CN112671208A

CN112671208A - 提高电磁兼容性能的机电组件

Info

Publication number: CN112671208A
Application number: CN202011458103.4A
Authority: CN
Inventors: 徐志书; 张东阁; 李超; 林强强; 张华�; 赵辉; 岳宗帅; 刘春庆
Original assignee: Beijing Research Institute of Precise Mechatronic Controls
Current assignee: Beijing Research Institute of Precise Mechatronic Controls
Priority date: 2020-12-10
Filing date: 2020-12-10
Publication date: 2021-04-16

Abstract

本发明提供一种提高电磁兼容性能的机电组件，连接器、电磁干扰抑制电路、第一印制板、柔性转接区、第二印制板、滤波模块；连接器嵌入式固定安装于所述第一印制板上，电磁干扰抑制电路固定安装于所述第一印制板第一底面上，用于接收连接器的电源信号并处理，柔性转接区连接第一印制板与第二印制板，用于实现第一印制板与第二印制板之间的信号传输，所述滤波模块固定安装于第二印制板第一底面上，用于接收电磁干扰抑制电路处理后的电源信号，为第二印制板供电。有效抑制印制板上连接器与壳体所受的机箱内部电磁干扰及外部电缆引入的电磁串扰，显著改善机电设备的电磁兼容效果。

Description

提高电磁兼容性能的机电组件

技术领域

本发明涉及机电一体化设备及高速通信设备技术领域，尤其涉及一种提高电磁兼容性能的机电组件。

背景技术

在机电一体化设备及高速通信电子设备中，滤波电路或者滤波器件一般设置在印制板上电源模块输入侧，采用此种方式的设备其内部印制板上滤波器至机箱连接器的电源连接导线没有滤波，易受到机箱内部空间的电磁干扰及机箱外部电缆的电磁串扰，上述电磁干扰及串扰在高速通信及大功率机电一体化设备领域尤其明显，导致设备电磁兼容指标超标。

发明内容

本发明实施例提供了一种提高电磁兼容性能的机电组件，该组件除在印制板电源输入侧放置专用滤波器件外，在进入机箱的连接器入口处放置综合电磁干扰抑制电路，该组件可显著抑制机箱内部空间的电磁干扰及机箱外部电缆的电磁串扰，可显著提高机电设备的电磁兼容性能。

本发明第一方面，本发明提供一种提高电磁性能的机电组件，包括：连接器、电磁干扰抑制电路、第一印制板、柔性转接区、第二印制板、滤波模块；所述连接器嵌入式固定安装于所述第一印制板上，所述电磁干扰抑制电路固定安装于所述第一印制板第一底面上，用于接收所述连接器的电源信号并处理，所述柔性转接区连接所述第一印制板与所述第二印制板，用于实现所述第一印制板与所述第二印制板之间的信号传输，所述滤波模块固定安装于所述第二印制板第一底面上，用于接收所述电磁干扰抑制电路处理后的电源信号，为所述所述第二印制板供电。

连接器焊接在第一印制板上，并通过墙后安装方式与机箱壳体安装，实现与机箱外部电缆连接，其中外部电缆将供电电源信号、其余通信信号传至壳体连接体。柔性转接区连接第一印制板与第二印制板，实现第一印制板与第二印制板之间的信号传输。干扰抑制电路接收连接器输入的电源信号，输出经综合处理后的纯净电源信号，该电源信号经柔性印制转接区至第二印制板，后经滤波模块为第二印制板电路供电，滤波模块后可根据用户设置对应电路。

相对行业普遍应用的在印制板上设计滤波抑制电路的方案，一方面可有效抑制印制板上连接器与壳体所受的机箱内部电磁干扰及外部电缆引入的电磁串扰，显著改善机电设备的电磁兼容效果。

减少了印制板连接器至壳体之间的连接导线，使得设备内部走线更简洁、美观。

具有带电磁兼容作用的滤波连接器，该组件可适用于更宽泛的电磁环境，具体表现在内部的综合电磁干扰抑制电路电阻、电容、电感数值用户可根据实际电磁干扰环境灵活自由选择，设计出适用实际使用环境的最佳电磁干扰抑制方案。

根据本发明的一个实施例，所述第一印制板和所述第二印制板上设置安装孔，用于将所述机电组件固定于预抗磁的电子设备上。

根据本发明的一个实施例，所述连接器与所述电子设备之间设置导电密封垫，用于消除连接器与电子设备间的电磁漏缝。

本组件的壳体连接器与机箱间设置导电密封垫，可有效避免电磁漏缝造成的电磁泄露。

根据本发明的一个实施例，所述连接器包括：连接器本体和固定件，所述连接器本体和所述固定件位于所述第一印制板的第二底面侧，所述固定件包括：支撑柱、螺钉，所述支撑柱固定于所述第一印制板第二底面侧，所述螺钉螺栓连接所述支撑柱固定于所述导电密封垫。

