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电子设备结构设计中的电磁兼容设计方法研究

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0 引言

电子设备是保证电力系统正常工作的重要基础,主要由PCB、屏蔽系统、接地系统、电源等结构部分组成。随着现代化科学技术的迅速发展,电子设备的内部结构愈加复杂,功能更加的丰富,这也对电子设备结构的设计提出了更高的要求。为了保障电子设备的正常运行,必须防止其受到电磁的干扰,因此在电子设备结构设计时就要对电磁兼容进行科学的设计,不断的提升整个电子设备结构设计的质量。

1 电子设备中电磁兼容设计概述

1.1 概念

电磁兼容主要是指当电子设备正常工作的时候,电子线路当中不会存在影响设备正常工作的电磁,即不会发生电磁干扰。当电子设备处于电磁兼容状态时,电子线路、电子设备等等都不会受到影响,且彼此之间互不干扰,能够保证电子设备的正常运行状态。由此可见,电磁兼容性直接影响到了电子设备的运行情况。

1.2 电磁兼容设计的必要性

随着社会的发展,电子设备得到了广泛的应用,因此电子设备的正常运行直接关系到行业的经济发展。在电子设备研发的过程中,必须充分的重视电磁兼容设计,这样能够使得电子设备在复杂的电磁环境下也可以正常、稳定的工作。电磁兼容设计要采用科学的接地方式、屏蔽方式等等,在最大程度上降低干扰源的影响,从而有效的消除电子设备中的电磁干扰问题。

2 电子设备结构设计中电磁兼容设计存在的主要问题

2.1 PCB设计存在的问题

PCB是电子设备结构的重要组成部分,其质量直接影响到了电子设备的正常应用。在PCB设计的时候,存在一系列的问题,主要包括:PCB的尺寸规划不合理;PCB和相关的元器件设计不科学;没有对各个设计参数进行充分的考虑等等。因此会影响到PCB设备的使用性能及抗干扰能力,同时不利于电磁兼容性的设计。此外,PCB的设计需要考虑到很多参数的设置,必须精确的设计各项参数,这样才能设计出合理的PCB方案,从而提升PCB和电子设备之间的电磁兼容性。

2.2 屏蔽设计的问题

设备屏蔽设计的过程中,可能会遇到的问题有:电接触设计不科学;屏蔽材料选择不合理,不符合相关的标准要求,直接影响到屏蔽设备的质量。此外,在设计的时候,设备机箱缝隙的屏蔽设备不合理也是主要的问题之一,不利于提高屏蔽设备的抗干扰能力。

2.3 滤波设计的问题

在滤波设计过程中,要综合考虑设备的整体性能,但是依然会存在很多的实际问题,比如,设计人员不能全面的考量设备的整体设计性能,因此不能合理的采取方法对电磁干扰源进行切断,所以不能有效的消除电磁干扰问题。

2.4 接地设计的问题

电子设备在接地设计的过程中,设计人员往往意识不到接地设计的重要性,导致接地点位置不科学,并且没有做好接地保护工作,给电子设备的正常运行带来不利影响。此外,电路组合接地方案设计不合理,且抑制接电干扰措施没有做好,从而不利于电子设备的正常工作。

3 电子设备结构设计中的电磁兼容设计方法

3.1 合理的使用接地技术

电子设备结构设计中的电磁兼容设计可以合理的使用接地技术,让电源和信号提供的回路部分与电位完成有效的结合。电磁兼容设计的主要内容就是通过接地技术来防止电磁干扰现象的出现,对于接地技术的应用,需要遵守相应的规则和标准,确保接地的安全性。首先,电子设备使用到的金属外壳要和地面进行连接,从而确保人们的生命以及财产的安全性,同时避免发生静电损坏等问题,提高电子设备的抗干扰能力。

此外,当电子设备工作的时候,会存在静电等有关的现象,通过应用接地技术可以及时的防止此类问题的出现。如图1所示,在对电子设备的电磁兼容进行设计的时候,使用接地技术必须了解到电路系统当中的各个部分存在一个共同的参考电位,能够有效的保障电路的顺利工作。另外,为了防止电子设备出现漏电以及火灾等危险情况,可以把电子设备的机壳进行接地设计,从而避免电荷的释放,降低电磁干扰的影响。最后,工作接地也是接地技术的重要应用,工作接地的质量关系到了整体的信号,所以在电磁兼容设计的过程中,要合理的应用工作接地方式,从而减少电子设备之间的电磁干扰。

