Костиков В.Г., Парфенов Е.М., Шахнов В.А. Источники электропитания электронных средств. Схемотехника и конструирование (2-е изд., 2001) (1096748), страница 45
Текст из файла (страница 45)
(5.29) Основное назначение экрана — ослабление электрического Е или магнитного Н полей. В зависимости от назначения различают экраны с внутренними источниками помехи и экраны внешнего электромагнитного поля, во внутренней полости которых помещаются чувствительные к помехам модули.
На рис. 5.10 приведена классификация электромагнитных экранов по трем признакам: типу поля помехи, конструктивной форме, материалу и конструкции стенок экрана. Последовательность расчета электромагнитного экрана следующая. Табл и ца 5.4 Относительная магнитная проницаемость, и, Удельная проводимость в» 10-7 Материал 1 1 1 1 1100... 22000 12...
80 150 ва... вааа 3,54 1,25 5,8 5,2 1,0 1,38 а,бб 0,42 Алюминий Латунь Медь Серебро Железо Никель Сталь Пермаллой б = 0,521т/р„гг) (5. 31) рв -150 — 30/ при / < 4 МГц, 138 Урез — . 10, Л, (5.30) 265 264 а) б,) гг) Рис. 5.11. Формы электромагнитных экранов: а — прямоугольная; б— цилиндрическая; в — сферическая 1. Определяем тип поля помехи. Область пространства вокруг условного излучателя электромагнитной помехи делится на ближнюю (г < Л/2т) и дальнюю (и > Л/2т) эоны, где г — расстояние от излучателя до экрана; Л вЂ” длина волны помехи. Если излучатель представлять в виде электрического диполя, то в ближней зоне существенно преобладает электрическое поле, в случае представления излучателя рамкой с током в ближней зоне преоБладает магнитное поле.
В первом случае можно говорить об электростатическом, а во втором — о магнитостатическом полях. Например, высоковольтные компоненты и приборы могут быть представлены электрическим диполем, а катушки индуктивности, трансформаторы, печатные проводники — рамкой с током. В дальней зоне излучения мощности электрического и магнитного полей равны. В модулях ИЭП экранируются как источники, так и приемники помехи. Вследствие принципа взаимности эффективность экранирования в том и другом случаях одинакова. 2.
Выбираем конструктивную форму экрана в зависимости от экранируемого модуля или ИЭП в целом в виде параллелепипеда, цилиндра или сферы (рис. 5.11). Форма экрана влияет в первую очередь на характеристическое сопротивление среды вблизи него и, как следствие, на эффективность экранирования.
Кроме того, форма экрана влияет на его резонансные свойства, а именно на значение частоты, при которой происходит резкое увеличение магнитного или электрического поля внутри экрана. Чтобы иметь воэможность сравнивать экраны различных форм, вводится обобщенный параметр — эквивалентный радиус Яз. а -»- з з ° зз ~ »а= 418/~ 7зьь, з з Р = Гзлз)в'з, фз з,= .. Низшая резонансная частота экрана может быть определена по приближенной формуле Значение /рвз не должно входить в спектр частот помехи. Электрические параметры материалов, применяемых для экранирования 3.
Выбираем материал и конструкцию стенок экрана. Материал стенок экрана оказывает наибольшее влияние на эффективность экранирования. Величиной, характеризующей экранирующее действие материала экрана, является глубина проникновения б (на такой глубине напряженность электрического поля уменьшается в е раз): где / — частота поля помехи, МГц; 1г„— относительная магнитная проницаемость; а — удельная проводимость материала экрана. Для немагнитных материалов и„= 1, а для ферромагнитных 1зг зависит от частоты /.
Для стали эта зависимость может быть учтена следующим образом: где / — частота, МГц. Если экран работает в магнитном поле ближней эоны, эффективность магнитных материалов значительно выше немагнитных, так как д, » 1. В электромагнитном поле дальней зоны немагнитные материалы, обладающие болыней проводимостью по сравнению с магнитными, обеспечивают более высокую эффективность. В табл. 5.4 приведены электрические параметры наиболее применяемых дл р ля экранирования материалов.