根据本发明的一个实施例，所述电磁干扰抑制电路包括：负向脉冲抑制单元，用于滤除负向电磁脉冲，消除负向脉冲对后续电路的冲击和影响，包括第一二极管；正向脉冲抑制单元，用于用于抑制正向电磁脉冲对后级电路的冲击及影响，包括第一电容和第二二极管；低频干扰滤波单元，用于消除低频干扰信号，包括第一电感器、第一电阻器、第二电容器和第三电容器；高频干扰滤波电路，用于消除高频干扰信号，包括第二电感器、第二电阻器、第四电容器和第五电容器；稳压单元，用于滤除输出端阈值脉冲电压，包括第六电容器和第七电容器；所述第一二极管阴极分别与第一电容器的一端、第二二极管阴极和第一电感器的一端电连接，所述第一电感器另一端分别与所述第二电容器一端和所述第一电阻器一端电连接，所述第一电阻器另一端分别与所述第三电容器一端和第二电感器一端电连接，所述第二电感器另一端分别与所述第四电容器一端和第二电阻器一端电谅解，所述第二电阻器另一端分别与所述第五电容器一端、第六电容器一端和第七电容器一端电连接，所述第一电容器另一端、第二二极管阳极、第一电感器另两端、第二电感器另两端、第二电容器另一端、第三电容器另一端、第四电容器另一端、第五电容器另一端、第六电容器另一端、第七电容器另一端为共地端。

电磁干扰抑制电路除了可显著改善机电设备的电磁干扰、电磁串扰外，设置的负脉冲阻断二极管、高压滤波电容，瞬态抑制二极管可有效抑制正、负电磁脉冲对电路的冲击，设置的稳压电容可减少电源的纹波。

本发明提供的有益效果：首先，相对行业普遍应用的在印制板上设计滤波抑制电路的方案，一方面可有效抑制印制板上连接器与壳体连接器所受的机箱内部电磁干扰及外部电缆引入的电磁串扰，显著改善机电设备的电磁兼容效果；另一方面减少了印制板连接器、印制板连接器至壳体连接器之间的连接导线，使得设备内部走线更简洁、美观。其次，相对具有带电磁兼容作用的滤波连接器方案，该组件可适用于更宽泛的电磁环境，具体表现在内部的综合电磁干扰抑制电路电阻、电容、电感数值用户可根据实际电磁干扰环境灵活自由选择，设计出适用实际使用环境的最佳电磁干扰抑制方案。再次，本组件设计的电磁干扰抑制电路除了可显著改善机电设备的电磁干扰、电磁串扰外，设置的负脉冲阻断二极管、高压滤波电容，瞬态抑制二极管可有效抑制正、负电磁脉冲对电路的冲击，设置的稳压电容可减少电源的纹波。最后，本组件的壳体连接器与机箱间设置导电密封垫，可有效避免电磁漏缝造成的电磁泄露影响。电磁干扰抑制电路上有较多的陶瓷电容、陶瓷电感，印制板设置安装孔，该组件通过平垫、弹垫、印制板、阻尼橡胶垫与机箱连接，可有效消除机箱机械应力振动对陶瓷元器件的不良影响。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。

图1为本发明实施例公开的高电磁性能的机电组件结构示意图；

图2为本发明实施例公开的综合电磁干扰抑制电路原理图；

图3为本发明实施例公开的组件与设备机箱安装示意图。

通过上述附图，已示出本公开明确的实施例，后文中将有更详细的描述。这些附图和文字描述并不是为了通过任何方式限制本公开构思的范围，而是通过参考特定实施例为本领域技术人员说明本公开的概念。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本公开相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本公开的一些方面相一致的装置和方法的例子。

如图1所示：该组件由壳体连接器101、综合电磁干扰抑制电路104、第一印制板103、柔性转接区105、第二印制板106、专用滤波器108、四角安装孔107组成。壳体连接器101焊接在第一印制板103上，并通过墙后安装方式与机箱壳体安装，实现与机箱外部电缆连接，其中外部电缆将供电电源信号、其余通信信号传至壳体连接体101；柔性转接区105连接第一印制板103与第二印制板106，实现第一印制板103与第二印制板106之间的信号传输；综合干扰抑制电路104接收壳体连接体101输入的电源信号，输出经综合处理后的纯净电源信号，该电源信号经柔性印制转接区105至第二印制板106，后经专用滤波模块108为第二印制板上电路供电，专用滤波模块108后可根据用户设置对应电路。由于综合电磁干扰抑制电路104上有较多的陶瓷电容、陶瓷电感，第一印制板103与第二印制板106设置四角安装孔107，该组件通过平垫、弹垫、印制板、阻尼橡胶垫与机箱连接，用于消除机箱机械振动对综合干扰抑制电路的易碎元器件(如陶瓷电容、陶瓷电感)的不良影响。

