浅析电子设备结构设计

赵鹏 尹彦梅 乔晋红 周凯 段斐

摘 要 随着电子技术的发展，对电子设备的要求逐渐提高。本文介绍了电子设备结构设计中机械振动控制设计、电磁兼容设计、散热设计。通过合理的结构设计，可大幅度提高电子设备的工作可靠性。

关键词 机械振动控制设计；电磁兼容设计；散热设计

随着科技的发展，电子设备越来越多，功能日益增加，使用环境愈加广泛，对其可靠性要求逐渐提高。在进行电子设备结构设计时，除了满足电子元器件的安装需求外，还要考虑振动冲击、电磁干扰、热量等对其的影响，进行合理的设计。

1 机械振动控制设计

电子设备在运输或使用时，会受到环境的振动与冲击，会对电子设备造成巨大的影响。因此在电子设备设计过程中需要进行机械振动控制设计。目前常用的方法主要有结构动力学修改与优化设计、附加振动控制结构器和振动自适应结构。

1.1 结构动力学修改与优化设计

结构动力学修改与优化设计是通过修改系统动力学特性、优化设计系统结构，改善振动系统的动力学特性，以达到振动控制性能指标。结构动力学修改与优化设计法包括两个方面的内容：结构动力学修改与灵敏度分析、结构动力学优化设计[1]。

1.2 附加振动控制结构器

附加振动控制结构器法是在原系统上附加各种振动控制器或结构，在目前的振动控制中应用最为广泛，常用的主要有隔振消振法、动力吸振法、阻尼结构减振法等。隔振消振法是目前应用最广泛的方法，如在设备整机上加外置减振器。常用的减振器如图1所示。

1.3 振动自适应结构

振动自适应结构是一种较多应用智能材料与元件的智能结构，将分布式的传感器、作动器与系统的结构高度融合为一体。振动自适应结构本身对振动条件的变化具有自适应功能，可以自动改变系统的动力学特性，抑制振动带来不良影响。

2 电磁兼容设计

随着电子技术的发展，电子设备的种类与日俱增，电磁环境日益复杂，电子设备想要在电磁环境中正常运行就一定要避免受到电磁的干扰。在电子设备结构设计中充分考虑电磁兼容的问题，才能够提高电子设备运行效率。在电子设备结构设计中，需要通过采用特定的技术手段保证电子设备的电磁兼容性，最常见的方法有滤波、屏蔽、接地三种[2-4]。

2.1 电磁滤波

电子设备的运行过程中，电路会产生一些较强的干扰信号，会对整个电路产生巨大的干扰作用。采用滤波技术可使电子设备传导干扰电平降低，借助阻抗失配原理，使电磁干扰的信号衰减。设置滤波电路可以保证电路安全稳定，减少电路干扰，提高电子设备安全稳定[3]。

2.2 电磁屏蔽

电磁屏蔽是目前解决电磁兼容问题的最有效方法，在进行电子设备设计时需对屏蔽体材料进行合理的选择。同时需要考虑缝隙的影响，对螺钉进行合理的布置，运用导电柔性介质使接触面增大。在对孔洞进行设计时，孔洞的尺寸应该小于λ/20，大于λ/50[4]。

2.3 接地技术

接地技术，即为电源和信号提供回路和基准电位。接地技术的设计可以有效防止电磁干扰并且抑制电磁的噪声，在进行接地技术的设计时需要考虑抑制接地干扰措施、接地点选择等多种因素。在电子设备中具体的接地方式主要分为多点接地、单点接地、悬浮地三种。

3 散热设计

随着电子技术的迅猛发展，人类对电子设备小型化、微型化和高集成化的追求越来越强烈，导致电子机箱的热密度成量级增长。电子设备在过热环境下工作，其工作效率及可靠性将会受到影响。在进行电子设备设计时，需根据其使用环境、产品功耗、尺寸参数等选择合适的散热方式，以达到散热良好的目的，提高电子设备的工作可靠性[5]。

3.1 散热槽

在电子设备结构设计过程中，发热量大的元器件贴壁处理，机箱箱体外侧通过不同形式的散热槽来增加散热面积，提高散热效率。在进行结构设计过程中，可根据元器件功率、机箱尺寸要求、重量要求等设计不同形式的散热槽。

3.2 强迫风冷

在热流密度较大、温升要求较高的设备中，使用强迫通风冷却。通过设置合理的风道，选用合适的通风机来实现强迫风冷。强迫通风冷却系统的体积和质量较大，但对于要求不十分严格的地面设备是一种非常合适的散热方式。

3.3 强制液冷

当自然冷却或强迫风冷不能满足大功率电子设备散热要求时，通过强迫液冷可提高散热效率。在机箱箱壁内部设置合理的流体通道，外接冷却系统，通过散热介质的循环，将元器件的热量带走，实现散热。

3.4 热管散热

热管技术是利用液体工质的相变传热，具有极高的传热效率，散热效果好，噪音低，使用寿命长。它的工作过程为热管两端产生温差时，蒸发端的液体会迅速气化，将热量带向冷凝端，两端温差越大，蒸发速度越大。液体在冷凝端凝结液化以后，通过毛细作用，流回蒸发端，如此循环往复，不断地将热量带向温度低的一端。

4 结束语

电子设备的结构设计关乎产品质量和使用寿命，在进行电子设备设计时，需在满足其功能前提下，综合考虑其使用环境、产品性能、尺寸参数等要求，进行合理的机械振动控制设计、电磁兼容设计、散热设计，提高电子设备的工作可靠性。

参考文献

[1] 何敏.某机载电子设备振动分析与振动控制研究[D].北京：电子科技大学，2007.

[2] 穆士乐.电子设备的电磁兼容性设计[J].电子技术与软件工程，2017，（3）：124.

[3] 邓少文.电子设备结构设计中的电磁兼容研究[J].无线互联科技，2017，（16）：102-103.

[4] 刘兴俊.电子设备结构设计中的电磁兼容[J].中國新技术新产品，2015，（6）：2-3.

[5] 包炸舒.室内电子机箱热设计技术研究[D].杭州：浙江大学，2012.