淺析電子設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

趙鵬 尹彥梅 喬晉紅 周凱 段斐

摘 要 隨著電子技術(shù)的發(fā)展，對(duì)電子設(shè)備的要求逐漸提高。本文介紹了電子設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中機(jī)械振動(dòng)控制設(shè)計(jì)、電磁兼容設(shè)計(jì)、散熱設(shè)計(jì)。通過(guò)合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，可大幅度提高電子設(shè)備的工作可靠性。

關(guān)鍵詞 機(jī)械振動(dòng)控制設(shè)計(jì)；電磁兼容設(shè)計(jì)；散熱設(shè)計(jì)

隨著科技的發(fā)展，電子設(shè)備越來(lái)越多，功能日益增加，使用環(huán)境愈加廣泛，對(duì)其可靠性要求逐漸提高。在進(jìn)行電子設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，除了滿足電子元器件的安裝需求外，還要考慮振動(dòng)沖擊、電磁干擾、熱量等對(duì)其的影響，進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)。

1 機(jī)械振動(dòng)控制設(shè)計(jì)

電子設(shè)備在運(yùn)輸或使用時(shí)，會(huì)受到環(huán)境的振動(dòng)與沖擊，會(huì)對(duì)電子設(shè)備造成巨大的影響。因此在電子設(shè)備設(shè)計(jì)過(guò)程中需要進(jìn)行機(jī)械振動(dòng)控制設(shè)計(jì)。目前常用的方法主要有結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)修改與優(yōu)化設(shè)計(jì)、附加振動(dòng)控制結(jié)構(gòu)器和振動(dòng)自適應(yīng)結(jié)構(gòu)。

1.1 結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)修改與優(yōu)化設(shè)計(jì)

結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)修改與優(yōu)化設(shè)計(jì)是通過(guò)修改系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)特性、優(yōu)化設(shè)計(jì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，改善振動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)特性，以達(dá)到振動(dòng)控制性能指標(biāo)。結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)修改與優(yōu)化設(shè)計(jì)法包括兩個(gè)方面的內(nèi)容：結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)修改與靈敏度分析、結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)優(yōu)化設(shè)計(jì)[1]。

1.2 附加振動(dòng)控制結(jié)構(gòu)器

附加振動(dòng)控制結(jié)構(gòu)器法是在原系統(tǒng)上附加各種振動(dòng)控制器或結(jié)構(gòu)，在目前的振動(dòng)控制中應(yīng)用最為廣泛，常用的主要有隔振消振法、動(dòng)力吸振法、阻尼結(jié)構(gòu)減振法等。隔振消振法是目前應(yīng)用最廣泛的方法，如在設(shè)備整機(jī)上加外置減振器。常用的減振器如圖1所示。

1.3 振動(dòng)自適應(yīng)結(jié)構(gòu)

振動(dòng)自適應(yīng)結(jié)構(gòu)是一種較多應(yīng)用智能材料與元件的智能結(jié)構(gòu)，將分布式的傳感器、作動(dòng)器與系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)高度融合為一體。振動(dòng)自適應(yīng)結(jié)構(gòu)本身對(duì)振動(dòng)條件的變化具有自適應(yīng)功能，可以自動(dòng)改變系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)特性，抑制振動(dòng)帶來(lái)不良影響。

2 電磁兼容設(shè)計(jì)

隨著電子技術(shù)的發(fā)展，電子設(shè)備的種類與日俱增，電磁環(huán)境日益復(fù)雜，電子設(shè)備想要在電磁環(huán)境中正常運(yùn)行就一定要避免受到電磁的干擾。在電子設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中充分考慮電磁兼容的問(wèn)題，才能夠提高電子設(shè)備運(yùn)行效率。在電子設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，需要通過(guò)采用特定的技術(shù)手段保證電子設(shè)備的電磁兼容性，最常見(jiàn)的方法有濾波、屏蔽、接地三種[2-4]。

2.1 電磁濾波

電子設(shè)備的運(yùn)行過(guò)程中，電路會(huì)產(chǎn)生一些較強(qiáng)的干擾信號(hào)，會(huì)對(duì)整個(gè)電路產(chǎn)生巨大的干擾作用。采用濾波技術(shù)可使電子設(shè)備傳導(dǎo)干擾電平降低，借助阻抗失配原理，使電磁干擾的信號(hào)衰減。設(shè)置濾波電路可以保證電路安全穩(wěn)定，減少電路干擾，提高電子設(shè)備安全穩(wěn)定[3]。

2.2 電磁屏蔽

電磁屏蔽是目前解決電磁兼容問(wèn)題的最有效方法，在進(jìn)行電子設(shè)備設(shè)計(jì)時(shí)需對(duì)屏蔽體材料進(jìn)行合理的選擇。同時(shí)需要考慮縫隙的影響，對(duì)螺釘進(jìn)行合理的布置，運(yùn)用導(dǎo)電柔性介質(zhì)使接觸面增大。在對(duì)孔洞進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，孔洞的尺寸應(yīng)該小于λ/20，大于λ/50[4]。

