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可编程直流电源如何利用金属外壳屏蔽EMI干扰?

来源:admin ??发布时间:2018-12-01 14:24

可编程直流电源(power supply)如何利用金属外壳屏蔽EMI干扰?摘要

1、屏蔽的商业必要性;
2、屏蔽的概念;
3、可编程直流电源电路之间、屏蔽之间更大(的间距)、矩形(或不规则)的屏蔽外形更好,以避免共振;
4、趋肤效应
  (很难挡住低频)
5、孔隙
  (很难挡住高频)
6、低频(磁场)屏蔽
7、截至波导
8、导体垫圈(用于填缝)
9、可视组件的屏蔽(如显示皮、指示灯、键盘)
10、通风(散热(radiating))孔的屏蔽
11、用喷漆或电镀的塑料(结构:合成树脂、增塑剂、稳定剂、色料)来屏蔽
12、非金属屏蔽
13、屏蔽室的安装(ān zhuāng)
14、板级电磁屏蔽
1、屏蔽的商业必要性
笔者提出的一个重要概念:
一个可编程直流电源(power supply)项目在计划阶段就要考虑屏蔽问题,这样花费在屏蔽措施(指针对问题的解决办法)上的成本才会最低。
若等到问题暴露出来再去查漏补缺,往往需要付出相当大的代价。电池测试仪主要用于检测过电流、电压、容量、内阻、充电、放电温度、电池循环寿命,并给出曲线图。
屏蔽措施(指针对问题的解决办法)往往带来费用和仪器重量的增加,若能以其他EMC方式加以解决,就尽量减少屏蔽。(言下之意屏蔽是最后一招)
对于PCB应注意(attention)以下两点:
1、使导线及元器元件尽量靠近一块大的金属板(这个金属板不是指屏蔽体)
2、使电气部件(assembly unit)及线路尽量靠近地层(减少层间信号的电磁干扰、地层可以吸取部分干扰 )这样,即使是需要加屏蔽,也可以降低对屏蔽效能(SE shiedling effectiveness)的需求。
2、屏蔽的概念
屏蔽相当于一个滤波器,放置于电磁波的传播路径上,对其中的一部分频段形成高阻抗。阻抗比越大,屏蔽效能越好。
对于一般金属,0.5mm的厚度就能对1MHz的电磁波产生较好的屏蔽效果,对100MHz能有非常好的屏蔽效果,问题在于薄层金属屏蔽对1MHz以下或孔隙来说,屏蔽效果就不行了,本文重点先容这方面。
3、大的间距、矩形屏蔽会更好

  (1) 可编程直流电源电路之间、屏蔽之间更大的间距能够减少相互干扰;

  (2) 矩形(或不规则)的屏蔽外形,能够尽量避免频率共振;正方形的外壳往往容易引起共振;
但总的来说,可编程直流电源(power supply)电路板一般位于屏蔽体内,其元器件、线路等都会改变预期的共振频率(frequency)点,所以不必太操心。
4、趋肤效应
趋肤深度
工程(Engineering)上定义从表面到电流密度(单位:g/cm3或kg/m3)下降到表面电流密度的0.368(即1/e)的厚度为趋肤深度或穿透深度Δ:
式中:
μ-导线材料(Material)的磁导率;
γ=1/ρ-材料的电导率;
k-材料电导率(或电阻率)温度系数;
上图:不同频率(frequency)下三种金属的趋肤效应深度(频率越高,深度越浅,越趋肤);趋肤效应以传导的角度看,是希翼趋肤深度深的,那表示导线的利用率高;但是对于屏蔽,是希翼趋肤深度浅的,这样就能以较薄的金属屏蔽的电磁频段;50Hz的趋肤深度5~15mm,很难屏蔽……
用于屏蔽的金属应有良好的导电及导磁性能(xìng néng),厚度根据干扰的最低频率所产生的趋肤深度来定。一般1mm的低碳钢板或者1μm的镀锌(galvanization)层就能满足一般的应用。(这也是实际中常看到机箱壁上镀锌的原因)
5、孔隙
如果屏蔽体的整个壳体是无缝无孔的,那么对于30MHz的电磁波来说,要到100dB的衰减效果不是难事。问题就在于他们不是无缝无孔的:
在一个完美的屏蔽壳体上开一个洞,相当于构成一个半波共振缝隙天线,屏蔽效能SE与孔的最大尺寸
  D、电磁波波长λ关系如下:
那么对于之前提到的30MHz,波长10m,假设有一个USB口(孔径对角线尺寸10mm),换算下来SE为54dB,d越大,SE越小。
可编程直流电源电路开发(develop)工程(Engineering)师常用到的电磁波频段:
可编程直流电源电路开发工程(Engineering)师在常规应用中制造(zhì zào)出的干扰及谐波频段:
孔隙、平率与屏蔽效能的大致关系:
要到40dB的SE,通常需要用导体垫圈、弹簧夹指来进行密封,注意(attention)内部元件与屏蔽罩的间距、数据总线与开孔和缝隙之间的距离。电池容量测试仪可以针对不同落后电池的实际情况,对落后电池进行容量试验,低压恒流充电,或设置多个循环周期对最小容量的电池作循环多次充放电,以激化电池极板失效的活性物质使电池活化,提升落后电池的容量。
还要注意,当屏蔽体中有电流(Electron flow),且电流的前进方向上有孔缝挡路,迫使电流绕行时,将引起孔缝类似天线而发射磁场,通过孔缝变化的电压(voltage)产生磁场。
6、低频磁场的屏蔽
采用高磁导率的合金材料(如非晶合金、坡莫合金),按一定规格(specifications)制成屏蔽罩,可大幅度减小磁场影响。
7、截至波导
8、垫圈
采用良导体,用于填缝,能承受一定的挤压变形,抗腐蚀、经久耐用.

9、可视组件的屏蔽
10、通风孔的屏蔽
将通风孔做成两种形式:

  (1)金属网格(类似蜂窝铝板)

  (2) (截至)波导
11、用喷漆或电镀的塑料
因为开模塑料美观轻便,所以时常使用,对这种情况,一般在塑料杯面喷涂导电材料(Material),因为导电层厚度不可能(maybe)太厚(微米级),实际效果不怎么样。蓄电池内阻测试仪又叫蓄电池内阻仪或蓄电池快速容量测试仪,是快速准确测量蓄电池健康状态和荷电状态以及连接电阻参数的便携式数字存储式测试仪器。
对于二类可编程直流电源电器(class II),还可能(maybe)增加静电放电(ESD)的可能性。
二类可编程直流电源电器:这类可编程直流电源电器采用双重绝缘或加强绝缘,没有接地要求。蓄电池容量测试仪可以针对不同落后电池的实际情况,对落后电池进行容量试验,低压恒流充电,或设置多个循环周期对最小容量的电池作循环多次充放电,以激化电池极板失效的活性物质使电池活化,提升落后电池的容量。蓄电池组负载测试仪功耗部分采用新型PTC陶瓷电阻作为放电负载,完全避免了红热现象,安全可靠无污染。整机由微处理器控制,液晶显示、中文菜单。外观设计新颖,体积小、重量轻、移动方便。各种放电参数设定完成后,自动完成整个恒流放电过程。完全实现智能化。使整个放电过程更安全。
12、非金属屏蔽
如碳纤维(Fiber)或导电聚合物(导电塑料),但是无论如何其SE都不及金属的好。
13、屏蔽罩的安装
14、板级屏蔽

  

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