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3.2 电磁滤波方法的应用

电磁滤波是影响电磁兼容性的重要部分,主要是压缩信号回路产生的,同时存在频谱干扰等问题。通过使用电磁滤波,不仅能够在一定程度上防止干扰源的发射,而且可以避免干扰源的频谱分量对电路、元器件等设备造成影响。事实上,电磁波就是可以对信号的某些波段频率完成过滤操作,从而达到抑制电磁干扰的目的。所以,在电磁兼容设计的过程中,可以应用电磁滤波方法。

当电子设备在工作的时候,电路中会形成强烈的干扰信号,并且以电源、信号线等途径进行传输,从而影响到整个电路的正常工作,所以进行电磁滤波是一种有效的、科学的抑制干扰的方式,进而提高电子设备的安全性。此外,电磁滤波的设计也要保证其合理性,经常会使用穿心电容、三端电容等器件,能够对电路的特征进行完善。最后,还要保证滤波器设备和电子设备的有效连接,当电磁滤波电路能够正常工作时,才可以强化电子设备的电磁兼容性,保障电力行业的稳定性。

3.3 电磁屏蔽的设计

电子设备和外界的连接界面如图2所示,主要包括机壳端口、地线端口、电源线、信号线等等,需要做好电磁屏蔽设计。电磁屏蔽主要指对不一样的空间利用金属隔离,使得电磁场或者电磁波受到合理的控制,同时控制周围的辐射。因此在电子设备结构的电磁兼容设计过程中,要应用到电磁屏蔽的优势,通过屏蔽物将电子设备进行控制,有效的防止干扰源的影响。

首先,科学的设计屏蔽组合体之间的电接触,进行使得电接触最小。对于屏蔽材料,要保证其导磁率及导电率较高,并且在此类材料的表面加入高导电率的材料,从而提高其抗干扰性能。此外,要保证电磁屏蔽设备设计的合理性,缩短与电子设备之间的距离,进而提高屏蔽效果。电磁屏蔽板可以使用封闭式的金属盒电场,其导体材料可以选择铜等材料。最后,机箱设计过程中,要使用科学的焊接方式,保证焊缝的平滑性,这样才能达到电磁屏蔽的良好效果。

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3.4 PCB设计方法

第一,PCB设备设计的过程中,要对PCB尺寸进行合理的设计,并且进一步提升PCB的性能,例如抗干扰能力以及抗噪声能力等,防止发生尺寸过大或者过小的问题,保证PCB设备充分的发挥出其优势。第二,保证PCB布局的合理性。要缩短一些高频元器件之间的连线,并且确保电路各个功能器件布置的合理性,从而保证信号的正常流通。此外,要合理的设置各个元器件的参数指标,实现对PCB器件的有序排列,从而提高设备的抗干扰能力。第三,元器件布局的科学性。在对PCB器件进行布局的过程中,要完成电路元器件的集成设计,从而提升电子设备的电磁兼容性。

3.5 电源保护设计

电源是保证电力系统正常工作的重要基础,直接影响到整体电力系统运行的质量,所以,需要做好电源保护设计。电源保护的主要设计内容有压力保护、缓启动保护、过流保护等等。一些电源的电路板是印刷而制的,因此,可以应用合理软度的保险丝完成过流保护,这样就能够保证当电流较大时,电源也可以正常的进行工作,同时保证过流的安全性。电源保护设计时,电容的保护设计也非常的重要,通过对电容进行保护设计能够防止保险丝熔断对各个元器件的不利影响。可以采用输入电压的方式实现对电容的有效保护,在元器件当中输入电压,同时对保险丝的情况及时的进行观察,确保其质量。除此之外,还要进行元器件的保护设计工作,可以在元器件当中加入压敏电阻等等,从而对配电线路等部分进行过压保护,完成电路与地电位之间的有效连接,提高电子设备的使用性能。

4 总结

本文通过对电子设备结构设计中的电磁兼容设计方法的研究,使我们了解到了,电磁兼容设计直接影响到了电子设备工作的安全性和稳定性,需要给与充分的重视。现阶段,在电磁兼容设计过程中,还存在着PCB设计、屏蔽设计、滤波设计以及接地设计等一系列问题,因此,在电子设备结构设计中,要采取有效的电磁兼容设计方法,其中包括合理的使用接地技术、电磁滤波方法的应用、电磁屏蔽的设计、PCB设计方法以及电源保护设计等等,从而提升电子设备的工作效率。

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