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)計中機械振動控制設(shè)計、電磁兼容設(shè)計、散熱設(shè)計。通過合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計，可大幅度提高電子設(shè)備的工作可靠性。

關(guān)鍵詞 機械振動控制設(shè)計；電磁兼容設(shè)計；散熱設(shè)計

隨著科技的發(fā)展，電子設(shè)備越來越多，功能日益增加，使用環(huán)境愈加廣泛，對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)計時，除了滿足電子元器件的安裝需求外，還要考慮振動沖擊、電磁干擾、熱量等對其的影響，進(jìn)行合理的設(shè)計。

1 機械振動控制設(shè)計

電子設(shè)備在運輸或使用時，會受到環(huán)境的振動與沖擊，會對電子設(shè)備造成巨大的影響。因此在電子設(shè)備設(shè)計過程中需要進(jìn)行機械振動控制設(shè)計。目前常用的方法主要有結(jié)構(gòu)動力學(xué)修改與優(yōu)化設(shè)計、附加振動控制結(jié)構(gòu)器和振動自適應(yīng)結(jié)構(gòu)。

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

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

1.2 附加振動控制結(jié)構(gòu)器

附加振動控制結(jié)構(gòu)器法是在原系統(tǒng)上附加各種振動控制器或結(jié)構(gòu)，在目前的振動控制中應(yīng)用最為廣泛，常用的主要有隔振消振法、動力吸振法、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)備整機上加外置減振器。常用的減振器如圖1所示。

1.3 振動自適應(yīng)結(jié)構(gòu)

振動自適應(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、作動器與系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)高度融合為一體。振動自適應(yīng)結(jié)構(gòu)本身對振動條件的變化具有自適應(yīng)功能，可以自動改變系統(tǒng)的動力學(xué)特性，抑制振動帶來不良影響。

2 電磁兼容設(shè)計

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)計中充分考慮電磁兼容的問題，才能夠提高電子設(shè)備運行效率。在電子設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計中，需要通過采用特定的技術(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)備的運行過程中，電路會產(chǎn)生一些較強的干擾信號，會對整個電路產(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題的最有效方法，在進(jìn)行電子設(shè)備設(shè)計時需對屏蔽體材料進(jìn)行合理的選擇。同時需要考慮縫隙的影響，對螺釘進(jìn)行合理的布置，運用導(dǎo)電柔性介質(zhì)使接觸面增大。在對孔洞進(jìn)行設(shè)計時，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)，即為電源和信號提供回路和基準(zhǔn)電位。接地技術(shù)的設(shè)計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)計時需要考慮抑制接地干擾措施、接地點選擇等多種因素。在電子設(shè)備中具體的接地方式主要分為多點接地、單點接地、懸浮地三種。

3 散熱設(shè)計

隨著電子技術(shù)的迅猛發(fā)展，人類對電子設(shè)備小型化、微型化和高集成化的追求越來越強烈，導(dǎo)致電子機箱的熱密度成量級增長。電子設(shè)備在過熱環(huán)境下工作，其工作效率及可靠性將會受到影響。在進(jìn)行電子設(shè)備設(shè)計時，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)計過程中，發(fā)熱量大的元器件貼壁處理，機箱箱體外側(cè)通過不同形式的散熱槽來增加散熱面積，提高散熱效率。在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中，可根據(jù)元器件功率、機箱尺寸要求、重量要求等設(shè)計不同形式的散熱槽。

3.2 強迫風(fēng)冷

在熱流密度較大、溫升要求較高的設(shè)備中，使用強迫通風(fēng)冷卻。通過設(shè)置合理的風(fēng)道，選用合適的通風(fēng)機來實現(xiàn)強迫風(fēng)冷。強迫通風(fēng)冷卻系統(tǒng)的體積和質(zhì)量較大，但對于要求不十分嚴(yán)格的地面設(shè)備是一種非常合適的散熱方式。

3.3 強制液冷

當(dāng)自然冷卻或強迫風(fēng)冷不能滿足大功率電子設(shè)備散熱要求時，通過強迫液冷可提高散熱效率。在機箱箱壁內(nèi)部設(shè)置合理的流體通道，外接冷卻系統(tǒng)，通過散熱介質(zhì)的循環(huán)，將元器件的熱量帶走，實現(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。它的工作過程為熱管兩端產(chǎn)生溫差時，蒸發(fā)端的液體會迅速氣化，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

電子設(shè)備的結(jié)構(gòu)設(shè)計關(guān)乎產(chǎn)品質(zhì)量和使用壽命，在進(jìn)行電子設(shè)備設(shè)計時，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)行合理的機械振動控制設(shè)計、電磁兼容設(shè)計、散熱設(shè)計，提高電子設(shè)備的工作可靠性。

參考文獻(xiàn)

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

[2] 穆士樂.電子設(shè)備的電磁兼容性設(shè)計[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)計中的電磁兼容研究[J].無線互聯(lián)科技，2017，（16）：102-103.

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

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