电子设备结构设计 [电子设备结构设计关键技术分析]
时间：2019-05-16 03:17:18 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
摘要：随着电子技术的发展，电子设备的结构设计也在不断地发展和完善。本文首先叙述了设备总体结构设计的重要意义，给出设计的主要要点，对结构、散热、电磁兼容、总体布局等方面进行探讨，这些方面的改进也是提高电子产品的质量和增强产品竞争力的重要手段。
关键词：结构设计 电子设备 振动 电磁兼容
Abstract: With the development of electronic technology, electronic equipment structure design is in constant development and improvement. This paper firstly describes the overall structure design of the equipment significance, given the design of the main points, to the structure, heat dissipation, electromagnetic compatibility, this paper discussed the general layout, the improvement is also improve the quality of the product and enhance electronic product competitiveness of the important means.
Key Words: Structure design, Electronic equipment, vibration, Electromagnetic compatibility
中图分类号： TU318 文献标识码：A文章编号：
引言
对于一个电子设备的结构设计，要考虑的因素很多，该概念不仅是指设计设备的外形和安装元器件，更重要的是需要综合考虑各种因素的影响，包括设备的性能和参数。热设计、电磁兼容设计、防腐蚀设计等都是非常重要的内容。尤其是对于小型的电子设备，由于其体积小、重量轻，内各种模块分布共同占有的空间非常小，此时，产生的热量和电磁干扰对其性能和参数的影响非常大，因此要更加合理的设计，要综合考虑各种因素，尽可能将对设备性能和参数的影响因素降低到最低的程度[1]。
1结构总体设计
结构总体的设计要从两个主要方面来入手：系统设计和综合设计，在设计中，要善于移植其它行业已经发展成熟的设计成果，采用新技术、新材料、新工艺，特别要贯穿机电一体化的思想。例如，对于雷达测量精度的提高，如果采用传统的设计方法，仅仅从提高天线系统刚度的方面来实现，必然引起重量加大，同时也带来机动性等问题，但是，如采用强度设计这样一种新的设计方法，不仅能够保证精度，而且又能保证重量在允许的范围内。结构总体设计包括机动性、可维修性及操作性等内容。运输性能的好坏是机动性问题的重要表现，对于机动式装备，要能够很好的实现多种手段的运输，同时在实战中，要求快速转移、展开、架设和折收；这些要求都是在实际中需要严格遵守的设计要求，首要的设计思想是使之实现小型化和轻便化。陆用设备普遍采用了方仓来解决运输性问题，虽然方仓具有很多优点，并且已经被人们普遍接受，但是，设计时机动性问题也是不容忽视的[2]。
可维修性在整体设计中也是值得注意的问题，由于装备对可靠性有比较严格的定量要求，在产品的结构总体设计中可维修性成为重点。周所周知，一个装备必须具备很好的可维修性，因为我们无法保证一个设备是百分之百可靠的，对其进行维修也是无法避免的。在设备遇到故障的时候，就会涉及到维修的问题，这个时候要求能够比较方便的接近故障点，也就是接近维修的地方。这样才能够在最短的时间内将设备修好，使其快速投入应用。但是，也不能一味的求快。有时，快速连接使用不当，反而引起设备不可靠，这就有点得不偿失了。
2热设计
电子设备的热设计是不可避免的话题，过热是造成设备不稳定甚至发生故障的主要原因。近年来，随着电子技术的飞速发展，集成化器件的功能也日趋复杂，其复杂主要表现在：在输出功率不断加大的情况下，电子设备要求体积越来越小，器件的封装密度不断提高，以适应电子设备的军用，因此，热设计对于对电子产品可靠性来说是至关重要的。减少元器件、部件以及设备的内部和外部热阻是热设计研究的基本方向，将在运行过程中产生的热量迅速地传至最终的散热器。减小元器件内部热阻的方法主要有改进封装结构以及采用合适的封装材料，电子设备结构设计师的主要任务是：在满足环境条件和可靠性要求的前提下，尽量选择简单、有效、经济的冷却方法。为了确保设备可靠工作，要求在规定的使用期内，冷却系统的故障率比被冷却元器件的故障率低[3]。