本实例提供了干扰抑制电路104，如图2所示，干扰抑制电路104由五级电路构成。第一级电路201为负向脉冲抑制电路，在电源输入正端串接反向击穿电压快恢复二极管D1用于滤除负向电磁脉冲，消除负向脉冲对后续电路的冲击及影响。第二级电路202为正向脉冲抑制电路，高压大容值电容C1并联在电源两端作为稳压电容，对正向脉冲进行滤波。在电容C1后端并联瞬态抑制二极管D2，用于抑制吸收C1滤波后的正向瞬态脉冲。第三级电路203为π型低频滤波电路，π型低频滤波电路位于第二级电路202之后，在电路202后端串接电感L1，在电感L1后端并联电容C2和C3，在电源正端串接电阻R1，R1在C2与C3之间，构成π型滤波电路，滤除低频干扰。第四级电路204为π型高频滤波电路，π型高频滤波电路在第三级π型低频滤波电路后，在电路203后端串接电感L2，在电感L2后端并联电容C4和C5，在电源正端串接电阻R2，R2在C4与C5之间，构成π型滤波高频电路，用于滤除高频干扰。

第五级电205为稳压电路，电路205在电路204后端，电容C6、C7并联在电源两端，，用于滤除输出端较大脉冲电压，保证输出电压平稳。

其中第三级π型滤波电路(203)滤波频率

二级滤波电路(204)滤波频率

根据电路工况调整电感、电阻和电容参数实现一级滤波电路滤除低频干扰，二级滤波电路滤除高频干扰。

干扰抑制电路第三级π型低频滤波电路和第四级π型高频滤波电路的电阻、电容、电感数值选取方式：

第一步：不焊接综合电磁干扰抑制电路，将电子设备机箱放入工作电磁环境中，测试受试设备信号超标的频率点，低频的标记为f_L，高频的标记为f_H。

第二步：选取合理电阻、电容、电感数值，其中第三级π型低频滤波电路根据公式

选取合适L₁、R₁、C₂、C₃数值，第四级π型高频滤波电路根据公式

选取L₂、R₂、C₄、C₅数值，R1和R2除满足以上条件外，还应满足取值满足设备电源供电电流需求，即：

其中V为电源电压，V_F为二极管D1导通压降，I_M为第二印制板电路消耗电源供电电流。

其中，第三级π型低频滤波电路、第四级π型高频滤波电路可根据受试设备在工作环境中电磁环境的电磁信号超标情况进行选择取舍。如果受试设备在工作环境无低频超差点f_L，可以将第三级π型低频滤波电路电阻R1、电容C2～C3、电感L1数值分别设置成为第四级π型高频滤波电路的电阻R2、电容C4～C5、电感L2数值，即第三级π型滤波电路、第四级π型滤波电路均设置成为高频滤波电路，采用两级高频滤波电路的方式增强综合电磁干扰抑制电路的高频抑制效果；相应的，如果受试设备在工作环境无高频超差点f_H，则可以将第四级π型低频滤波电路电阻R2、电容C4～C5、电感L2数值分别设置成为第第三级π型低频滤波电路电阻R1、电容C2～C3、电感L1数值，采用两级低频滤波电路的方式增强综合电磁干扰抑制电路的低频抑制效果。

电磁干扰抑制电路上有较多的陶瓷电容、陶瓷电感，第一印制板与第二印制板设置四角安装孔，如图3所示，该组件通过弹垫(303)、平垫(302)、印制板、阻尼橡胶垫(303)与机箱连接，可有效消除机箱机械应力振动对陶瓷元器件的不良影响。