Для электромагнитного экранирования используют ются тонкалистовые и фольгированные материалы толщиной 0 ется тем, что металлическ Я сеточные экРаны. Это обьясняе сетки легки, а сеточные экраны проще в воздуха, световектиэным потокам воз и эксплуатации, не препятствуют конвек остаточно высокую э эффективность проницаемы и позволяют получать доста в широком диапазоне радиочастот. Для сферического экрзна тогда (5.37) з" = г,[! »' = гз[1— (5.33) 6»е»,»»10~ ~ /(60 ), (5.34) тогда а' = 0,5аз[1— (5.35) а) 266 Недостатком сеточных экранов является невысокая мехзническая прочность.
Экранирующие свойства металлических сеток проявляются главным образом в результате отражения электромагнитной волны от их поверхности. Параметрами сетки, определяющими ее экранирующие свойства, являются: шаг сетки Я„радиус проволоки г„и удельная проводимость материала сетки. 4. Рассчитываем эффективность экранирования выбранного экрана и (при необходимости) требуемую толщину экрана. Ниже приводятся методики последовательности расчета экранов различного назначения.
Расчет магнитостатического экрана На рис. 5.12 приведена условная схема магнитостатического экранировзния за счет шунтирования магнитного поля экраном на частотах О... 1000 Гц. Для цилиндрического экрана (рис. 5.12,о) эффективность экранирования в случае д, > 1 определяется формулой 3» = 20!6[1 + 0 25(1 — г,/гз)(Л„-!-1/Л» — 2)] (5,32) Следовательно, для заданных 3», л, и гз определим толщину экрана: Для прямоугольного экрана (рис.
5.11,6) 3» = 20!6[1+ (1 — аг/аз)(Л„+ 1/Л, — 2)], Рнс. 5.12. Магнитостатический экран цилиндрической (а) и прямоугольной (6) форм 3» 20!6[1+ О 22 1 3 (Д, + 1/Л, — 2)], (5.36) ( 3»)3 В целом эффективность магнитостатических экранов шунтированием магнитного поля невелика. Так, экран, изготовленный из специального сплава «Армко», у которого л, = 3000, при радиусе 40 см и толщине 1 см обеспечивает эффективность 31,5 дб.
Расчет электростатического экрана Ориентировочно эффективность экранирования плоского листового электростатического экранз можно оценить по формуле Зз - 20!6[533/(аза, — ааз)], (5.38) где г, — радиус эквивалентного плоского экрана; г, „/3,/т; 5, — площадь поверхности экрана; а — расстояние между источником и приемником помехи; а3 — расстояние от экрана до приемника помехи.
Для электростатических экранов замкнутой формы эффективность экранирозания (5.39) Зв»» 20!6(60кг7о) Таким образом, минимальная толщина экрана где Зз — необходимая эффективность экранирования. Расчет электромагнитных экранов в дальней зоне излучения Электромагнитный режим экранирования охватывает частотный диапазон 103...10 Гц при условии, что расстояние экрана от источника помех больше (5... 6)Л, а поперечные размеры экрана меньше длины волны помехи. Эффективность экранирования сплошного электромагнитного экрана в дальней зоне излучения определяется по формуле 3, = 20!6]с)г(Ы)[+20!6[1+0 5(3,/3, +3,/3»)1)3(И)[, (5 40) где И вЂ” толщина стенки экрана; 3 — характеристическое сопротивлениеокружающего пространства (для плоской волны 3, = 120г Ом); 3, — характеристическое сопротивление металла, из которого сделзн экран: ..=„47„; 7;.."~',.= .
