电子设备结构设计精选(十四篇)

序言：作为思想的载体和知识的探索者，写作是一种独特的艺术，我们为您准备了不同风格的14篇电子设备结构设计，期待它们能激发您的灵感。

篇1

关键词：电子设备；屏蔽结构；功能设计

随着电子设备使用频率越来越高，但电磁环境不断恶化，为了发挥电子设备的性能，提升抗干扰能力，避免受到电磁的干扰，这对电子设备电磁屏蔽性能提出了更高的要求和标准。因此，本文结合实际情况，针对电子设备电磁屏蔽的结构设计展开论述，并且提出合理化建议。

1电子设备屏蔽设计标准

就目前而言，电子设备主要包括骨架、盖板以及前后板等，其中可拆连接的接触面具有一定的导电接触，因此，在实际设计过程中，电子设备内部的孔洞、缝隙要满足屏蔽的需要。在实际设计过程中，屏蔽设计要求不尽相同。对电屏蔽而言，可以利用良导体隔离经电容性耦合传递的影响。电磁屏蔽主要应用在高频设计过程中，主要原理是利用金属反射和金属层内吸收来限制电磁的干扰，在实际设计过程中，具体包括以下要求：第一，要保证材料质量，因此，设计人员在进行电磁屏蔽分析过程中，会认为屏蔽体导体在理想运行状态下运行，导致在实际应用中，屏蔽体具有阻性，并且随着屏蔽体阻抗的增加，屏蔽的性能就会越差。因此，在屏蔽材料选择过程中，要选择性能良好的导体。对电屏蔽厚度而言，需要根据电子设备屏蔽结构进行设计，保证金属壳体封闭性，最大限度的减少孔洞和缝隙，并且采取必要的防护措施。屏蔽体要做好接地设计，根据行业标准，接触电阻要小于2m譆。在进行屏蔽电子设备运行过程中，影响屏蔽效能的因素主要包括以下几个方面：第一，缝隙问题，在实际的屏蔽体中，导电体具有很多不连续点，就会在各个部分结合处，产生电磁泄漏问题，解决这种问题的方法，就是在缝隙的位置，填充一些弹性的导电材料，从根本上消除不导电点。但是在实际应用过程中，不是所有的屏蔽体的缝隙需要电磁密封衬垫防止电磁泄漏。因为对实际的设计而言，缝隙泄漏电磁波主要取决于电磁波波长的尺寸。如果遇到较高频率干扰的情况下，需要使用电磁密封衬垫。第二，孔洞问题。在电子设备上，会包括很多开关、连接器以及保险丝等，设计人员需要在面板上，加工出相应的安装孔，为了提升机箱的散热效果，设计人员要在机箱上设置侧板孔、抽气扇进风孔等，对开孔的形状和周长要满足实际设计标准，在电子设备运行过程中，电流通过孔洞时，就会通过辐射的方式发射能量，并且与孔洞的大小周长有着密切联系。

2缝隙电磁屏蔽设计

下面主要分析缝隙电磁屏蔽设计。2.1控制好螺钉的间距在实际设计过程中，螺钉具有重要的连接作用，并且间距会直接影响了屏蔽的效果。螺钉能够有效缩小接件的缝隙，提升屏蔽的效果。但是一旦螺钉过密，就会增加设备安装的难度，增加了工作量和设计成本。因此，设计人员要从全局出发，结合电子设备的强度，确定科学合理的螺钉间距，在实际设计过程中，缝隙设计间距e咬/20。2.2采用簧片屏蔽设计针对螺钉设计过密的情况，对需要经常拆卸的电子设备而言，还要从其它方面做好电磁屏蔽设计，在设备的两个接触面上，设置屏蔽簧片。其中EMI屏蔽簧片具有良好的导电性能，并且运行空间比较大，可以满足不同屏蔽要求。这种簧片材料主要以铍青铜、磷青铜为主，具有很强的耐磨性和耐压性，在高温的条件下，也能正常运行。2.3导电衬垫的屏蔽设计这种设计方式主要实现屏蔽体的电接触，提升导电的连续性，有效的防止缝隙电出现泄露，具有良好的密封作用，就目前而言，通常主要包括以下两种形式：第一，平面安装式。就是在把衬垫的背面通过背胶把衬垫和屏蔽体连接起来，保证衬垫具有一定的压力，其中典型的C型导电布衬的平面安装模式得到了广泛的应用。第二，沟槽安装形式。在沟槽安装形式中，就是把衬垫装在沟槽中，可以利用D型导电布衬垫粘装到沟槽中，从而保证面板侧面之间的相互配合，提升衬垫的压力，保证通电正常。2.4凸包屏蔽结构设计为了有效减少屏蔽体缝隙线性尺寸，设计人员可以结合实际情况，在屏蔽体设计凸包，并且应用在屏蔽区域内，从而形成一个弹性的变量，实现两个屏蔽体之间有效的连接，采用这种设计模式，能够有效减少螺钉的密度，节约设计材料，降低设计强度，具有很强的实用性。2.5深缝隙结构设计在采用深缝隙结构设计过程中，深度越深，屏蔽的效果就会越明显，因此，设计人员要结合实际情况，不断加深缝隙的深度，从而提升电子设备电磁干扰性。

3孔洞的电磁屏蔽设计

受到自身性能的影响，为了解决电子设备通风散热和接线问题，在实际过程中，需要设置孔洞，从而降低了电子设备的屏蔽效果。下面就针对孔洞电磁屏蔽设计展开论述。3.1通风口电磁屏蔽设计3.1.1在电子设备通风口架设金属丝网。在电子设备实际应用设计过程中，金属丝网是比较常用的非实壁型屏蔽体，这种材料主要包括铜铝等。电子设备通风口通常比较大，因此，可以采用钼数较高的金属丝网安装在窗口的位置，设计人员要把窗口分成细小的通风口，从而获得良好的屏蔽效果。对金属丝网可以直接焊接在屏蔽体上，保证金属丝与屏蔽体具有良好的电接触，但是在实际装配过程中，要做好金属丝网的保护，提升屏蔽的效果。3.1.2在屏蔽体上开通风孔。在实际过程中，装配金属网在设计过程中，很容易出现一些屏蔽的缺陷，很容易出现接触不良或者断丝的情况，针对这些问题，可以在屏蔽体设置风孔，从而优化设计工艺流程。在实际应用过程中，设计人员可以采用圆形结构，避免采用异型孔，从而增加设计难度。3.1.3介质波导通风蜂窝板屏蔽体应用。设计人员在设计屏蔽要求很高设备过程中，为了提升通风效果和抗电磁屏蔽效果，在实际设计过程中，可以采用波导通风蜂窝板屏蔽体，就可以有效减少空气阻力，降低风压损失，提升机械强度，发挥电子设备良好的性能。3.2穿心电容与屏蔽罩的应用在电子设备设计过程中，需要设计人员做好开关、表头、指示灯等的设计，明确设计标准。为了有效防止在开口处形成电磁泄露，可以在点在设备元件后，装置屏蔽罩，加装穿心电容，并且传过屏蔽罩，连接元件，同时要保证屏蔽罩与面板良好的接触性能，实现电磁屏蔽。3.3屏蔽窗设计对指示器、监视器等，设计人员可以结合实际情况，设计导电玻璃，然后连接到面板，对高频电磁屏蔽结构，可以使用金属夹丝层的导电玻璃。

4结束语

综上所述，在进行电子设备屏蔽结构设计过程中，设计人员要结合实际屏蔽要求，采用合适的设计方式，针对设计不同的情况，选择合理的材料，从而提高设备抗电磁干扰性，获得良好的屏蔽效果，发挥电子设备的重要作用。

参考文献

[1]白宏兵.某型电子设备电磁屏蔽的结构设计[J].电子世界，2013（15）：147.

[2]吕景峰，陈玲香.电子设备结构设计中的电磁兼容[J].电子世界，2013（12）：163+165.

[3]史广伟，孙丽萍.电子设备的电磁屏蔽设计及复合材料屏蔽检测的应用[J].制造业自动化，2011（05）：215-217.

[4]杨明冬.电磁屏蔽设计在电子设备结构设计中的应用[J].机械与电子，2010（09）：72-74.

[5]张忠海.电子设备电磁屏蔽的结构设计[J].机械与电子，2005（05）：74-77.

篇2

【关键词】电子设备 结构设计 可靠性

就目前形式下，人们借助电子学原理而制作成的各种设备、装置、仪器、仪表等等都被统称做电子设备。电子设备最主要的用途就是进行电子元器件的支撑，借助电缆联系电路能够最大程度的满足各种电气需求。在结构设计的过程中，不但需要对固定安装的各种元器件规格有所了解，而且需要将驱动器、变频器等一同纳入进考虑范围。

1 电子设备设计的基本方式

1.1 确立设计方案

设计工作人员在接到了设计任务之后，需要对设备协议之中的各种内容提出相应的技术指标。主要是因为其是设计、制造、检验与使用的参照标准。在电子设备方案之中需要将设备的使用方式、使用参照条件、外形大小、装饰与表面涂饰等各方面的要求，同时还需要标注清楚具体的生产制造工艺、包装运输以及保存等等多方方面的要求。设计人员同时需要工作的实际情况，明确各项技术指标中的详细内容。

1.2 设计人员与电气人员的配合

二者需要有商有量，需要配合协商的问题包括了：要清楚附有外形大小和安装尺寸的电子元器件的参数表、需要对设备的使用环境情况以及设备的功率要求有明确的认知、需要对各种重要元器件的屏蔽和散热要求有清楚了解、需要对各种有关电子设备内部走线和外部电缆走线的方式有清楚了解。

1.3 结合生产明确结构方式

电子设备结构中主要包含了插件的结构表现形式、单元盒结构组成形式、插箱组成结构形式、底板结构形式以及机体具体结构表现形式等等。在这之中，使用范围最全面的就是插件的结构形式，详见下图，其构成主要是印制的电路板。除此之外机体的结构形式也被大范围的使用在工业建设之上，样式通常分成了柜式、箱式、台式以及盒式。

1.4 外形尺寸的确立

依照具体设备对外形尺寸做确立，首先需要对电子设备内部零器件需要占用的空间大小做确定。车载船运以及航空使用的各种设备，当中的电子设备外形大小需要将门、舱、过道和安装场地认真考虑分析。

插件小单元

2 设计规范化的基本原则

设计规范化就是要确保其实现各种有关的技术指标，针对一些可供维修使用的产品，指的是产品在规定的条件下和规定的时间内，依照具体规定的程序内容以及方式开展各项维修工作，这样能够让产品始终维持或者恢复其工作的初始状态。其针对着提升电子设备结构可靠性的各项要求，可以对以下几方面内容做分析研究。

2.1 防腐蚀

首先，需要选择有强耐腐蚀性的材料；另外，金属结构的设计需要有合理化建设，防止发生接触性腐蚀，在一些较容易出现腐蚀以及腐蚀程度最严重的部位需要将组织构建的厚度加厚。再次，对环境条件做调控，把设备抽成真空并且将干燥的氨气以及氦气等充进去，并且密封保存。另外使用电化学保护方式，其中包含了对阳极的保护以及对阴极的保护等等。

