网络机箱

电子设备网络机箱的电磁兼容性设计

发布日期:2018-05-10 作者:东莞凯王 点击:



在工作时不网络机箱仅受到环境中各种电磁干扰,而且有些设备还受到仪器内部分电路的电磁影响。仪器的机箱对于仪器屏蔽电磁干扰具有重要作用,充分作好仪器机箱的抗电磁设计,能提高仪器抗干扰能力、屏蔽效能和仪器测量精确度。

  根据电磁辐射理论,对于电子仪器机箱的设计一般采用如下措施:

  1)材料的选择和屏蔽机箱的设计。

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  对于用于电磁屏蔽的机箱材料的电导率、磁通率越高,屏蔽效果越好,但材料的选用还受到强度、重量、散热性、工艺性等因素的制约。当屏蔽效果不太好时,可考虑对其进行表面处理。在屏蔽机箱设计时,应使机箱有足够的厚度以增大磁路横切面积,增加屏蔽效果;同时在垂直于磁通方向不能开口,以免增大磁阻。

  2)机箱要良好接地。

  仪器机箱接地有2个重要作用:一是接地能使屏蔽具有较好效果,二是消除静电影响。电磁噪声或电磁干扰引起的故障,大多数出自机壳地、工作地线路的电位波动。降低机壳地、工作地线路阻抗,对于抗脉冲噪声和静电放电都有利。在进行接地系统设计和实施接地时需注意以下几点:

  (1)接地的好坏取决于搭接的好坏,两接地点间的电位差或由于磁通变动会使基准电位变化。

  (2)所有的接地都必须避免公共阻抗传导耦合、高阻抗的地回路和危险的工作条件(由于接地故障可能造成危险)。

  (3)接地线应尽可能粗、短,并直接搭接到接地板,目的是尽量减少地回路的阻抗,避免因频率增高造成感抗增大。在低频设备中避免形成接地环路尤其重要。因为地环路中有信号电流时,接地线路阻抗使基准电位变化。

  (4)f<1MHz,可采用单点接地方式,并按信号地线(低电平电路)、噪声地线(继电器、高功率电路等)、设备地线(机箱、机壳、机架)分组;f>10MHz,应用多点接地方式;1MHz

  (5)对于复杂的电子设备,复合型接地方案比较适用。采用复合式接地方案时,机架上必须设定明确的汇接点,汇接点必须是半径至少为10mm的洁净金属面。

  (6)机架的地线噪声非常大,不能靠滑轨、铰链等部件去接地。在机壳或机架上应有接地螺栓和明显的接地标志,接地螺栓的参考尺寸为M8。

  3)机箱上通风孔的屏蔽。

  为了满足被屏蔽对象(设备、组件等)的通风散热要求,必须在屏蔽体上开通风孔。孔的泄漏与多种因素有关,如离开场源的距离、电磁场的频率、开孔的面积和开孔的形状等。对于某一具体场源而言,泄漏将随孔的面积增加而增加,在开孔面积相同的情况下,长方形的孔比正方形的泄漏大,正方形的孔比圆孔泄漏大。一般在不同的频率要求下,屏蔽效能的高低,采用的结构形式不同。

  (1)通风孔覆盖金属丝网。采用环形压圈通过紧固螺钉把金属丝网安装在屏蔽体的通风孔上。如果网孔密、网丝粗及网丝的导电性能好,则金属丝网的屏蔽效能就高。一般在100kHz到100MHz的频段内,铜网有较高的屏蔽效能,如果采用双层铜网,中间处加防尘材料进行滤尘,则屏蔽效能可更高。周边可安装橡胶密封卷曲螺旋组合衬垫,亦可使金属丝网与屏蔽体之间获得良好的电接触。

  (2)穿孔金属板作通风孔。当工作频率比较低,对屏蔽效能要求不甚高时,用许多小孔代替大口径的通风孔是提高屏蔽体屏蔽效能的有效方法,它可以直接在屏蔽体上开许多小孔进行通风散热。与金属丝网相比,其特点是屏蔽性能稳定,因为它不存在金属丝网固有的网丝交叉点接触电阻不稳定的问题,具有结构与工艺简单,成本低等优点。在设计通风孔的孔径、孔间距与屏蔽效能的关系上,实践经验数据为:通风孔直径为4mm,间距为5mm以行列对齐的阵列圆孔。

  (3)用截止波导式通风窗。频率高于100MHz时,金属丝网和穿孔金属板的屏蔽效能显著下降,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。在甚高频以上,若既要有高屏蔽效能,又要通风良好,可采用截止波导式通风孔板(如蜂窝状通风孔板)。

  4)机箱上缝隙的屏蔽处理。

  机箱上的缝隙引起电磁的泄漏,缝隙越长,泄漏越多,设计时主要考虑:①减少缝隙数量。采用合理的结构使缝隙数量最小。②增加缝隙深度。增加缝隙深度可增大缝隙的传输损耗。③减少缝隙长度。通过增加镖钉数量可以减少电磁的泄漏。④改变缝隙的形式。如将平缝改为坡缝,可增大电磁波的反射损耗和传输损耗。⑤用导电垫代替普通垫。导电垫的变形量控制在15%左右,可发挥较好作用。

  5)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。

  6)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。

  7)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。

  8)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。

  9)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。

  电磁兼容性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。


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关键词:服务器机箱,网络机箱,工控机箱

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