长度与屏蔽要求、线缆直径有关,一般为2-3m。总之,一般不允许直接将电缆直接从屏蔽体穿出,需要将屏蔽层可靠接地。 

滤波器的安装 

一般电源需要经过滤波器后进入系统。滤波器安装和连线必须满足以下要求。

交流滤波器应该安装在屏蔽体上面,安装面上缝隙的屏蔽效能足够。

直流滤波器推荐也安装在屏蔽体上面,要求不高时允许安装在屏蔽体内部,这时电源线将会直接从屏蔽体穿出。

滤波器安装在屏蔽体上时,进出线必须在屏蔽体的两侧,即从屏蔽体外连接输入线到滤波器上面,从屏蔽体内引出输出线。

滤波器的外壳必须与屏蔽地(保护地) 可靠连接。

滤波器的输入、输出线不许平行走线,更不许相互缠绕。

 

来源:风陵渡口话EMC

关键词: 结构件 屏蔽设计

相关资讯

我要检测 电话咨询