2.2 隔振缓冲

在电子设备之中使用的防振以及缓冲方式，总结起来有三方面的内容。第一，降低或者消除振动与冲击造成的干扰源；第二，当出现外部环境有较高的振动情况时，能够选择在设备与基础条件之间，加装一个减振器，从而实现减少振动与冲击等对设备造成危害的影响。第三，使用有阻尼的操作结构，针对各种挠性设备的振动分析需要充分考虑到设备弹性而诱发的各种共振效应，为了有效的降低共振的频率，需要在结构之中添加入相应的阻尼材料。

2.3 电子设备散热

相关实践因素证明，电子元件的故障会伴随着元件温度的上升而递增，电子设备的线路性能和温度之间的变化呈反比的关系。电子设备散热结构的可靠性设计，首先需要将各项主要参数要素加入考虑范围之中，比如各个元件的发热功率和具体的散热面积等等。设备冷却方式的确定以及冷却介质的流量估计主要受制于这些数据的精准性。除此之外，还需要清楚的了解到各个设备适应的工作环境。

3 电子设备规范化设计中的因素要点

3.1 利于操作与维修

为了让电子设备的操作更加的简单可靠，设计人员在进行电子设备设计之前，需要先做一次深入全面的研究，对比了解各种同类产品的具体工作情形，将一些需要修理的部位做记录。切实的了解清楚各个电子设备内部的零器件区位，比如维修过程中要使用到的区位等等。

3.2 提高生产率

电子设备的结构在技术上需要应该选择现金、创新的结构。使用各种全新的技术和全新的操作工艺，进而不断的提升劳动生产效率。在电子设备中的各个零部件和生产元器件的规格需要尽量的少，设备之中的机械零器件需要具备相对完好的结构工艺性特点。在整个电子设备之中，零部件和各种元器件的技术参数与尺寸大小需要尽量的实现标准化和规格化要求。整个设备之中需要使用到的各项原材料不管是品种还是规格都要尽量的少，设备的零部件加工精细程度和相应的技术条件需要有所匹配，不能够无限制的追求高精度。

3.3 造型美观

电子设备的造型设计其实就是将一些先进的科学技术和现代化的审美理念做有机的结合，找寻一个最和谐统一的使用环境，遵循基本的协调要素。电子设备结构设计的需要将美观和实用的关系协调好，尽可能的创造出美观且实用的产品。

4 结语

电子设备可靠性指的是在产品的限定时间内，在规定的使用条件之下，完成一些力所能及的事物。只有提升了电子设备的可靠性和设计的规范化，才可能保证工作的有效性与工作的质量。本次研究中对电子设备结构的可靠性和规范化设计进行了简要的阐述，并且分析了几项提升电子设备可靠性的方式，以期最大程度的提升电子设备的可靠性。

参考文献

[1]张斌.电子设备结构设计中CAD技术的应用研究[D].西安电子科技大学，2010.

[2]季馨.军用电子设备结构设计水平评估体系浅议[J]. 现代雷达.2010，03（12）.

[3]王红芳，赵玫，施兆昌，徐晓. 船用电子设备结构可靠性设计[J]. 中国仪器仪表.2011，05（23）.

篇3

电子设备结构设计电磁兼容设计中，常见问题体现在PCB设计、屏蔽设计、滤波设计、接地设计等方面，它们的出现，不仅降低工作效率，还可能导致安全事故发生。为应对这些问题，实际工作中应该有针对性采取处理措施，并重视电子设备的养护管理，提高设备综合性能。

关键词：

电子设备；结构设计；电磁兼容设计

1前言

电子设备结构设计构成比较复杂，它是由PCB、屏蔽系统、滤波、接地系统组合而成的综合设备。随着技术创新发展，综合性能更为强大，功能更加多元化，内部结构也更加复杂。但不能否定的是，如果忽视设计和管理工作，往往容易出现故障，不仅影响工作进度，还可能引发安全事故，降低电子设备的工作效率和综合效益。文章结合电子设备结构设计和运行作业的基本情况，探讨常见的不足，并有针对性的提出设计对策，希望能为实际工作提供指导与借鉴。

2电子设备电磁干扰源分析

电子设备运行过程中，往往受到内部和外部干扰，影响设备的正常运行，需要提高设计水平，促进设备作用的充分发挥。

2．1内部干扰

内部各元器件之间相互作用，进而产生干扰现象，对设备运行带来不利影响。常见形式如下:元器件发生漏电现象而引起干扰，无线电信号出现耦合，导线之间出现互感现象引起内部干扰。元器件工作时间过长导致发热，影响元器件运行的稳定性。公共地线上汇集电流，当电子设备在运营时，会出现电压降低现象，对设备产生不必要的干扰。

2．2外部干扰

外部电源及高电压出现绝缘漏电现象，对电子设备产生干扰。功率大的外部设备产生较强的磁场，出现耦合进而导致干扰现象发生。外部空间电磁波干扰电子设备正常运行，设备在温度不稳定的环境下工作，导致设备参数改变，也会干扰电子设备正常运行。

3电子设备结构设计电磁兼容设计的不足

电子设备结构设计中，有些设备存在质量缺陷，操作人员的综合技能不高，存在违规违章操作现象，可能导致电子设备出现相应的故障，制约设备综合性能的发挥，常见故障体现在PCB设计、屏蔽设计、滤波设计、接地设计等方面。

3．1PCB设计的不足

例如，PCB尺寸设计不合理，忽视对其综合性能的考虑，PCB板和元器件布局设计不到位，未能对各项参数全面考虑，难以提高设备的抗干扰能力，也制约电磁兼容性能提升。

3．2屏蔽设计的不足

组合体之间的电接触设计不合理，屏蔽材料选择不到位。设备机箱缝隙的屏蔽设备设计不到位，制约屏蔽设计水平提升，也难以提高电子设备的抗干扰性能。

3．3滤波设计的不足

设计过程中忽视对设备性能进行全面考虑，未能采取有效措施切断电磁干扰源，出现电磁干扰现象。

3．4接地设计的不足

接地点位置不合理，忽视考虑接地工作需要。电路组合接地方案不科学，抑制接电干扰措施不到位，降低接电设计水平，对设备运行也带来不利影响。

4电子设备结构设计电磁兼容设计的对策

为避免结构设计中可能出现的故障，提高施工作业效率，更好处理作业中遇到的问题，结合实际工作需要，笔者认为今后应该采取以下处理措施。

4．1PCB设计对策

首先，合理进行PCB尺寸设计。考虑抗噪音和抗串扰性能，提高尺寸合理性，避免出现尺寸过大或过小情况，使其更好发挥作用。其次，PCB板布局设计。尽量缩短高频元器件之间的连线，合理布置电路各功能单位的位置，确保信号流通性良好，尽量让信号流通方向保持一致。合理确定元器件参数，提高设备性能，并让元器件平行排列，增强抗干扰能力。最后，元器件布局设计。采用集成电路元器件，增强其抗干扰性能，提高电磁兼容性能。

4．2屏蔽设计对策

合理设计屏蔽组合体各部分之间的电接触，将接触电阻降到最小。屏蔽材料选用导磁率和导电率较高的材料，可在高导磁材料表面增加一层高导电率材料，促进材料的抗干扰能力增强。采取相应措施，提高设备机箱缝隙的屏蔽效果。将带背胶的铍青铜簧片粘贴于机箱缝隙结合面处，促进屏蔽效果提升。机箱制作时，应该合理采用焊接措施，确保焊缝平滑和连续，让接缝处和金属板的射频电阻尽可能相等，有效提升屏蔽效果。

4．3滤波设计对策

切断沿导线传播的干扰源，从而有效落实电磁兼容设计方法。采用两个电容器和一个电感器组成π型滤波器，作为滤波形式，并消除电路间的耦合，促进电磁兼容设计水平提升。将差模和共模滤波单元组合起来，抑制电流，降低高频段噪声衰减，提高兼容设计水平，促进设备综合性能提升。

4．4接地设计对策

合理选择接地点，提高电路组合接地方案科学性。采用多点就近接地方式，让接地点间的电位差尽量接近，避免相互之间产生干扰。要确保接地线和接地面的直流搭接阻抗小于2．5mW，确保电气连接的可靠性。注重接地面处理，提升抗氧化和抗腐蚀性能，促进接地设计水平提升。

4．5电子设备结构其他设计对策

重视接电保护工作，当电子设备出现损坏现象时，要检查各项设备，掌握设备的综合性能，确保满足要求。结构出现损失时，应该及时更换新的设备，保证设备运行的安全。还要提高电子设备设计和维修人员素质，完善设计措施和管理制度，加强电子设备的性能监测，及时排除故障，确保电子设备性能良好。

5结语

电子设备在日常运行中，由于受到自身质量状况、所在环境、工作人员操作技能等因素的影响，可能出现相应故障。如果未能及时处理，会影响作业顺利进行。实际工作中应该认真分析形成原因，有针对性的采取控制和完善措施，将故障及时排除，提高电磁兼容设计水平，促进电子设备有效运行。

参考文献:

［1］张敏．电子设备的电磁兼容设计［J］．科技风，2016(5)，86．

［2］刘丽平．电子设备电磁兼容设计研究［J］．信息与电脑，2013(1)，16～17．

［3］刘兴俊．电子设备结构设计中的电磁兼容［J］．中国新技术新产品，2015(3)，2～3．

篇4

我国是一个有高原、多山的国家，我国高原主要有黄土高原、云贵高原、青藏高原。由于各高原地理纬度不同、地面性质不一样，气候也有差别。在我国的高原地区拥有得天独厚的风、光资源，对清洁可再生能源的利用具备很好的自然条件。因此，近年来，随着一批风电项目、光伏项目、风-光-储项目进军高原，可再生新能源项目在高原的建设加快，在未来将在我国的高原地区形成“高原风谷”、“高原光谷”的独特风景。

关键词：高原型，结构设计

Abstract：Our country is a plateau, mountainous country, China's main plateau of loess plateau, eastern yunnan-guizhou plateau, the qinghai-tibet plateau. Because each plateau geographical latitude, the ground is not the same as the nature of the different, climate also have a difference. In our plateau has advantaged wind, light resources, to clean the use of renewable energy has very good natural conditions. Therefore, in recent years, with a number of wind power projects, the wind, and photovoltaic project-light-store project into the plateau, renewable energy projects in the highlands of new construction speed up, in the future will be in China's plateau form "plateau of the wind", "plateau optical valley" the unique scenery.