и-' г г . где й — коэффициент вихревых токов: в= л/и роте 3 Н После выбора материала экрана можно построить график зависимости 3,(в) для нижней частоты помехи. Значение И, при котором обеспечивается необходимое экранное затухание, является минимальной толщиной стенок экрана. а = а«в = .>(2х/с еаг ) (5.41) = з и = >2х/р Лог,. (5.42) авв = /'18 10 /(/г«,/2) з«>г = / 79. 10 /гэ/т/2 (5.43) а«"з —— — 225 10 //г,; а,'л — — > 155 ° 10 .
/г,, (5.44) >зве/а ~ Ъ' а«/а«в~ эффективность экранироеания Э«в = 20 15 )1 + 05а«в«г«>(. (5.45) низкочастотном эффективность (5.45) а из немагнитных материалов Э«л 2015 >11 + >«г~4/2). (5.47) 269 Расчет электромагнитных экранов в ближней зоне излучения Эффективность экранирования Э, цилиндрического электромагнитного экрана в ближней зоне излучения рассчитывзется по формуле (5.40), причем а, для экранирования электрической состзвляющей поля определяется зависимостью а для экранироазния магнитной составляющей Здесь г," — радиус цилиндрического экрана.
Для сферического экрана где г, '— радиус сферы. Для прямоугольного экрана-коробки где г,' — половина расстояния между стенками экрана, обращенными к источ н и ку поля помехи. Остальные величины, входящие в (5.40), рассчитываются так же, как и для экранирования в дальней зоне, В области низких частот (до 10' Гц) для случая экранировзния электрического поля в ближней зоне при выполнении условия При экранировании магнитного поля в ближней зоне в диапазоне экран из магнитных металлов и сплавов имеет экранирования Э н = 2015 ~1+я «>/(2г«)~, Расчет перфорированных и сеточных экранов Для перфорированных экранов эффективность экранирования Э«з>>г> = 2015 оба в>л> )/' — ~ — ~ (> — — ) е ", (5АВ) где е — расстояние между центрами отверстий; Ю вЂ” диаметр отверстий; и> — наибольший размер отверстия в экране.
Эта формула применима для диапазона длин волн, в котором выполняется условие Л > п«к. При Л = п>х эффективность экранирования становится незначительной. Для экранов, изготовленных из сеточных м этери алов, за толщину экрана принимают эквивалентную толщину сетки «>« = кг,/б«. г Формула для расчета эффективности таких экранов принимает вид Э«в>н> = 2015 «>,«га«в«л> )/' — ехр ~ > ~1 — — /, (5.49) где г„и 5, — радиус провода и шаг сетки, мм. Эффективность экранов, изготовленных из электрически тонких материалов, в том числе с металлизироаанными поверхностями, определяется из выражения Э,в>л> = 2015 1,25к Йоа,вгн» ()' — ~1 — — ) (5 50) Л) ~' где «> — толщина слоя металла.
Если рассчитанная эффективность зкранирования больше требуемой, то на этом расчет заканчивзют. В противном случае необходимо изменить конструкционные параметры: толщину, размер отверстий и т.п. 5.2.6. Обеспечение заданного теплового режима модулей ИЭП Модуль ИЭП второго или третьего уровня разукрупнения пред~~~ синих источников вляет собой сложную систему тел со множеством внутренн~~ ис ных полей внУтРи теплоты. Точное аналитическое описание температурна'х и и неточности исходных дуля невозможно иэ-эа громоздкости задачи и не , теплофизических свойств мамощности источников теплоты, теплоф теризлов Размеров границ.
Поэ у атом используют: оба охлаждения на р а) ориентировочный выбор способа о проектирования ИЭП; '1г 3ПП гпп 1ПП Рис. в.тэ. ОБласти целесообразного применения различных способов охлаждения б) приближенные методы анализа и расчета теплового режима модулей И ЭП. Выбор способа охлаждения ИЭП на ранней стадии проектирования можно выполнять с помощью графиков (рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
