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大功率直流穩壓電源項目工程師淺析金屬外殼屏蔽 EMI

1、大功率直流穩壓電源項目工程師淺析屏蔽的必要性

一個大功率直流穩壓電源項目在計劃階段就要考慮屏蔽問題,這樣花費在屏蔽措施上的成本才會最低。若等到問題暴露出來再去查漏補缺,往往需要付出相當大的代價。屏蔽措施往往帶來費用和儀器重量的增加,若能以其他EMC方式加以解決,就盡量減少屏蔽。(言下之意屏蔽是最後一招)

對於PCB應注意以下兩點:

1、使導線及元器件盡量靠近一塊大的金屬板(這個金屬板不是指屏蔽體)
2、使電氣部件及線路盡量靠近地層(減少層間信號的電磁幹擾、地層可以吸收部分幹擾 )這樣,即使是需要加屏蔽,也可以降低對屏蔽效能(SE shiedling effectiveness)的需求。

2、大功率直流穩壓電源項目工程師淺析屏蔽的概念

屏蔽相當於一個濾波器,放置於電磁波的傳播路徑上,對其中的一部分頻段形成高阻抗。阻抗比越大,屏蔽效能越好。對於一般金屬,0.5mm的厚度就能對1MHz的電磁波產生較好的屏蔽效果,對100MHz能有非常好的屏蔽效果,問題在於薄層金屬屏蔽對1MHz以下或孔隙來說,屏蔽效果就不行了,本文重點介紹這方麵。

3、大功率直流穩壓電源項目工程師淺析大的間距、矩形屏蔽會更好

(1) 電路之間、屏蔽之間更大的間距能夠減少相互幹擾;

(2) 矩形(或不規則)的屏蔽外形,能夠盡量避免頻率共振;正方形的外殼往往容易引起共振;

但總的來說,電路板一般位於屏蔽體內,其元器件、線路等都會改變預期的共振頻率點,所以不必太操心。

4、大功率直流穩壓電源項目工程師淺析趨膚效應

大功率直流穩壓電源項目工程師淺析金屬外殼屏蔽 EMI
趨膚深度

工程上定義從表麵到電流密度下降到表麵電流密度的0.368(即1/e)的厚度為趨膚深度或穿透深度Δ:

式中:

μ-導線材料的磁導率;
γ=1/ρ-材料的電導率;
k-材料電導率(或電阻率)溫度係數;


大功率直流穩壓電源項目工程師淺析金屬外殼屏蔽 EMI
上圖:不同頻率下三種金屬的趨膚效應深度(頻率越高,深度越淺,越趨膚);趨膚效應以傳導的角度看,是希望趨膚深度深的,那表示導線的利用率高;但是對於屏蔽,是希望趨膚深度淺的,這樣就能以較薄的金屬屏蔽更多的電磁頻段;50Hz的趨膚深度5~15mm,很難屏蔽……

用於屏蔽的金屬應有良好的導電及導磁性能,厚度根據幹擾的最低頻率所產生的趨膚深度來定。一般1mm的低碳鋼板或者1μm的鍍鋅層就能滿足一般的應用。(這也是實際中常看到機箱壁上鍍鋅的原因)

5、大功率直流穩壓電源項目工程師淺析孔隙

如果屏蔽體的整個殼體是無縫無孔的,那麽對於30MHz的電磁波來說,要達到100dB的衰減效果不是難事。問題就在於他們不是無縫無孔的:

在一個完美的屏蔽殼體上開一個洞,相當於構成一個半波共振縫隙天線,屏蔽效能SE與孔的最大尺寸d、電磁波波長λ關係如下:

那麽對於之前提到的30MHz,波長10m,假設有一個USB口(孔徑對角線尺寸10mm),換算下來SE為54dB,d越大,SE越小。

Agingames常用到的電磁波頻段:
Agingames在常規應用中製造出的幹擾及諧波頻段:

孔隙、平率與屏蔽效能的大致關係:
要達到40dB的SE,通常需要用導體墊圈、彈簧夾指來進行密封,注意內部元件與屏蔽罩的間距、數據總線與開孔和縫隙之間的距離。

還要注意,當屏蔽體中有電流,且電流的前進方向上有孔縫擋路,迫使電流繞行時,將引起孔縫類似天線而發射磁場,通過孔縫變化的電壓產生磁場。

6、大功率直流穩壓電源項目工程師淺析低頻磁場的屏蔽

采用高磁導率的合金材料(如非晶合金、坡莫合金),按一定規格製成屏蔽罩,可大幅度減小磁場影響。

7、大功率直流穩壓電源項目工程師淺析截至波導

8、大功率直流穩壓電源項目工程師淺析墊圈

采用良導體,用於填縫,能承受一定的擠壓變形,抗腐蝕、經久耐用.

9、大功率直流穩壓電源項目工程師淺析可視組件的屏蔽

10、大功率直流穩壓電源項目工程師淺析通風孔的屏蔽

將通風孔做成兩種形式:

金屬網格(類似蜂窩鋁板)
(截至)波導

11、大功率直流穩壓電源項目工程師淺析用噴漆或電鍍的塑料

因為開模塑料美觀輕便,所以時常使用,對這種情況,一般在塑料杯麵噴塗導電材料,因為導電層厚度不可能太厚(微米級),實際效果不怎麽樣。對於二類電器(class II),還可能增加靜電放電(ESD)的可能性。二類電器:這類電器采用雙重絕緣或加強絕緣,沒有接地要求。

12、大功率直流穩壓電源項目工程師淺析非金屬屏蔽

如碳纖維或導電聚合物(導電塑料),但是無論如何其SE都不及金屬的好。

13、大功率直流穩壓電源項目工程師淺析屏蔽罩的安裝

14、板級屏蔽
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