Keywords: plateau type, the structure design

中图分类号：S611文献标识码：A 文章编号：

引言：

由于高原运行环境与普通低海拔环境有很大差异，作为产品结构设计人员需要针对高原的环境特点进行特殊的结构处理来满足设备在高原环境的安全可靠运行。本文结合我公司的风、光变流器变器以及SVG设备等产品的在高原环境下的应用情况分析高原型电力电子设备结构设计要点。首先介绍了高压环境的主要特点；接着针对高原环境特点对设备的性能影响分析；根据高原环境对设备性能影响的分析从结构设计方面提出具有的解决办法，其中结构设计也主要考虑从散热、绝缘、凝露以及机械结构件及材料的设计考虑等方面处理。

（一）高原气候特点：

高原具有较恶劣的自然气候条件，对电力电子的设备性能影响较大，高原气候的主要特点有：

（1）空气压力或空气密度低；

（2）空气温度较低，变化较大；

（3）空气绝对湿度较小；

（4）雷暴日多；

（5）太阳幅射照度（紫外线）较高；

（6）降水量较少；

（7）年大风日多；

（8）土壤温度较低，且冻结期长。

以上特点是行业内针对高原气候形成的普遍共识，但我国的高原地区分布较广，各高原地区的气候也存在差异。其中尤其以西南地区的云贵高原气候存在一定的特殊性。云贵地区河流众多，地形复杂，山谷间的水汽不易发散，在清晨和傍晚经常起雾。在相对湿度接近饱和的情况下，昼夜温差将造成严重的凝露。而且，云贵高原的高湿季节持续时间较长。因此，设备在高原气候应用必须考虑各高原地区的气候差异。

（二）高原气候条件对电力电子设备性能的影响：

 空气压力或空气密度对性能的影响：

气压低 电气间隙的击穿电压降低绝缘强度降低

空气稀薄风流量减小相对散热能力减弱

 空气温度较低及温度变化对性能的影响：

温度低冻结器件寿命受影响

温度变化大凝露爬电

 空气湿度对性能的影响：

湿度小电气间隙的击穿电压降低绝缘强度降低

湿度大积水爬电

 太阳幅射照度（紫外线）较高对性能的影响：

紫外线高破坏功率器件的空间电荷区电场器件失效

紫外线高有机保护材料老化绝缘强度降低

（三）高原型电力电子设备的结构设计要点：

1. 高原型电力电子设备绝缘的设计：

空气压力或空气密度的降低，引起外绝缘强度的降低。在海拔至5000m范围内，每升高1000m，即平均气压每降低7.7～10.5kPa,外绝缘强度降低8%～13%.根据安规（如IEC60664-1）对绝缘的相关规定：由系统电压、过压等级和绝缘等级确定所需电气间隙距离，并按海拔高度进行修正。

电气间隙修正系数

15 000 12.00 6.67

平均绝对湿度随海拔升高而降低。绝对湿度降低时，电工产品的外绝缘强度降低，因此要考虑工频放电电压与冲击闪络电压的湿度修正。湿度修正以零海拔时的平均绝对湿度：11g/m3为基准，具体修正按GB311.2中有关规定。

我司的高原型设备严格执行安规审查，按照海拔4000m考核电气间隙与爬电距离，保证足够的电气间隙与爬电距离。

其中结构布置时分项审查主要有：

单板：PCB改板，加大电气间隙

主功率回路：增加绝缘防护

隔离带：一次回路与二次回路隔离，确保电气间隙符合要求，如设置变压器隔离、UPS隔离等

配电器件：更换部分器件，如用高原型断路器替换普通型断路器。所有配电器件逐一分类审查：开关类、接触器类等。

同时结构件设计时候优化导电体形状，加大电气间隙与爬电距离。严格按照标准测试验证，测试电压5000Vdc/1min，漏电流

2. 高原型电力电子设备散热设计：

空气压力或空气密度的降低引起空气介质冷却效应的降低。对于以自然对流、强迫通风或空气散热器为主要散热方式的电工产品，由于散热能力的下降，温升增加。在海拔至5000m范围内，每升高1000m，即平均气压每降低7.7～10.5kPa,温升增加3%～10%.

空气温度最高值与平均值随海拔的升高而降低。高原环境空气温度的降低可以部分或全部补偿因气压降低而引起的电气设备温升的增加。环境空气温度补偿值为 0.5K/100m。

高原环境对采用空气冷却方式的电力电子设备的散热有利也有弊，所以散热结构设计时候要综合考虑双方面的影响。设计要点：保证良好的风道设计；高可靠性的器件选择；合适的散热风机选择；合理的器件布局；增加柜内扰流措施。

3. 高原型电力电子设备凝露处理的设计：

高原环境温差变化大容易产生凝露现象，我司主要通过以下方式来解决凝露问题

 加热除湿

通过加热除湿装置使柜内温度高于环境温度，实时检测柜内温度湿度，严格控制湿度小于85%。

 增大爬电距离

在易发生爬电的位置增加安全栅格。

 将可能的放电点密封

密封放电点，使之与外部完全隔离。

 柜内扰流

增加扰流装置，使凝露不易发生。

 三防处理

对单板喷涂三防漆。

4. 高原型电力电子设备机械结构件及材料的设计考虑：-

对于器件内部机械传动件，如操作手车、脱扣器等要考虑高原温度变化大而造成材料变形对公差的影响，这些在设计对应器件时要加以考虑；

绝缘材料的选择，应尽量选用受温差变化不大和防老化程度高的绝缘材料（如DMC或SMS模塑料等），在保证高强度的同时，变形量和老化程度较小，适应其对绝缘配合要求较高的地方。

参考文献

[1] JB/T7573-94《高原环境条件下电力电子产品通用技术条件》

[2] 安规IEC60664-1

[3] 广东明阳龙源电力电力电子有限公司结构设计规范.

篇5

关键词：电子设备;结构设计;工艺设计

结构设计是为了满足电子产品的各项功能和电性能，使设备在各种既定环境下都能正常工作所进行的设计。它可以把产品的外观直接展现出来，在一定程度上决定了产品的可靠性、寿命及性价比。好的设计应合理满足整机的性能要求，在市场上具有竞争力。产品的工艺性能直接影响到产品性能和战术技术指标的实现。工艺设计的最高原则是以最少的社会劳动消耗创造出最大的物质财富，这个原则也是企业赖以生存和发展的基础。无论哪类电子设备的设计都离不开结构，整机结构设计水平的高低和工艺技术的好坏对于产品质量至关重要。电子设备的故障或失效大都可归结为设计上没有想到或没意识到某些细节或约束，一些通用设计的技术、准则、理念和方法必须被予以重视并深入贯彻到产品研发中去。

1某系统电子设备结构设计

1.1概述

某系统主要由多路耦合器、终端机和信号分配器组成，采用19英寸标准机柜上架安装方式。各设备遵循标准化、系列化、通用化设计原则，颜色、标识、铭牌、把手和接口连接器选择均符合系统设计规范要求。根据研制方案确定电气功能、性能及使用环境要求，经研究分析整机结构形式和尺寸约束后，初步进行元器件布局、布线和组装设计，合理选用材料、涂镀、加工手段，采用通用件和标准件，简化制造工艺，积极运用成熟技术。后通过软件进行三维实体建模、装配仿真、应力应变分析、热流分析，进一步优化零部件结构。

1.2多路耦合器机

箱箱体及内部隔板全选用铝合金板，铣削成型，并通过相互搭接、螺钉拧紧固定。选用铝合金板，是因其具有重量轻、加工定位准确、易开沟槽安装固定屏蔽材料、装配拆卸简便、外形美观等优点。多路耦合器采用模块化设计理念，将防雷电路、放大电路和功率分配电路分别安装在铝合金板铣削成型的屏蔽盒内，构成单独的防雷模块、放大模块和功率分配模块。为便于器件散热，将散热器紧贴机箱左侧板，电源模块紧贴机箱右侧板，放大模块和功率分配模块固定在散热器上，并分别在安装贴合面涂敷导热硅脂。由于电源模块较重，为满足冲击、振动试验要求，设计固定架使其一侧与底板连接，另一侧包住电源与右侧板。防雷模块安装在前隔板预设位置，并与中隔板和后隔板一起组成隔板部件，组装时将其整体插入机箱。各模块用隔板隔开，分别安装在3个相对封闭独立的隔段内，尽可能避免电源与模块、模块与模块间的电磁互扰。多路耦合器结构形式如图1所示。

1.2.1终端机

箱体是机箱结构的主体部分，是设备功能模块的安装载体，也是机箱结构的集中受力体。根据安装器件的尺寸、重量和位置，同时考虑振动、冲击对结构强度的影响，参考压铆螺钉、压铆螺母柱的铆接装配要求，核算确定各面板材料及厚度。终端机结构形式如图2所示。终端机由16个解调模块组成，外部线缆通过航空插座进入机箱并通过双绞塑胶线与母板欧式插座连接。由于结构尺寸的限制，一个航空插座需通过8路音频信号或8路串口数据，为避免设备内部多路信号互相串扰，走线及母板设计尽量将多路同类信号线分开。另外所有解调板都安装了背板进行电磁屏蔽隔离、安全防护和固定，以提高电气连接的可靠性。导轨支撑部件由托板、导轨和连接条构成，主要起约束解调模块自由度的作用，模块的插拔、固定简单方便。终端机前面板左、右两侧各开设一个进风口，出风口安在后面板中部，风扇装在机箱外侧向外抽风。由于风扇转动把箱内的热空气强制抽出，使机箱内产生负压，吸引机箱外的冷空气由进风孔口进入，从而形成空气交换。为避免导轨支撑部件阻挡、妨碍空气在箱内流通，导轨上设计有导风孔，冷空气经导风孔流过带走解调模块散发的热量。其基本任务是在热源至热沉之间设计一条低热阻的通道，保证热量迅速传递出去，以便满足可靠性要求[1]。另一方面，设计导风孔还起到减轻设备重量的作用。兼顾电磁屏蔽和良好通风的双重要求，通风开口处分别安装了屏蔽通风窗，为进一步提高屏蔽效果，屏蔽通风窗与箱体固定贴合面还粘结橡胶密封丝网组合衬垫。终端机风道设计如图3所示。

1.2.2信号分配器

以前设计的机箱大多采用零部件搭接、螺钉拧紧固定的结构形式，为满足强度和电磁兼容性要求，完成箱体组装往往要使用很多螺钉，这使得设备拆卸、装配十分繁琐，维修性不好。为解决此问题，信号分配器设计采用插装结构形式，如图4所示。根据装配顺序将底板插入前面板、后面板、左侧板和右侧板底部对应的沟槽，推动左、右侧板使其与前、后面板互相卡住，然后用螺钉进行固定。把隔板插入箱内使其与底板和后面板配合，分别将滤波器、电源模块和主板模块安装在隔板分开的两个封闭隔段内，尽可能避免电源对主板模块的电磁骚扰。将盖板榫齿插入前面板顶部后面的沟槽中，往前推动盖板使其后端向下插入左、右侧板卡槽，用螺钉将盖板与箱体固定。信号分配器全部零部件共计12个，结构简单，组装方便。

2某系统电子设备工艺设计

2.1概述

某系统电子设备环境适应性要求比较苛刻，设计人员不仅要将“六性”设计理念融入、贯彻到研发工作中去，还需清楚产品的工艺流程。电子设备环境适应性主要取决于所选材料、构件、元器件的耐环境能力和结构设计、工艺设计采取的耐环境措施是否合理和有效[2]。装联工人应积极主动地提出合理化建议，配合工艺人员共同完善产品设计，这样才能使设备满足低温、高温、湿热、盐雾、霉菌、振动、冲击、颠震等环境试验要求。装配、组装质量不仅影响设备外观，而且影响系统的性能，可以说系统的质量直接体现在焊接和组装上。应合理安排装配顺序，注意前后工序的衔接，连接应牢固可靠，安装方向、位置要正确，不损伤设备单元和零部件，不损伤面板等机壳表面涂覆层，确保电性能稳定和机械强度足够。

