淺析電子設備結構設計

趙鵬 尹彥梅 喬晉紅 周凱 段斐

摘 要 隨著電子技術的發展，對電子設備的要求逐漸提高。本文介紹了電子設備結構設計中機械振動控制設計、電磁兼容設計、散熱設計。通過合理的結構設計，可大幅度提高電子設備的工作可靠性。

關鍵詞 機械振動控制設計；電磁兼容設計；散熱設計

隨著科技的發展，電子設備越來越多，功能日益增加，使用環境愈加廣泛，對其可靠性要求逐漸提高。在進行電子設備結構設計時，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，進行合理的設計。

1 機械振動控制設計

電子設備在運輸或使用時，會受到環境的振動與沖擊，會對電子設備造成巨大的影響。因此在電子設備設計過程中需要進行機械振動控制設計。目前常用的方法主要有結構動力學修改與優化設計、附加振動控制結構器和振動自適應結構。

1.1 結構動力學修改與優化設計

結構動力學修改與優化設計是通過修改系統動力學特性、優化設計系統結構，改善振動系統的動力學特性，以達到振動控制性能指標。結構動力學修改與優化設計法包括兩個方面的內容：結構動力學修改與靈敏度分析、結構動力學優化設計[1]。

1.2 附加振動控制結構器

附加振動控制結構器法是在原系統上附加各種振動控制器或結構，在目前的振動控制中應用最為廣泛，常用的主要有隔振消振法、動力吸振法、阻尼結構減振法等。隔振消振法是目前應用最廣泛的方法，如在設備整機上加外置減振器。常用的減振器如圖1所示。

1.3 振動自適應結構

振動自適應結構是一種較多應用智能材料與元件的智能結構，將分布式的傳感器、作動器與系統的結構高度融合為一體。振動自適應結構本身對振動條件的變化具有自適應功能，可以自動改變系統的動力學特性，抑制振動帶來不良影響。

2 電磁兼容設計

隨著電子技術的發展，電子設備的種類與日俱增，電磁環境日益復雜，電子設備想要在電磁環境中正常運行就一定要避免受到電磁的干擾。在電子設備結構設計中充分考慮電磁兼容的問題，才能夠提高電子設備運行效率。在電子設備結構設計中，需要通過采用特定的技術手段保證電子設備的電磁兼容性，最常見的方法有濾波、屏蔽、接地三種[2-4]。

2.1 電磁濾波

電子設備的運行過程中，電路會產生一些較強的干擾信號，會對整個電路產生巨大的干擾作用。采用濾波技術可使電子設備傳導干擾電平降低，借助阻抗失配原理，使電磁干擾的信號衰減。設置濾波電路可以保證電路安全穩定，減少電路干擾，提高電子設備安全穩定[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，在進行電子設備設計時需對屏蔽體材料進行合理的選擇。同時需要考慮縫隙的影響，對螺釘進行合理的布置，運用導電柔性介質使接觸面增大。在對孔洞進行設計時，孔洞的尺寸應該小于λ/20，大于λ/50[4]。

2.3 接地技術

接地技術，即為電源和信號提供回路和基準電位。接地技術的設計可以有效防止電磁干擾并且抑制電磁的噪聲，在進行接地技術的設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 散熱設計

隨著電子技術的迅猛發展，人類對電子設備小型化、微型化和高集成化的追求越來越強烈，導致電子機箱的熱密度成量級增長。電子設備在過熱環境下工作，其工作效率及可靠性將會受到影響。在進行電子設備設計時，需根據其使用環境、產品功耗、尺寸參數等選擇合適的散熱方式，以達到散熱良好的目的，提高電子設備的工作可靠性[5]。

3.1 散熱槽

在電子設備結構設計過程中，發熱量大的元器件貼壁處理，機箱箱體外側通過不同形式的散熱槽來增加散熱面積，提高散熱效率。在進行結構設計過程中，可根據元器件功率、機箱尺寸要求、重量要求等設計不同形式的散熱槽。

3.2 強迫風冷

在熱流密度較大、溫升要求較高的設備中，使用強迫通風冷卻。通過設置合理的風道，選用合適的通風機來實現強迫風冷。強迫通風冷卻系統的體積和質量較大，但對于要求不十分嚴格的地面設備是一種非常合適的散熱方式。

3.3 強制液冷

當自然冷卻或強迫風冷不能滿足大功率電子設備散熱要求時，通過強迫液冷可提高散熱效率。在機箱箱壁內部設置合理的流體通道，外接冷卻系統，通過散熱介質的循環，將元器件的熱量帶走，實現散熱。

3.4 熱管散熱

熱管技術是利用液體工質的相變傳熱，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生溫差時，蒸發端的液體會迅速氣化，將熱量帶向冷凝端，兩端溫差越大，蒸發速度越大。液體在冷凝端凝結液化以后，通過毛細作用，流回蒸發端，如此循環往復，不斷地將熱量帶向溫度低的一端。

4 結束語

電子設備的結構設計關乎產品質量和使用壽命，在進行電子設備設計時，需在滿足其功能前提下，綜合考慮其使用環境、產品性能、尺寸參數等要求，進行合理的機械振動控制設計、電磁兼容設計、散熱設計，提高電子設備的工作可靠性。

參考文獻

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

[2] 穆士樂.電子設備的電磁兼容性設計[J].電子技術與軟件工程，2017，（3）：124.

[3] 鄧少文.電子設備結構設計中的電磁兼容研究[J].無線互聯科技，2017，（16）：102-103.

[4] 劉興俊.電子設備結構設計中的電磁兼容[J].中國新技術新產品，2015，（6）：2-3.

[5] 包炸舒.室內電子機箱熱設計技術研究[D].杭州：浙江大學，2012.