为提高第二印制板拆卸返修及测试的工艺性，壳体连接器(306)通过紧固螺钉(305)、支撑柱(304)通过墙后方式安装在设备机箱面板(308)上。

壳体连接器(306)与设备机箱面板之间设置导电密封垫(307)，可有效避免电磁漏缝造成的电磁泄露影响。

本发明提供的有益效果：首先，相对行业普遍应用的在印制板上设计滤波抑制电路的方案，一方面可有效抑制印制板上连接器与壳体连接器所受的机箱内部电磁干扰及外部电缆引入的电磁串扰，显著改善机电设备的电磁兼容效果；另一方面减少了印制板连接器、印制板连接器至壳体连接器之间的连接导线，使得设备内部走线更简洁、美观。其次，相对具有带电磁兼容作用的滤波连接器方案，该组件可适用于更宽泛的电磁环境，具体表现在内部的综合电磁干扰抑制电路电阻、电容、电感数值用户可根据实际电磁干扰环境灵活自由选择，设计出适用实际使用环境的最佳电磁干扰抑制方案。再次，本组件设计的内部综合电磁干扰抑制电路除了可显著改善机电设备的电磁干扰、电磁串扰外，设置的负脉冲阻断二极管、高压滤波电容，瞬态抑制二极管可有效抑制正、负电磁脉冲对电路的冲击，设置的稳压电容可减少电源的纹波。最后，本组件的壳体连接器与机箱间设置导电密封垫，可有效避免电磁漏缝造成的电磁泄露影响。由于综合电磁干扰抑制电路上有较多的陶瓷电容、陶瓷电感，印制板设置安装孔，该组件通过平垫、弹垫、印制板、阻尼橡胶垫与机箱连接，可有效消除机箱机械应力振动对陶瓷元器件的不良影响。

显然，上述具体实施案例仅仅是为了说明本方法应用所作的举例，而非对实施方式的限定，对于该领域的一般技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其他不同形式的变化和变动，用以研究其他相关问题。因此，本发明的保护范围都应以权利要求的保护范围。

本领域普通技术人员可以理解：实现上述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成，前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所描述的电子设备等实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的实施例的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明的实施例进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明的实施例各实施例技术方案的范围。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本公开的其它实施方案。本发明旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的真正范围和精神由下面的权利要求书指出。

应当理解的是，本公开并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本公开的范围仅由所附的权利要求书来限制。

Claims

1.提高电磁性能的机电组件，其特征在于，所述机电组件包括：连接器(101)、电磁干扰抑制电路(104)、第一印制板(103)、柔性转接区(105)、第二印制板(106)、滤波模块(108)；所述连接器嵌入式固定安装于所述第一印制板(103)上，所述电磁干扰抑制电路(104)固定安装于所述第一印制板(103)第一底面侧(103a)上，用于接收所述连接器(101)的电源信号并处理，所述柔性转接区(105)连接所述第一印制板(103)与所述第二印制板(106)，用于实现所述第一印制板(103)与所述第二印制板(106)之间的信号传输，所述滤波模块(108)固定安装于所述第二印制板(106)第一底面侧(106a)上，用于接收所述电磁干扰抑制电路(104)处理后的电源信号，为所述第二印制板(106)供电。

2.根据权利要求1所述的机电组件，其特征在于，所述第一印制板(103)和所述第二印制板(106)上设置安装孔(107)，用于将所述机电组件固定于预抗磁的电子设备上。

3.根据权利要求2所述的机电组件，其特征在于，所述连接器(101)与所述电子设备之间设置导电密封垫(307)，用于消除连接器(101)与电子设备间的电磁漏缝。

4.根据权利要求3所述的机电组件，其特征在于，所述连接器(101)包括：连接器本体和固定件，所述连接器本体和所述固定件位于所述第一印制板(103)的第二底面侧(103b)，所述固定件包括：支撑柱(304)、螺钉(305)，所述支撑柱(304)固定于所述第一印制板(103)第二底面侧(103b)，所述螺钉螺栓连接所述支撑柱固定于所述导电密封垫(307)上。

5.根据权利要求1所述的机电组件，其特征在于，所述电磁干扰抑制电路(104)包括：负向脉冲抑制单元，用于滤除负向电磁脉冲，消除负向脉冲对后续电路的冲击和影响，包括第一二极管；正向脉冲抑制单元，用于用于抑制正向电磁脉冲对后级电路的冲击及影响，包括第一电容和第二二极管；低频干扰滤波单元，用于消除低频干扰信号，包括第一电感器、第一电阻器、第二电容器和第三电容器；高频干扰滤波电路，用于消除高频干扰信号，包括第二电感器、第二电阻器、第四电容器和第五电容器；稳压单元，用于滤除输出端阈值脉冲电压，包括第六电容器和第七电容器；所述第一二极管阴极分别与第一电容器的一端、第二二极管阴极和第一电感器的一端电连接，所述第一电感器另一端分别与所述第二电容器一端和所述第一电阻器一端电连接，所述第一电阻器另一端分别与所述第三电容器一端和第二电感器一端电连接，所述第二电感器另一端分别与所述第四电容器一端和第二电阻器一端电谅解，所述第二电阻器另一端分别与所述第五电容器一端、第六电容器一端和第七电容器一端电连接，所述第一电容器另一端、第二二极管阳极、第一电感器另两端、第二电感器另两端、第二电容器另一端、第三电容器另一端、第四电容器另一端、第五电容器另一端、第六电容器另一端、第七电容器另一端为共地端。