2.2通用工艺技术

根据各种材料在实际应用中的表现，内部设计规范应明确禁止使用预镀锌钢板。以前钣金件多采用冷轧钢板，加工后进行镀锌工艺处理，但其防护能力还是偏弱，长时间使用时会产生锈斑腐蚀，相关零件要求全部换成奥氏体不绣钢，新产品设计不再使用冷轧钢板。除钝化处理外，奥氏体不绣钢零件可不再做其他表面处理。电磁兼容设计应采取主动预防、整体规划、“对抗”与“疏导”相结合的方针[3]。某系统电子设备的箱体材料全部选用铝合金板材，机加工后进行导电氧化处理，使机箱内表面形成理论上连续的导电面。箱体搭接缝隙处全部安装橡胶芯金属丝网屏蔽条，这种屏蔽条既有很好的弹性，又抗永久压缩形变，在潮湿及盐雾环境中具有很强的抗电化学腐蚀性能。由于屏蔽条有弹塑性，按设计尺寸截取时不要用力拉伸，可先从一端塞入沟槽并顺着按压到另一端再截取，剪切屏蔽条时应使其端头的橡胶芯微缩在丝网内，切忌安装后屏蔽条端头的橡胶芯露出金属丝网很长。在设备通风开口处安装屏蔽通风窗，利用截止波导原理解决通风和屏蔽这对矛盾。具体设计可参考GJB1046-1990《舰船搭接、接地、屏蔽、滤波及电缆的电磁兼容性要求和方法》(6.2.2.3截止波导通风孔)。电源线穿过箱体会使机箱整体屏蔽效能降低，为提高设备电磁兼容性，电源输入接口采用将航空插座与电源滤波器做成一体的结构形式。在滤波器与后面板安装固定面粘接扭角铍铜簧片或导电衬垫，使壳体和机箱贴合并保证接触良好，输入输出线不能靠得太近，引线尽量短且不能交叉，电源线不要与其他电缆捆绑走线。电源输入接口旁边就近设计安装安全的螺栓，并将电源线安全地连接。带有螺纹连接、压合、搭接、铆接、点焊、单面焊接等组合件，原则上不允许进行电化学处理，不同金属材料组合在一起的部件不能进行溶液处理，这些组合件应尽可能采用涂漆，或分别进行电化学处理后再组装。所有电化学处理都应在零件状态(即非组合件)下进行。钢铁件在喷涂前应进行磷化处理，铝件喷涂前应进行氧化处理(铸铝合金可采用喷砂处理)，以增加涂层附着力。体积和质量较大的模块、晶振、线圈可用硅橡胶封装或加固管脚。尽量降低元器件的安装高度，缩短其管脚引线。导线穿过金属孔或靠近金属零部件时需用绝缘套管将导线套住，线束的安装和支撑应当牢固，以免使用期间绝缘材料因磨损而短路。电路GND通过金属化螺钉以及对应的阻焊亮铜带和结构件良好搭接，对应的结构件不作喷漆处理。使用不锈钢错齿弹垫、棘爪弹垫、止退螺母等紧固件防止装配松动。

3结语

随着社会发展及加工技术的进步，产品的结构形式有了很大变化，从单机到系统，从最初主要使用型材、钣金结构发展到数控铣削成型的零件实现形式，精密加工技术已开始影响电子设备的设计和生产。电子设备的结构及工艺设计是项目研制过程的重要组成部分，直接影响到产品的可靠性、稳定性和品质指标，并不仅是为硬件平台做个外壳那样简单，需考虑多方面的约束因素以选择最合理最可靠的设计技术。综合某系统装备介绍，可了解电子设备的结构形式及设计方法和在工程实际应用时采取的具体措施，对其他电子产品的结构及工艺设计具有一定的指导意义。某系统电子设备装配拆卸简单，生产维护方便，具备较高的标准化、系列化、通用化程度，符合国家标准有关要求。系统通过公司内部功能、性能测试和第三方电磁兼容试验、环境试验、信道试验验证，所有设备均满足研制方案要求。

作者:彭辉 单位:

参考文献

[1]邱成悌,赵惇殳,蒋全兴.电子设备结构设计原理(修订本)[M].南京:东南大学出版社,2005.

篇6

关键词：面向装配的设计；简化设计；虚拟装配；模块化设计

中图分类号：TH136 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2017）02-0094-02

随着现代电子产品的高度集成化和小型化，以及用户对设备的可靠性、环境适应性等提出的越来越严格的要求，使得电子设备结构复杂程度不断提高，也使产品的装配面临越来越多的困难，导致出现装配质量下降、装配效率降低等一系列问题。在这一环境下，引入面向装配的设计（DFA）这一产品开发模式，在电子设备结构设计阶段即充分考虑产品的装配环节以及各种相关因素的影响，采用简化产品设计、减少零件数量、使用标准件、零件装配模块化和减少装配过程中的调节、装配防错等方法，并利用分析、评价、规划、仿真等各种技术手段，不断地完善设计和改进装配性能，确保装配工序简单、效率高、质量高、不良率低和成本低[1]。

1 基于SolidWorks的DFA应用方法

将SolidWorks功能和DFA方法相结合，在SolidWorks的环境下，主要可以进行以下三方面的应用方法研究。

1.1 简化设计

简化设计就是在设计中遵循KISS原则。简化设计过程往往是对已有的产品结构进行提炼和优化的过程，可以充分利用CAD的数据存储和规划优势，建立各种库文件，选择和调用成熟设计和模块，构建具有较高装配性能的产品。

1.2 标准化模块化设计

在电子设备结构设计过程中，运用标准化和模块化的设计方法，能大幅提高装配质量的可靠性，使装配问题能更早、更容易被发现，从而提高产品装配效率和装配质量。

1.3 虚拟装配

以产品设计为中心的虚拟装配，是在虚拟环境下对CAD模型进行装配性能分析的一项计算机辅助设计技术。基于DFA虚拟装配的基本任务是寻求产品装配结构的最优解，即通过CAD模拟产品装配、进行定量或定性分析，找出结构设计中装配性差的结构特征，进行设计修改和完善的过程。

使用SolidWorks 等CAD软件，可对产品的三维模型进行虚拟装配，并利用CAD提供的分析模块，进行包括静态干涉、运动干涉分析以及装配公差分析等装配性能分析、判断和改进。

2 DFA应用步骤

产品概念设计阶段的主要任务是根据用户要求、设计输入定义产品的架构，并将产品进行模块划分；在此基础上，建立产品装配模型，将各类库文件引入建模过程中，贯彻标准化、模块化设计理念；完成装配模型建立之后，开始虚拟装配，即对模型进行装配性能分析，运用 DFA简化设计等方法对装配体及零部组件进行简化、合并等设计改进，并且进行装配相关检查，直到得到优化模型。

根据DFA的应用方法，制定出在SolidWorks环境下产品设计的流程，见图1所示。

3 DFA装配建模

主要需要建立两类模型，一类是建立一系列库模型，一类是对产品本身结构的建模，而前者是后者的基础。在对产品建模的过程中贯彻标准化模块化思想，为产品的简化设计提供良好的土壤。

3.1 产品装配建模

CAD装配建模有自下而上和自顶向下两种方法。自下而上设计法即首先完成零件设计建模，然后在装配文件中逐一插入零部件，组合成装配体模型，零部件之间无关联；自顶向下法为在装配文件中直接建立零部件模型，零部件之间往往存在几何关联以及配合限制。

综合两种设计方法的优势，在方案设计阶段，采用自顶向下的设计思路，首先规划产品装配体的框架，划分模块类型，在此基础上，将产品主体零件在装配图中进行初步建模或者将通用模块装入装配体中，使产品具备基本的模型架构，然后进入自下而上的模式，对构成装配体的零件模型作细化处理以及建立相关的零件，将生产的零部件装入装配体中并进行配合限制，逐步装配形成产品最终的装配模型。

3.2 库文件建模

库文件泛指CAD软件可调用的所有子组件和模块，它是构建新研制产品的基础，也是面向装配的设计中标准化和模块化设计原则实施的基础。

库文件建立的原则是：

（1）库文件归属文件夹应层次分明，库文件名应简洁明确地表示出库集合的特征，以方便选用；

（2）库文件中固化的组件和模块，如紧固件、外购件等，尽量以零件形式建模，以便存储和调用；

（3）分析同一系列模块的主要安装尺寸，形成尺寸系列表，以方便建模和扩充；

（4）同一系列化零件的建模尽量采用一个模型、多个配置；

（5）模块应尽量包含安装基准、安装尺寸等装配信息，有助于选用和避免装配加工错误。

根据库文件存放的位置和模块的类型可分为两类库，一是存放于计算机本地的本地资源库；另一种需要通过网络管理可上传和下载的ODM电子仓库。

3.2.1 本地资源库

根据电子设备的特点，在CAD环境中主要建立紧固件库（螺钉、螺母等）、电子器件库（连接器、显示屏、键盘、滤波器等）、机械成品库（风机、减震器等）、材料库（屏蔽材料、密封材料、铝型材）以及通用件库（机柜、机箱、控制台、把手、导轨、走线架等）。建立各种库后，将其存放地址添加到SolidWorks系统选项中的设计库中，即可开始在CAD界面中直接调用设计库文件。库文件的设计、编辑、修改等较容易实现， 技术人员可以通过改变某些参数而不必改动元件设计的全过程来更新设计。

3.2.2 PDM电子仓库

SolidWorks Workgroup PDM作SolidWorks的插件，主要用于工作组的产品数据管理，可以将本地成熟产品的数据检入到电子仓库，同时也可以分享工作组内其他成员上传到电子仓库并共享的数据，以实现设计资源的充分利用，并且能确保设计版本和复杂的结构件挂接关系得到有效管理。

根据电子设备结构面向装配的设计需要，以便于选择和调用为建库原则，电子仓库可主要划分为公用资料库、设备资源库和工艺资源库等。将设计相关标准、规范、资料放入公用资料库中；将工艺相关规程、工具资料等放入工艺资源库；设备资源库可以根据电子设备使用的工作环境，如地面、车载、舰载、星载、机载等进行分类，也可以按照结构形式、密封性、抗冲击振动性和电磁兼容性等产品结构特点设置有利于搜索的关键词。

4 装配性能分析

4.1 直观检查

SolidWorks软件界面中提供了装配统计、对称性检查、质量特性以及间隙检查等命令，可以很方便、直观地对已建立的产品模型进行相关的统计和检查，根据检查结果对装配体作进一步简化、合并、调整等减少装配错误、提高装配效率的设计，直观检查一般包含以下几项：

（1）考虑把相邻、相似、对称的零件合并成一个零件；（2）设计多功能零件，减少零件数量；（3）合并减少紧固件的种类、数量；（4）调整装配体及主体零件重心，避免装配时失稳；（5）通过间隙检查，避免零件过约束；（6）进行防错设计，避免非对称零部件具有一个以上的装配位置。

4.2 干涉检查

对产品装配体的干涉检查主要包括静态干涉检查和运动干涉检查两种方式。

SolidWorks命令项中的干涉检查，能够直观、明确、定量地给出装配体静态情况下干涉的零件、部位和干涉几何尺寸，有利于对干涉的零部件定位、定向进行设计修正。

对实现机械运动的产品，采用虚拟仿真工具SolidWorks Motion插件，对虚拟装配体进行运动学和动力学状态的仿真，模拟产品的不同运动状态，检验产品的运动性能及设计计算结果的正确性，对运动部件进行运动干涉检查，查看限位运动的干涉情况以及装配情况和零部件模型的精确程度，有助于在设计中发现产品结构空间布置的干涉和运动机构的碰撞等问题。

更好地完成干涉检查的关键点是完善装配体模型，尽量详尽真实地建模，特别是应注重建立自制件以外的外购件、紧固件、附件等的真实几何模型，往往一些看似微不足道的省略处会在实际装配时出现干涉问题。

4.3 公差分析

SolidWorks有 DimXpert和TolAnalyst两项与公差相关的插件。DimXpert可以直接在3D图形中按照标准生成标注，还可以帮助用户查找图形是否缺少尺寸；TolAnalyst主要作用是解决公差设计的问题。

将公差分析的结果与装配体的简化设计原则相结合，简化装配关系、减少尺寸链数量、减小累积公差，才能够降低尺寸公差等级，实现宽松且合理的公差设计，提高装配质量和装配效率。

4.4 动态装配

SolidWorks的爆炸视图和animator插件可提供静态和动态装配拆分效果图，按需要对虚拟装配体进行拆分、分组，通过爆炸路径和键码对动画进行编辑，生成各虚拟装配体各部分的动画和图样文件。可以用于电子设备结构设计方案评审中，提供直观生动的产品效果；也可以直接应用于实际装配生产，特别是对于复杂的产品的装配具有指导作用。

5 结语

通过基于SolidWorks软件及其插件对电子设备结构面向装配的设计作了一些研究和尝试，体会到无论对软件强大功能的应用，还是对先进的产品设计模式的理解和运用，都需要更加深入地探索。新的设计方法和设计思路在不断涌现，CAD软件的功能也在与时俱进，设计师如何将两者更好地结合进而提升设计水平，是结构设计人员面临的一项艰巨任务。

参考文献

[1]钟元.面向制造和装配的产品设计指南[M].北京：机械工业出版社，2013.

