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浅析外壳EMC屏蔽技术

浅析外壳 EMC 屏蔽技术 1. 屏蔽的商业必要性 首先提出一个重要概念:一个项目在计划阶段就要考虑屏蔽问题,这样花费在屏蔽措施上 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。屏蔽 措施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, (言下之意屏蔽是最后一招)。 对于 PCB 应注意以下两点: 使导线及元器件尽量靠近一块大的金属板(这个金属板不是指屏蔽体) 使电气部件及线路尽量靠近地层(减少层间信号的电磁干扰、地层可以吸收部分干扰 ) 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,本文重点介绍这方面 3. 大的间距、矩形屏蔽会更好 电路之间、屏蔽之间更大的间距能够减少相互干扰; 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,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点, 所以不必太操心。 4. 趋肤效应 趋肤深度:工程上定义从表面到电流密度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。 式中: μ -导线材料的磁导率; 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,是希望趋肤深度深的,那表示导线的利用率高;但是对于屏蔽,是希望 趋肤深度浅的,这样就能以较薄的金属屏蔽更多的电磁频段;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,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 1μ m 的镀锌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,要达到 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。 我们常用到的电磁波频段 我们在常规应用中制造出的干扰及谐波频段 孔隙、平率与屏蔽效能的大致关系 要达到 40dB 的 SE,通常需要用导体垫圈、弹簧夹指来进行密封,注意内部元件与屏蔽罩 的间距、数据总线与开孔和缝隙之间的距离。 还要注意,当屏蔽体中有电流,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: 金属网格(类似蜂窝铝板) (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,因 为导电层厚度不可能太厚(微米级),实际效果不怎么样,对于二类电器(class II),还可能 增加静电放电(ESD)的可能性。 二类电器:这类电器采用双重绝缘或加强绝缘,没有接地要求。 12. 非金属屏蔽 如碳纤维或导电聚合物(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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