2.3 接地技術(shù)

接地技術(shù)，即為電源和信號(hào)提供回路和基準(zhǔn)電位。接地技術(shù)的設(shè)計(jì)可以有效防止電磁干擾并且抑制電磁的噪聲，在進(jìn)行接地技術(shù)的設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮抑制接地干擾措施、接地點(diǎn)選擇等多種因素。在電子設(shè)備中具體的接地方式主要分為多點(diǎn)接地、單點(diǎn)接地、懸浮地三種。

3 散熱設(shè)計(jì)

隨著電子技術(shù)的迅猛發(fā)展，人類對(duì)電子設(shè)備小型化、微型化和高集成化的追求越來(lái)越強(qiáng)烈，導(dǎo)致電子機(jī)箱的熱密度成量級(jí)增長(zhǎng)。電子設(shè)備在過(guò)熱環(huán)境下工作，其工作效率及可靠性將會(huì)受到影響。在進(jìn)行電子設(shè)備設(shè)計(jì)時(shí)，需根據(jù)其使用環(huán)境、產(chǎn)品功耗、尺寸參數(shù)等選擇合適的散熱方式，以達(dá)到散熱良好的目的，提高電子設(shè)備的工作可靠性[5]。

3.1 散熱槽

在電子設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中，發(fā)熱量大的元器件貼壁處理，機(jī)箱箱體外側(cè)通過(guò)不同形式的散熱槽來(lái)增加散熱面積，提高散熱效率。在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中，可根據(jù)元器件功率、機(jī)箱尺寸要求、重量要求等設(shè)計(jì)不同形式的散熱槽。

3.2 強(qiáng)迫風(fēng)冷

在熱流密度較大、溫升要求較高的設(shè)備中，使用強(qiáng)迫通風(fēng)冷卻。通過(guò)設(shè)置合理的風(fēng)道，選用合適的通風(fēng)機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)強(qiáng)迫風(fēng)冷。強(qiáng)迫通風(fēng)冷卻系統(tǒng)的體積和質(zhì)量較大，但對(duì)于要求不十分嚴(yán)格的地面設(shè)備是一種非常合適的散熱方式。

3.3 強(qiáng)制液冷

當(dāng)自然冷卻或強(qiáng)迫風(fēng)冷不能滿足大功率電子設(shè)備散熱要求時(shí)，通過(guò)強(qiáng)迫液冷可提高散熱效率。在機(jī)箱箱壁內(nèi)部設(shè)置合理的流體通道，外接冷卻系統(tǒng)，通過(guò)散熱介質(zhì)的循環(huán)，將元器件的熱量帶走，實(shí)現(xiàn)散熱。

3.4 熱管散熱

熱管技術(shù)是利用液體工質(zhì)的相變傳熱，具有極高的傳熱效率，散熱效果好，噪音低，使用壽命長(zhǎng)。它的工作過(guò)程為熱管兩端產(chǎn)生溫差時(shí)，蒸發(fā)端的液體會(huì)迅速氣化，將熱量帶向冷凝端，兩端溫差越大，蒸發(fā)速度越大。液體在冷凝端凝結(jié)液化以后，通過(guò)毛細(xì)作用，流回蒸發(fā)端，如此循環(huán)往復(fù)，不斷地將熱量帶向溫度低的一端。

4 結(jié)束語(yǔ)

電子設(shè)備的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)關(guān)乎產(chǎn)品質(zhì)量和使用壽命，在進(jìn)行電子設(shè)備設(shè)計(jì)時(shí)，需在滿足其功能前提下，綜合考慮其使用環(huán)境、產(chǎn)品性能、尺寸參數(shù)等要求，進(jìn)行合理的機(jī)械振動(dòng)控制設(shè)計(jì)、電磁兼容設(shè)計(jì)、散熱設(shè)計(jì)，提高電子設(shè)備的工作可靠性。

參考文獻(xiàn)

[1] 何敏.某機(jī)載電子設(shè)備振動(dòng)分析與振動(dòng)控制研究[D].北京：電子科技大學(xué)，2007.

[2] 穆士樂(lè).電子設(shè)備的電磁兼容性設(shè)計(jì)[J].電子技術(shù)與軟件工程，2017，（3）：124.

[3] 鄧少文.電子設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的電磁兼容研究[J].無(wú)線互聯(lián)科技，2017，（16）：102-103.

[4] 劉興俊.電子設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的電磁兼容[J].中國(guó)新技術(shù)新產(chǎn)品，2015，（6）：2-3.

[5] 包炸舒.室內(nèi)電子機(jī)箱熱設(shè)計(jì)技術(shù)研究[D].杭州：浙江大學(xué)，2012.