篇7

在高科技发展的现代军事行业中，对电子信息设备的科学技术要求越来越高。电子设备日趋向高、精、尖发展，具有高性能的电子设备可以有助于军事环境中的侦查与反干扰，为军事提供了很大的抗干扰的能力。但是由于军事设备的系列化与小型化的发展，大规模的集成电路与大功率元件的使用对设备产生了很大的电磁干扰，再加上外界环境产生的电磁波的影响，因此对军事效率产生了巨大的干扰。当干扰程度超过电子设备元气件的干扰程度限度时，电子设备的性能就会急剧降低，因此就很容易被敌方发现，造成极为严重的后果。

2电磁屏蔽的原理

电磁屏蔽的原理就是利用导电或导磁材料制成的盒壳、屏板[1]，将电磁能禁锢在一定的空间与范围内，使电磁场的力量通过导电或导磁等屏蔽体得到能量的减少。对于一个屏蔽介质，屏蔽效能指的是电磁干扰源在屏蔽体放置前后的电磁场强度或功率之比。电磁波理论指出吸收损耗、反射损耗、及屏蔽体内多次反射引起的修正项之和即为屏蔽效能。电磁可以通过多种方式对电子设备进行干扰，但干扰的过程必须具备三个要素：干扰源、接收电磁干扰的元件以及其传播途径，只有这三个要素同时具备电磁才能实现对设备元件的干扰，任何一个要素不具备时都会影响干扰过程。因此，我们可以通过遏制其中一个因素来达到消减电磁影响的作用。对于电子设备的结构设计中，设计师往往都会采取相应的方式去减弱设甚至消除电磁对设备的干扰。大多数情况下，结构设计师会通过切断传播途径的具体方式进行电磁消除。

3操控车电磁屏蔽设计

操控车是雷达系统至关重要的一部分，由方舱、底盘、配电箱、发电机等设备组成，同时操控车也是雷达系统电子设备的载体。操控车的运行较为灵活，适合稳定的运输，它升降的特点为现代军事提供了很多便利之处。操控车对于电磁干扰的屏蔽性能的优劣很大程度影响并决定了整个雷达系统的电磁屏蔽。如何将雷达系统的操控方舱进行合理的结构设计，使其达到最好的电磁屏蔽效能呢？下面为大家做出详细的论述。该测试的雷达操控车属于一个长方体大板方舱，3500mm×2400mm×1900mm，整个方舱利用螺钉、铆钉进行焊接，与端梁、侧梁形成一个统一的整体。大板方舱由1mm厚的内蒙皮与外蒙皮构成，两者之间填充的是聚胺脂泡沫。在雷达系统的操控方舱结构设计的规格要求中，对于应急门、进出风口、各个拐角以及门缝等地方，对电磁波的屏蔽效能必须大于40dB。当电磁波频率在10000MH2时，通过计算其吸收损耗均大于10dB，修正项可以忽略。我们可以利用双层的金属板来强化电磁屏蔽的效果，比如将雷达操控大板方舱中央的单层金属板换成双层的，至少能保证其屏蔽效果在40dB以上。对于一些不可避免的接口处，电磁的影响不容小觑，我们可以采用其他的技术手段增强其屏蔽电磁波干扰的效果。

3.1孔口结构设计利用双层的经过氧化的导电铝板作为孔口门的设计，当孔口门闭合的时候，能实现内外门与内外壁面的贴合，形成一个紧密的整体，在很多大程度减弱、阻隔了电磁波的传播与干扰。对于孔口四周，可以采用装屏蔽条的方式阻碍电磁波，屏蔽条相当于一个密闭的衬垫，我们要综合分析屏蔽条的结构与成本，选择最佳的导电橡胶进行构建，要注意的是屏蔽衬垫是由单一的屏蔽层组成，有时候为了增加屏蔽衬垫的弹性与性能，我们会添加硅橡胶进行构建与设计。

3.2通风孔口设置通风板方舱壁面在结构设计中，不可避免的存在不同大小的小洞，这些洞都是为了通风散热，而且在雷达系统运作的时候，这些小洞必须处于打开的状态，因此比起方舱的其他结构与位置，这些地方对于电磁屏蔽效果的要求更高。为了达到更好的电磁屏蔽效果，我们通常采用设置六角形蜂窝状的通风板的方式，因为在电磁波处于100MHZ以上的时候，我们如果采用的是双层金属网，其电磁波的屏蔽效果会明显降低，金属网过于密集还会导致通风不利。蜂窝状通风孔板具有很多优良的性能：（1）相对于其他金属，对对电磁波的衰减作用更有效；（2）长期暴露氧化之后仍然可靠坚固，屏蔽效能不会发生太多改变。

3.3改进工艺装配与接地形式雷达操控方舱在设计过程中，还应该注意工艺措施的优化与改进。（1）使用经过熔焊、挤压的金属流动工艺进行操作；（2）提高蒙皮的平整度；（3）保证金属元件表面的干净与清洁；（3）防止产生电位差，使用同种金属进行连接。为了雷达系统的操控方舱达到最好的电磁屏蔽效能，我们应避免电磁感应产生的危害，采用对方舱单点接地的方式降低对电磁波的干扰程度，方舱内的设备与元件都可以通过接地过程聚集到外接线板上，再通过金属性进行大地。不仅避免了电位差对舱壁的危害，还有效增加了电磁屏蔽效能。

4结束语

篇8

关键词： 机载； 电子设备； 热设计； 热仿真

中图分类号： TN806?34 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2013）03?0151?03

0 引 言

随着微电子技术和集成电路的飞速发展，机载电子设备也呈现出高性能、小型化的发展趋势，与此同时，电子设备所处环境更为恶劣，面临的挑战更加严峻，使得其热流密度急剧增大，元器件温度不断升高，产品可靠性逐渐降低。电子设备的散热问题日益严重，工程师在设计阶段对电子设备的热布局越来越重视，因此，热设计成为电子设备结构设计的一个关键环节[1?4]。

热设计的方法主要有试验、类比和仿真。试验方法能够准确得到设备内部关键元器件的温度分布，但是必须设计、生产实验样机，改进热设计的代价较大；类比方法操作方便、简单易行，但是只有同类型或者相似类型的产品可以比较，新研发的产品没有类比的基础，不可能得出类比结果；热仿真采用数学手段，能够比较真实地模拟设备的热状况，在方案阶段就能发现产品的热缺陷，从而改进设计，减少设计、生产、再设计和再生产的费用，降低资源消耗，缩短开发周期，提高产品的一次性成功率，为产品设计的合理性及可靠性提供有力保障[5?7]。

本文采用热仿真方法，对某机载电子设备进行热设计[8?10]。针对设备结构特点，提出多种不同的设计方案并对其进行了对比分析，确定最优的结构设计方案，指导某机载电子设备热设计。

1 热设计依据

根据电气功能设计要求，某机载电子设备由1个电源模块和4个功能模块组成，各模块安装顺序如图1所示，其中，模块4为电源模块，其余模块为功能模块。设备总功耗约30 W，电源模块功耗约10 W，模块3功耗约10 W，其余模块功耗共计10 W左右。设备所处外部环境温度为70 ℃，采用自然对流冷却散热方式，模块内部关键元器件允许的最高工作温度为105 ℃。

2 热设计过程

2.1 整机热设计

对某机载电子设备整机进行热仿真，仿真结果如图2所示。由图2可以看出，设备内部温度最高点为模块3上某处器件比较集中的区域，最高温度达到111 ℃左右，超过了元器件允许的最高工作温度，其他模块温度分布相对比较均匀，平均温度不超过100 ℃，基本接近元器件允许的最高工作温度。

考虑到整机热量集中于设备中部模块3上热流密度较大的区域，因此，调整设备整体结构布局，提出如下几种热设计方案：

方案一：将模块3与模块1调整位置，并旋转模块3的方向使得器件面朝上，保证模块3及其上布置的元器件靠近侧板以利于散热；

方案二：将模块3上发热量较大的元器件直接布在中导轨上以利于散热；

方案三：将模块3上发热量较大的元器件直接布在侧板上以利于散热；

方案四：将模块3上发热量较大的元器件紧贴横梁以利于散热；

方案五：将模块3上发热量较大的元器件紧贴横梁及侧板以利于散热。

对上述几种不同的热设计方案进行仿真对比，得到整机温度场分布如图3～图7所示。

2.2 模块热设计

整机热仿真结果表明，设备内部温度最高点集中在模块3上，因此，着重对模块3进行热设计。模块3上主要发热元器件布局如图8所示，图中虚线框内的6个元器件功耗合计5 W以上且集中布局，局部热流密度较大，因此，温度相对较高。模块热设计过程中，在兼顾电性能的前提下，将这6个功率集中的元器件布局略微调整，如图9所示，调整前后的模块热仿真结果分别如图10，图11所示。

3 热设计分析

对上述五种不同方案的结构布局及散热效果对比分析如下：

方案一通过改变模块3的位置及器件面朝向，使得大功耗元器件靠近侧板但没有与侧板金属壳体接触，散热效果较之原始布局略有增强但并不明显；

方案二和方案三将模块3上发热量较大的元器件直接布置在导轨或侧板上而不是布置在印制板上，通过导轨或侧板将大功耗元器件的热量完全散失，由于导轨或侧板是纯金属壳体，导热系数大，因此，此种布局方式换热效果较好，大功耗元器件集中区域最高温度仅为99.3 ℃，但是这种布局方式将元器件完全固定在电子设备的侧板或导轨等结构部件上，可维修性较差；

方案四将模块3上发热量较大的元器件紧贴横梁，通过横梁和盖板的接触将热量散失，与方案二和方案三相比，接触热阻多，传热路径长，散热效果差，但是，在使用过程中出现故障时可以仅将模块3拆卸维修，现场可更换性强；

方案五将模块3上发热量较大的元器件一面紧贴侧板，另一面紧贴横梁，大功耗元器件产生的热量通过侧板以及横梁和盖板同时散失，元器件集中区域最高温度仅为98.8 ℃，完全可以满足整个设备的使用要求，同时兼顾了设备的维修性。

通过上述对比分析，选择方案五作为某机载电子设备结构设计方案，并在此基础上，对模块3上元器件布局进一步调整，调整以后的模块3局部热流密度有所降低，元器件温度降低了约4 ℃左右，由于考虑电性能的要求，模块3上功耗集中区域的元器件不能过于分散布局，因此，调整布局以后的元器件温度并没有降低太多，但是，完全能够满足元器件使用温度要求。

4 结 语

通过对比多种不同的热设计方案，综合考虑散热效果及可维修性，选择了最优的热设计方案并据此开展了结构设计工作，某机载电子设备的热设计已随电气设计和结构设计一起通过了各项验证试验，现已成功交付用户，使用情况良好。同时，本文提出的热设计方案也为同类型机载电子设备热设计尤其是采用类比方法进行热设计时提供了较大的参考价值。

参考文献

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[4] 赵春林.电子设备的热设计[J].电子机械工程，2002，18（5）：40?42.