热设计技术在我国已经有相应的部标、国标、国军标等标准文件，这些都为热设计提供了技术依据。如今的电子设备电路的组装形式基本上实现了印制电路化，因此印制电路的冷却成为了关键技术。设计中，把箱体两侧壁设计成带散热风道的冷板形式，同时在箱体后部安装有轴流风机，这样就可以给箱内的印制电路板提供一个传热途径，可以顺利的为两侧的风道提供强迫风。现阶段，关于热设计过程的计算与试验问题还不算完善，在传热过程中各种参数相互耦合，计算与试验相当复杂。因此，还是在严格的环境中经受实际考验来验证设计。
3电磁兼容的设计
电磁兼容是指设备或系统在其电磁环境中能正常工作且不对该环境中其他事物构成不能承受的电磁骚扰的能力，具体包括能在电磁环境中正常工作，具有一定的抵抗电磁干扰的能力和对所处环境中的其他设备的电磁干扰有一定的限值，不致于影响其他设备的正常工作两个方面的内容。如果电子设备不受任何保护，电磁的干扰就会导致逻辑错误或信息丢失，甚至造成电子设备的失控、死机或整个系统的混乱。产生电磁干扰有三个途径：干扰源、传输介质和接收单元。
如今，我国的EMC技术还刚刚起步。造成这种局面的原因主要有以下几点。
（1）EMC技术的发展相对较晚，又是一门边缘学科，介于电机之间，多种学科交叉，一些技术人员对有关EMC方面的知识掌握不够。
（2）测试设备价格昂贵，测试设备不能得到很好的普及。当然，现在我国已从国外引进了EMC监测和实验手段以及一些先进的设备仪器，加上有关EMC标准的制订与颁布，我国EM设计技术的发展正在稳步发展。
在电磁兼容的设计方面，有几点需要注意。
1）对机壳的屏蔽，要想实现较好的电磁屏蔽效果，需要选用良导体材料，并且尽量少开孔。但壳体上往往会有各种接插件、按键、显示器、通风孔和电缆孔等孔缝，而不是一个完整的封闭体，这样就会会降低屏蔽的效果，造成电磁泄漏。一般情况下，可通过以下几种方法来提高其屏蔽效能：散热处采用金属丝网；采用阶梯状接口，以此增加缝隙深度，提高结合面加工的精度；在接插件与壳体的接触面上增加导电橡胶衬垫；同时，用金属箔密封带对缝隙进行密封，增加壳体的密封性。
2）采用电源滤波器。周多周知，电源滤波器能够很好地降低由于传导耦合带来的系统电磁兼容性能的降低。将滤波器安装在设备的机壳上；在靠近设备的电源输入端，连线应尽量短；尽量使用双绞线和屏蔽线；被测设备中若出现其他单独的电源，需要在合适的地方加装各自的滤波器。
4冲击和振动的隔离设计
由于支承结构的刚性小以及固有频率低，传至敏感组件上的冲击能量会变小。防止结构共振是冲击振动隔离设计中的首要任务，其次才是在冲击与共振的隔离之间进行折衷考虑，在这一过程中，也要考虑到设备的造价、体积以及重量等问题。所以冲击振动隔离的设计夜不是一门单一的技术。在军用装备中，由于使用环境的不同，具有各自不同的特点。比如：在舰船上，强迫振动频率比较低，一般能做到使结构的固有频率高于强迫振动频率的上限。在飞机上，振动频率要高得多，这样高的强迫振动频率，只有利用阻尼技术来耗散共振时的能量，使其保持在许可的范围内。
使用隔振器是冲击与振动的隔离普遍采用的方法，伴随隔振器的发展是隔振技术的另一门类。目前，阻尼材料也取得了很大的发展。由于在隔振与降噪方面的独特功能，粘弹材料一直是工程界普遍采用的材料，但由于生产的成本太高，很难推广普及，因此主要是应用在航空与航天工程中，还有一种叫减震铬铁铝新材料在受到打击或振动时，几乎不发出声音，它能够将机械能几乎全部转化成了热能。当材料受震时，在第一个振动周期就使能量消耗。从目前的发展趋势来看，今后冲击、振动隔离技术的发展不仅取决于隔振器新形式的出现，更是取决于新的、廉价的隔振材料的出现。
5结束语
电子设备的结构设计，要考虑的因素很多，不仅仅要老考虑热设计、电磁兼容设计，同时，还需要考虑抗振动冲击性、机动性、可维修性、可操作性等等，当然，设备的体积、重量和造价等因素也是必须要考虑的因素。尤其是对于军用电子设备来说，系统中电子设备的技术含量越来越高，要求更高的可靠性，和适应各种恶劣环境的性能，这给结构设计和工艺人员提出了更高的要求。在结构设计的过程中，有时候不能够把每一方面做到尽善尽美，当各因素遇到矛盾时，要进行综合考虑，在各矛盾中选择最优的方案。
参考文献：
[1] 侯亮-产品模块化设计理论、技术与应用研究进展(5)-机械工程学报,2004,40(1):56-61.
[2] 邱成悌,赵惇殳.电子设备结构设计原理[M].南京:东南大学出版社, 2001
[3] 陈树辉.强非线性振动系统的定量分析方法[M].北京:科学出版社
[4] 电子科学研究院.电子设备三防技术手册[M].兵器工业出版社,2000,5.
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。