[5] 陈恩.电子设备热设计研究[J].制冷，2009，28（3）：53?58.

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[8] 白秀茹，刘全胜.工程设计中的热设计仿真[J].综合电子信息技术，2007，33（4）：40?42.

篇9

关键词：机载电子模块；热设计；热仿真

中图分类号：TP391.7文献标志码：A文章编号：1002－2333（2016）01－0119－03

作者简介：董伟（1986—），男，工程师，主要从事机载电子设备结构设计

0引言

随着各类飞机各项性能的提升，对机载电子设备的指标也越来越高，例如机载电子设备的体积越来越小，重量越来越轻，功耗却越来越高，机载电子设备的环境越来越恶劣，其内部的元器件能够正常可靠地工作，是机载电子设备在设计之初着重考虑的内容。随着设计仿真技术的不断创新，在热设计方面，技术也日趋成熟，通过合理地运用热分析工具，对产品设计进行多轮迭代改进完善，充分论证产品的各项性能，使得产品的设计符合需求，以期达到后续生产制造和使用方面风险最小，减少资源浪费，降低成本，提高产品的可靠性，延长使用寿命［1］。本文采用热仿真分析，从散热效果方面对某机载电子模块的两种设计方案进行评估，根据两种方案的几种工况，进行对比分析，确定最优的结构设计方案。

1热仿真分析背景

1.1方案介绍

根据电气功能设计要求，某机载电子模块安装于某机箱内，机箱采用自然散热，模块拟采用子卡实现其一部分功能，但是由于空间有限，该子卡可以采用一个单独元器件进行替代，所以该模块有两种方案：方案一是采用基板和子卡结构，即基板和子卡分别安装在散热板两侧。其中基板功耗为20W，主要由4个5W的元器件组成。而子卡功耗为5W，其中子卡上有3个主要元器件，分别是1.5W、1.5W和2W；方案二是采用基板结构，子卡的功能集中到一个单元器件上，基本功耗为25W，主要由5个5W的元器件组成。两种方案中，元器件都是通过散热板进行散热，散热板再与机箱通过传导散热，将热量导出。各元器件的最高允许工作温度为105℃。

1.2两种方案的对比说明

方案一的基板模块大小为174mm×170mm，子卡大小为74mm×74mm。子卡采用独立印制板形式，与基板分别安装于散热板两面。其中子卡上的元器件通过导热垫与散热板紧贴安装，基板的元器件从另外一面通过导热垫与散热板紧贴安装，这样所有元器件的热量将首先传导至散热板，散热板再将热量传导至机箱，机箱作为热沉，为模块提供冷却路径。此种方案有以下优缺点：子卡元器件通过散热板、子卡印制板传导热量，子卡有独立的印制板辅助散热；基板元器件通过散热板、基板印制板传导热量；散热途径相对独立，互相影响小；可以根据基板的功耗布局，调整子卡的位置。如图2所示。方案二是采用独立元器件形式，基板上的元器件通过导热垫与散热板紧贴安装，另一面则设计有散热翅，加速热量传导至机箱。方案二将方案一中装子卡的位置设计为散热翅，可以增大导热路径。此种方案有以下优缺点：所有元器件通过基板印制板和散热板传导；散热板传导面积大；热量较为集中，各元器件导热会受到周围元器件影响；单个元器件热流密度大［3］。

1.3两种方案的四种工况

在上述两种方案中，子卡的安装方式和散热板的厚度将影响到元器件散热，为了更详细地论证这两种方案的优劣，分别设计有以下4种工况［4］，具体细节如下：

1）工况一：a.采用方案一；b.基板与子卡分别安装于散热板两面；c.子卡位于中部；d.散热板壁厚7mm；e.子卡镶嵌于散热板中。仿真模型如图5所示。

2）工况二：a.采用方案二；b.基板安装于散热板一侧；c.替代子卡的元器件位于中部；d.散热板壁厚7mm。3）工况三：a.采用方案一；b.基板与子卡分别安装于散热板两面；c.散热板壁厚2mm；d.子卡安装在散热板之上。4）工况四：a.采用方案二；b.基板安装于散热板一侧；c.散热板壁厚2mm。仿真模型如图8所示。

2仿真计算

针对以上4种工况，分别进行热仿真分析，设置环境温度为70℃，设置机箱温度为90℃，机箱为模块提供热沉，计算各模块的最高温度，各工况具体仿真结果如图4所示［5］。经计算，工况一中元器件最高温度为99.7℃，工况二中元器件最高温度为101℃，工况三中元器件最高温度为104℃，工况四中元器件最高温度为106℃。3仿真结果分析通过以上仿真计算可以看出：工况一中因为子卡上的元器件与基板上的元器件分别位于散热板两侧，避免了热量过于集中；子卡上的元器件还可以通过子卡的边缘传导部分热量，为元器件热量提供了更多的导热路径；厚度为7mm的散热板为模块的导热提供了更好的途径，进而加速了模块的导热。所以综合以上结果，最终确定方案一的工况一为最优方案。4结语通过对两种设计方案的若干工况进行热仿真分析对比，综合考虑散热效果、安装方式和可靠性，并以此为依据选择了最优方案，并开展后续的设计工作，该模块采用此种方案已完成了相应的机械结构设计和电气设计，并进行了环境试验，其中温度试验可以满足要求，产品顺利交付用户，使用情况良好，为项目的顺利开展提供了保障。另外，本文中提出的几种工况，对同类型的机载电子模块具有较大的参考价值，可以进一步指导设计人员开展热设计工作。

［参考文献］

［1］曲行柱.Flotherm软件在电子元器件系统热设计中的应用［J］.电子元件与材料，2014，33（10）：101-102.

［2］张娅妮，胡清.某机载电子设备热设计［J］.现代电子技术，2013，36（3）：151-153

［3］邱成悌，赵惇殳，蒋全兴．电子设备结构设计原理［M］．南京：东南大学出版社，2005：56－58

［4］张雪粉，陈旭.功率电子散热技术［J］.电子与封装，2007，21（7）：35－39.

篇10

依据设备内部热耗的情况，具体如表1所示，通过估算，自然散热不能满足该设备的散热需求，需考虑采用强迫风冷的方式冷却，设备自带风扇提供风源。从表1同时可以看出，该电子设备的主要散热集中在2个功放芯片上（中放芯片和末放芯片），根据该设备的散热特点，最终选择了局部强迫风冷和自然散热相结合的热设计方式。由于设备尺寸限制和模块热耗特点，该电子设备选择了一款体积小风力足的EBM风机。该设备的热设计主要集中在功放芯片散热上，通过去掉安装架及不必要的结构简化模型如图2所示。采用热仿真软件flotherm计算［2］，计算模型如图2所示，计算结果如图3~图6。由仿真分析可知，使用常规风冷散热，难以解决设备内部2个功放芯片散热问题，由于扩散热阻的存在，散热器基板温差最大可达100℃。如果使用均温板（即毛细散热腔VC板），则可降低基板温差，提高散热利用效率。按保守的均温板导热系数（1000W（/m•K））［3］，保守的最大热流密度（100W/cm2）进行仿真计算，其安装面温度可控制在110~120℃左右，该设备的器件结温/壳温要求及计算结果对比如表2所示，考虑到所设定均温板的数值偏保守，通过表2可以看出，采用强迫风冷加均温板的方案解决设备散热问题是可行的。

2设备振动强度及减重设计

由于设备装机位置处环境条件要求严格，根据以往工程经验看，设备振动条件相对其它设备非常恶劣，再加上设备本身要求有很高的可靠性和耐久性，该设备倾向于选择加装隔振系统。首先简化设备模型、约束处理、网格划分和设置材料参数，在不装隔振系统情况下，对设备进行模态分析。得出1阶模态：470.8Hz、2阶模态：702.Hz、3阶模态：875.6Hz、4阶模态：1043Hz。通过模态分析可以看出，设备的1阶和2阶模态频率和结构件容易产生共振，对设备结构件和内部器件的结构强度和刚度容易造成损坏［4］，这样就更加论证了需要加隔振系统的方案。根据设备的振动条件定制了所需的隔振器，隔振器主要参数是：固有频率为70Hz；最大共振放大率小于3；单只公称载荷为1.5kg；隔振器单只重量为130g。同时为满足设备的装机要求，还设计了设备安装架，安装架通过4个底部隔振器安装机平台，而整机则通过安装架后面的导销，前面的锁紧装置固定在安装架上，以实现快速拆卸，其整体结构形式如图7所示。

根据设计的隔振系统再次对安装了隔振器的设备进行了模态分析，结果如表3和图8所示。从表3和4图8可以看出，安装减振器后，设备的前3阶模态以减振器3个方向的平动振动为主，第4阶模态以减振器的水平扭振为主，其它低阶模态主要集中在安装架上。扭振的发生与设备重心位置及减振器的安装位置密切相关，如果减小减振器的安装平面位置与系统重心的相对尺寸，就可以避免扭振的发生。从仿真分析来看，该振动设计能够满足设备振动需求。当然除了满足振动设计以外，设备还需要满足装机重量要求。目前综合考虑刚度-密度比、加工性和成本等多方面因素，设备结构材料主要采用5A06铝。从整体看，该设备为LRU设备，设备采用安装架固定方式，结构设计必须受到接插件、冷板和减振器装配及安装诸多特殊要求的限制，结构优化设计余量很小，该设备在满足上述设计要求的前提下，尽量削减所有非重要承力部件（其中外部结构强度和电磁屏蔽要求，预留2.5mm左右薄板。设备内部有3处需要考虑电磁屏蔽要求，隔板厚度暂设定为3mm）。在此基础上完成结构设计后，对设备进行了随机振动响应分析，通过对设备内部标准差位移和标准差加速度的对比分析，经过几次耦合设计，最终设计出一个既满足振动设计又尽可能轻的电子设备。

3结语

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【关键词】机载电子设备；机箱温度场；仿真技术

前言

随着科学技术的不断进步，电子设备的发展也在不断加快，其特点主要表现在：微电子元件的集成程度和封装密度不断提高，电路板热流密度提高；电子设备的外形和尺寸不断缩小，热量集中，散热性能较差；电子设备应用范围不断扩大，其使用环境更加复杂，对于军事和航空航天领域而言，工作环境温差变化极大。这些发展趋势直接表明，温度问题已经成为影响电子设备可靠性和安全性的重大问题。设计人员在对电子设备进行设计时，必须充分考虑温度对于电子设备的影响，确保电子设备的正常安全使用。

1 电子设备热仿真分析

电子设备的热仿真分析是运用仿真技术对电子设备系统运行和工作时的热状况进行相对真实地模拟和分析，从而确定产品的温度分布情况，制定科学合理的散热方法，从而消除电子设备中的热量集中点，减轻温度对于电子设备可靠性的影响，使得系统中的各个元件得以正常工作。在设计阶段对电子设备进行热仿真分析，可以有效减少电子设备的设计、生产费用，提高产品的质量和使用寿命，改善电子设备的性能，缩短研制周期。

对我国目前电子设备的发展现状而言，在热分析和热仿真方面的起步相对较晚，发展速度缓慢，主要依靠借鉴外国的先进经验，没有形成系统而全面的项目，其准确性没有保证。经过不断地努力和发展创新，现在，我国对于电子设备的热分析技术得到了进一步的发展，对于数据信息的处理和计算速度大大提高，计算的精准度也更加贴近实际，新的技术和分析方法不断得到应用，使得分析过程更加便捷。同时，在产品设计的初期阶段就关注电子设备的热效应问题，展开热分析，可以较早地发现产品中热问题，并及时进行改正，从而大大缩短研制周期，节约研制经费。

2 机载电子设备机箱的热仿真分析

2.1 电源热仿真分析

对于记载电子设备来说，电源模块的功耗一般都会较大，造成耗散热量比较集中，对于电源模块的散热十分不利。随着电源模块热功耗的不断提升，普通的自然散热和强迫风冷已经无法满足设备的散热要求。液体冷却技术以其优良的冷却性能得到了机载电子设备的青睐，在电子行业迅速得到普及。液体冷却系统运用水或者乙二醇作为冷却剂，水的比热容较大，冷却效果相对较好，但是一旦产生泄露，会严重威胁电子设备的安全，需要谨慎考虑，选择适当的冷却剂。这里选择液冷电源模块进行分析。

液冷电源模块的机构主要包括：框架、带流道的下盖板、上盖板、定位销、液冷接头，联结螺钉等。其结构相对简单，零件数量较少，便于分析和简化。依据仿真技术，建立相应而对模型进行分析，为了较少计算量和数据量，对模型进行适当简化，主要分析模型中的冷却剂在流道内流动带走的热量和空气与电源模块的自然对流换热。空气与电源的自然对流换热是指与空气接触的电源表面受热膨胀，并在重力的作用下，与周围空气产生对流，使得热量得以散发，这需要两者之间存在较大的温差。自然对流的导热洗漱一半是5W/m*K左右。流道的设计布局和冷却剂流速对冷却剂的冷却效果非常重要，需要进行仔细的设计和计算。液冷的导热系数一半是1005W/m*K左右。

经过分析我们可以得出结论：液冷电源模块工作时产生的热量主要通过冷却剂进行散发，通过自然对流散发的热量极小，在进行分析时可以忽略。因此，在对机载电子设备进行设计时，对于散热系统的设计只需要考虑冷却系统的冷却效果即可。

2.2 机箱热仿真分析

机载电子设备对于环境适应性的要求很高，需要满足高温、湿热、盐雾、霉菌等的防护要求，而且邀请具有抗电磁干扰的能力，出于集成的需要，一般会对机载机箱采取密封式结构，加强对于电子设备内部元件的保护。但是密封式结构的散热是一个重要问题。这里选择冷却效果较好的液冷机箱进行分析和探讨。

机载机箱的密封性导致其散热比较复杂，其内部的导热锁紧机构比较复杂，主要依靠机箱箱体与环境的自然对流以及冷板内冷却剂的流动来散热，其热量的散发方式主要依靠传导和对流，辐射传热可以忽略不计。对于液冷机箱而言，由于机箱自身的密闭性，机箱与空气的自然对流散热也可以忽略，因此，其系统运行产生的热量主要依靠冷板中的冷却剂来传导。一般情况下，机载机箱采用的是插入式结构，主要有左右冷板、前后面板及上下盖板组成，其插入式模块包括印制电路板和模块两种形式，通过楔形锁紧条固定在箱壁的导轨上。

3 总结与展望

由于机载电子设备逐渐向着小型化和集成化的方向发展，其使用环境也越来越苛刻，为了保证电子设备的持续运行，确保其正常工作，散热能力成为影响机载电子设备可靠性和安全性的重要因素，需要电子设备设计人员充分重视，在设计阶段对其进行热仿真分析，建立相应的模型进行实验，为设计提供相应的数据参考。但是，由于模型的建立十分困难和繁琐，对于设计人员自身的技能和经验要求较高，电子设备的热仿真自动分析模块得以开发和发展。CAD/CAE自动分析模块的应用，使得热仿真分析技术的普及具备了可能性。

对于其未来的发展，仍需要解决几个问题：

首先，CAD模型在导入生成的热仿真模型时，需要重新划分网格，由于仿真软件对于模型的模型的辨识程度不高，网格的质量较差，较为复杂的模型需要进行手工调整，自动化程度较低，也加大了工作人员的工作压力。因此，需要进一步对该技术进行改进和完善，从简化模型结构和加强网格设置两个方面提高网格的质量。

其次，对数据的处理和总结归纳功能不够完善，需要根据工程的实际情况进行改进和创新。

4 结语

总而言之，机载电子设备的不断发展，使得其在越来越多的领域得到了广泛地应用，其安全性和可靠性的影响也越来越大。为了确保机载电子设备的正常使用，减少和避免故障的发生，要加强对机载电子设备机箱的温度场及仿真技术的分析，提高其自身的散热能力，减少温度过高造成的设备故障。

参考文献：

[1]方伟奇，王克军，张明.某机载电子设备结构设计[J].电子机械工程，2010（3）.

[2]杨群.小型化机载电子设备的设计和应用[J].电子机械工程，2009（5）.

篇12

【关键词】电子屏蔽设备；基本原理；屏蔽结构；设计分析；安装方法

电子技术在近几年发展迅速，应用范围不断扩大，越来越多的人使用电子设备工作或生活，由于电子设备的增加，导致空间中设备散布密度变大，磁场变强，相互之间的干扰越来越严重，为了使电子设备在使用中更加精准与稳定，电子设备的屏蔽显得越来越重要。我们需要消除其他设备电磁干扰，将之控制在一定范围之内，通过电路改进设备消除电子设备干扰需要付出高额的经济代价与时间代价，付出与回报不成比例。而屏蔽设计的采用能够付出较少的代价从而回收较大的效果，在实践中被较多使用。电子屏蔽设备不同于传统电子设备，在设计中有许多问题需要思考，在设计之初就应该对屏蔽问题进行构思，满足其电磁兼容的特殊要求。本文对电子屏蔽设备的设计原理与设计结构进行分析，最后对安装方法进行总结。

1 电子屏蔽类型与原理

根据电子屏蔽原理可以进行如下三种分类：

1.1 静电屏蔽

静电屏蔽的主要作用在于对静电场影响的规避，应用原理主要是将两个电路之间的耦合干扰作用消除，防止电子设备互相干扰。静电感应在强电场中产生阻抗的高输入来说是主要的干扰因素。

1.2 磁场屏蔽

磁场屏蔽在电子设备的屏蔽中主要应用于避免寄生电感的耦合，通过高导磁率材料的选取和磁场分布的选择，运用磁力线将寄生电感约束在磁屏蔽体中，通过磁场屏蔽的方法抑制磁场的扩散，形成电子设备的屏蔽干扰。

1.3 电磁屏蔽

在电子设备产生的干扰中，往往不仅有电场的因素也有磁场的因素，因此在屏蔽中不仅需要对电场进行屏蔽也应屏蔽磁场。电磁屏蔽的屏蔽体常常是导电率高的金属材料，电磁屏蔽的原理是磁场的相互抵消，通过屏蔽金属内消除干扰产生的电流感应与原有的电磁感应相互抵消，通过这种模式将电子设备之间的干扰进行屏蔽，获得预期效果。

2 几种常用的屏蔽结构

2.1 屏蔽线

同轴电缆线；其二为低频屏蔽线，又被称之为金属隔离状皮线。这两种屏蔽线所用材料不同，在用途上也有所不同。高屏蔽线主要用在特定要求的波阻抗与严格显著传输衰减的场合，而低频屏蔽线主要运用于低频信号流通的电路线路中，主要作用为负荷电流，不需要对特定匹配阻抗问题进行解决。

对屏蔽线的正确使用能够产生更加显著的抑制干扰作用，在操作实践中使用屏蔽线应注意以下问题：

（1）屏蔽线的电容分布大的情况下，使用高频率电流回路连接屏蔽线，会导致回路中总电容量增大，降低回路中的谐振抗阻能力。

（2）假设屏蔽线的长度比最小波长的25%长，那么导线上则会产生驻波，出现辐射天线。因此在使用中，屏蔽线长度应比信号25%波长小，高频情况下应比波长的5%小，除此之外，使用过长的屏蔽线会产生阻抗匹配的相关问题。

（3）使用高频信号线进行屏蔽，可以将屏蔽线与其余导线进行合并捆扎，应注意的是，高平信号线不应该与低电平信号线相互合并，避免前者对后者的干扰，因此高平信号线一般应单独进行走线。

（4）同轴电缆在接地时不能随意连接隔离皮，以免不恰当连接导致的高频低电流，产生电流会导致电子设备部件之间的耦合，产生噪声源。实践中避免干扰的方法是将隔离皮与部件屏蔽体进行连接。需要特别注意连接点的位置选择。

2.2 屏蔽盒

屏蔽盒是一种特殊的盒式屏蔽体，一般拥有一个或多个腔体。屏蔽盒分为多种形式，分别为：单层或双层屏蔽盒形式、多层屏蔽盒形式以及单腔屏蔽盒形式与多腔屏蔽盒形式。关于多腔屏蔽盒形式的屏蔽体，需要做到每个腔体均产生较好的屏蔽效果。

2.3 屏蔽室

针对效果而言，采用金属板作为屏蔽室的屏蔽体效果最好，然而从通风角度与采光方面进行分析，综合采用金属网材料做屏蔽体较为合适，金属网孔洞越小，屏蔽效果越好，一般实践中采用1.3～1.5mm孔洞的金属网最为合适。单层屏蔽的效果不如双层屏蔽产生的效果，双层屏蔽中可以使用绝缘衬垫，将两层金属网之间的间距控制在10cm左右最为合适。

3 屏蔽体的设计

根据电子设备的屏蔽要求，设计屏蔽体的材料选择与厚度大小，从而确定其结构与形式。可以利用屏蔽效能公式分析屏蔽效果，测量是否达到屏蔽要求。由于客观条件的限制，屏蔽体的效能要差于理论结果，因此在设计中应对这部分效果进行验证后进行补充。

3.1 屏蔽体的材料选择原则

对于屏蔽材料的选择，应在测量屏蔽效果后选择铜、铝或铁等材料，对于有特殊要求的屏蔽体应选择效果更好的坡莫合金进行设计制作。对于低频电子干扰设备的屏蔽，在选择上应倾向于反射损耗较大的金属，对于高频电子干扰设备的屏蔽，应倾向于吸收损耗大的金属材料，在选择上可以考虑金属材料的重量与机械强度等因素。在屏蔽体材料的选择上应尽量选择电化次序排列相近的金属进行制作，防止出现电化学腐蚀现象与有害噪电压现象，影响屏蔽设备的使用时间与降低屏蔽效果。

3.2 屏蔽体结构设计原则

（1）设计屏蔽体应尽可能减少孔洞设计，以免降低屏蔽效能，在开口时应尽量避免开口为矩形。

（2）在屏蔽体结构设计中应使屏蔽体内部缝隙与内部线圈之间的轴线相互垂直。

（3）屏蔽体设计中应控制缝隙之间的直线尺寸，将大小控制在10%的最小波长内，将孔洞直径控制在20%的工作波长内，否则会出现天线效应，影响屏蔽体的屏蔽效能。减少屏蔽体缝隙的方法有以下几种：通过减少屏蔽室单元结构的划分来减少缝隙，减少屏蔽盒子与盖板大小，缩短屏蔽体缝隙；增加屏蔽体盖板上的螺丝钉数量，减少固定艰间距，缩短缝隙大小，同时也可以采用增加接触板压力的方式缩短缝隙大小；选用梳形接触片的弹簧结构，代替螺丝钉固定盖板，减少屏蔽体缝隙大小；放置导电垫圈装置；使用多层复合式盖板，严合盖板缝隙；改善盖板结构，使用弹性盖板结构，改变接触机制。

4 屏蔽体的安装方法

对于屏蔽设备的安装，重点在于安装屏蔽盒体以及屏蔽隔板，安装正确直接影响电子设备的屏蔽效能，安装中应本着最小缝隙的原则，即在安装屏蔽体时应尽量做到减小缝隙、减小接触电阻。连接屏蔽隔板与屏蔽盒体时使用熔焊技术或钎焊技术比螺丝钉、铆钉连接会取得更加优越的效果，因为螺丝钉电气连接为不连续连接，且由于氧化与或腐蚀等原因会造成电阻加大，接触不良。加工屏蔽体最好的方法是铣削，通过这种方式可以将屏蔽能效达到最高，在400～500MHz时，屏蔽体效果可以高达100dB以上，铣削的缺点是加工成本较高，加工不便。

5 总结

电子屏蔽设备在电子应用领域研究十分广泛，屏蔽技术是运用电磁兼容技术的重要技术，主要解决电子设备的电磁干扰现象，在屏蔽设备应用中，电子设备能够长期稳定、精准工作运转，结合电子屏蔽技术能够解决电磁兼容问题，使应用电子技术变得更加简单可靠。

【参考文献】

[1]顾金良，王松岩，李安源.电子设备的屏蔽效能分析及设计方法[J].情报指挥控制系统与仿真技术，2004，04：76-80.

[2]杨明冬.电子设备的电磁屏蔽设计[J].电子工业专用设备，2010，05：46-49.

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        抗恶劣环境设计与试验技术

        (1)液冷电子设备的冷板流阻匹配研究 尹本浩 蒋威威 何冰 余宏坤

        (5)大型反射面天线变形补偿技术研究进展 王从思 李江江 朱敏波 王伟 李辉 康明魁 普涛 宋正梅

        (11)测控系统防雷设计 张一帆

        (14)基于cfd的锂电池温度场仿真 欧阳唐文 张兴娟 杨春信

        (18)某机载雷达发射机的随机振动分析 矫志宁

        (21)舰船通信系统电磁干扰探讨 曹军旗

        (24)异形结构电子设备热分析研究 黄居锋 赵颖颖

        (27)某型无人机雷达整机热设计 虞庆庆 洪长满

        产品设计

        (31)机动性雷达液压系统可靠性分析 赵新舟 丁玉海 陈世荣

        (34)某雷达天线轻量化缝隙波导模拟件设计 汪奕 孙为民

        (37)复杂电子信息系统可靠性分析 白芳 赵亚维 周远远

        (41)350t高温多层真空压机的研制 王士鹏 张凯军

        (44)某新型散射计抱闸装置结构设计 刘斌 牟长军 张玉石 张浙东

        (49)频谱分析仪射频电路设计 曹联国 钟景华

        工艺技术

        (52)硬同轴线馈线系统可靠性研究 宋为民 彭天杰 李雁 李明荣 栾兆菊

        (55)一种细长矩形截面传输线成型工艺 路波 霍建东

        (59)防多波段侦察伪装涂料的涂装设计 曹瑛瑛 郑红云

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【关键词】温度 电子设备 干扰影响 抑制方法

为了保证电子设备的使用功能和使用寿命，要尽量消除温度对电子设备的干扰影响，结合温度干扰因素，制定完善的温度抑制解决方案，防止温度过高造成电子设备的损坏，进而为电子设备的安全高效运行提供重要保障。在这样的环境背景下，探究温度对电子设备的干扰影响及抑制方法具有非常重要的现实意义。

1 温度对电子设备的干扰影响

1.1 发生设备故障

在电子设备实际运行中，产生热量会带动环境温度的变化，形成温度波动，改变电子设备内部电子元器件参数，造成热扰动。这种热扰动现象和温度成正比，温度越高，热扰动就会越剧烈。在这样的环境下，电子设备中的电子元期间发生故障的几率会大大增强，甚至会造成电子元器件的永久性失效，破坏电子元器件的运行稳定性，进而缩短电子设备的使用寿命，对电子产品综合使用性能形成极大的抑制。从另一角度上看，当电流流经阻值导体后，会产生一定热量，尽管热量很小，但这种热量会逐渐累积，进而造成温度过高而发生电子设备故障。

1.2 产生热噪声

除了引发电子元器件的故障和失效之外，过高的温度会促使电子器件产生热噪声，从电阻元件上看，电阻器在实际运行中产生热量而提高环境温度，而过高的环境温度会形成噪声电压，噪声电压是电阻器运行中的必然产物，属于固有噪声源。这种热噪声是连续性不规则宽频谱噪声，会随着温度的升高而加剧。除了电阻元件之外，半导体二极管和三极管也会产生热噪声，并随着温度的升高改变元件运行参数，这种参数变化具有极大的危害性，破坏电路实际运行，不利于工作效率的提升。

2 抑制电子设备温度升高的有效方式

2.1 热传导

在电气设备各个电器元件不发生相对位移的过程中，借助分子、原子和自由电子等微观离子热运动性而形成热量传递，称为热传导。一般而言，强化传导散热的的主要措施为：

（1）选择导热系数较大的原材料进行传导零件制造；

（2）增加和导热零件的实际接触面积；

（3）减少热传导路径，提高导热效率。

值得注意的是，在热传导路径中杜绝绝热元件或是隔热元件的设置，防止影响导热效果。特别是在线导热过程中，单位时间内面积固定面积热量和该点温度日度、垂直导向方向截面积存在成比例关系，即为傅立叶导热定律，其向量表达为ф=-λA・аt/аx，其中，ф为热流量；λ为导热系数；A为垂直于热流方向截面积；аt/аx表示在X方向上温度变化率。

2.2 对流散热

对流散热主要是流动气体或是液体和固体壁面接触中，由于二者存在温度差而引起的热能传递，在实际应用中包括自然对流与强迫对流两种形式。自然对流是指流体的冷热两部分存在密度差而形成的热量对流传递，其热量对流的剧烈程度主要由流体温差、类型和所处空间位置决定。若流动气体或是液体由于泵、风机等外力因素影响，在流体内部形成压力差，则为热量强迫对流，其对流激烈程度主要由流体内部压力差、流体类型和流道结构环境等因素决定。针对电子设备而言，这种流体一般为空气，强化对流散热措施为：

（1）加大空气冷热温差；

（2）加大空气和固体壁面的实际接触面积；

（3）加大环境介质的流动速度，其对流换热公式为ф=hcA（tw-tf），其中hc为对流换热系数；A为对流换热面积；tw为热表面温度；tf为冷却流体温度。

2.3 辐射散热

辐射换热和对流换热、热传导等散热方式存在本质上的区别，主要将热量以光速透过真空，实现热量的转移和传递。依据热辖射研究理论，将波长为0.1μ-100μ线视为热射线，其传播过程极为热辐射。强化辐射散热具体措施为：一是在发热体表面设置散热涂层；二是提高热射线和周围间的温度差；三是增加辐射体表面积，其中物体热辐射能力计算公式为：ф=?Aσ0T4（tw-tf），其中，?为物体表面黑度；A为辐射表面积；σ0为斯蒂芬-玻尔兹曼常，取值为5.67x10-8/m2・K4；T为物体表面热力学温度。

3 电子设备热结构设计

3.1 电子箱热结构设计

电子箱热结构设计主要将自然对流散热方式和热传导有效的结合在一起，将元件板与电子箱均热化，为了提高设备检测要求和检修标准，设计人员要将电子设备中的元件板更换为可替换插入式印版，结合设计结构规划插拔模块，让插入式印版可以对准插座，进而接电运行。各个插拔模块以楔形块为主要锁紧元件，降低插入式印版结构热阻，通过插拔模块和印版间接触压力、面积进行热量传导，形成导热通道，进而实现对电子设备温度干扰的抑制。

3.2 元器件热安装

由于印板组装密度高，为了提高导热效率，除了使用散热型印板外，还要在电子设备元器件进行热安装，将元器件设置在导热条中，减少元器件到印板之间的热阻。在大功率热器件安装中，安装人员要在元器件表面涂抹导热脂，降低界面热阻，进而提高元器件导热效率。由于电子设备工作频率和工作范围的不稳定，使得元器件引线与印板热系数存在差距。在这种温度循环下，工作人员要尽量消除热应力，将轴向引线柱形元件热应力控制在2.54mm以下，如图1所示，提高预留应变量，采取各种有效的导热途径减少热阻，方便各个器件的热耗通过最小的热阻传递到冷却通道，提高电子设备散热效果。

3.3 元器件布局结构

在进行电子设备元器件热结构布局中，一般同一印板中的元器件要依据热量大小和耐热程度进行排列，电解、电容等耐热性较差的元器件要设置在冷却气流上游位置，即为进风口处；而电阻、变压器等耐热效果较好的元器件则要设置在冷却气流最下游，即为出风口处。针对集成混合电路安装环境而言，设计人员要将大规模集成电路设置在冷却气流上游处，而小规模集成电路则设置在冷却气流下游处，平衡印板元器件温度，防止局部温度过高的情况发生。一般在水平方向上，大功率器件要贴近印板边缘位置，减少传热路径，提高散热效率；在垂直方向上，大功率器件要贴近印板上方位置，防止器件运行中各个器件温度干扰，遵循均热化原理，进而提高元器件布局的合理性，有效抑制温度对电子设备的影响。

4 结束语

本文通过研究温度对电子设备的干扰影响及抑制方法，提出热传导、对流散热、辐射散热等温度抑制方法，设计电子设备热结构，采取各种有效的途径减少热阻，方便各个器件的热耗通过最小的热阻传递到冷却通道，提高电子设备散热效果，为电子设备稳定运行提供重要的保障。

参考文献

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[2]李力，郭仲歧，张登舟.温度对电子设备可靠性的影响及热控制的经济效益[J].航空计算技术，2016（02）：23-26.

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