工控機箱的電磁兼容性防護
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無(wú)論工控機還是商用機，EMC設計中的最首先考慮的是板卡本身的EMI(電磁干擾)設計，因此在板卡設計方面就大幅減少了電磁輻射，但由于處理器的頻率的提升，單純依靠板卡本身在EMI方面的設計無(wú)法充分滿(mǎn)足EMC認證的要求。因此工控機機箱的EMC設計變得更為重要了。這篇文章也以機箱的EMC設計為主。
在解釋工控機機箱的EMC設計之前，我們先來(lái)看看商用PC機機箱的EMC設計，商用PC機由于應用在家庭環(huán)境中，與人體接觸的時(shí)間更長(cháng)，因此對EMC設計的要求也十分嚴格。
雖大多數著(zhù)名PC品牌由于行銷(xiāo)全球，也通過(guò)了各國的電磁兼容認證。但由于用途的不同，商用PC通過(guò)的EMC認證和工控機的EMC認證側重點(diǎn)是不同的。商用PC的EMC認證更偏向PC機本身對人體的輻射量的考慮，所以在用料和機箱設計上都基于這個(gè)方面考慮的。而工控機的應用環(huán)境較為復雜，EMC認證涉及的范圍也更為廣泛，除了考慮工控機的電磁輻射干擾外，防止外界的各種因素對工控機內部設備造成的干擾也是一個(gè)EMC設計要點(diǎn)。
簡(jiǎn)而言之，商用PC的EMC設計是對內的，而工控機的EMC設計則是雙向的。
下面我們通過(guò)和商用PC的對比，來(lái)闡述對內和雙向的區別：
1、散熱口的EMC設計
首先我們明確一個(gè)概念，無(wú)論對內還是對外，對付電磁輻射最好的方法就是用一個(gè)全密封的金屬盒子把電磁輻射體遮蔽起來(lái)，而且屏蔽用的金屬層越厚越好。這樣無(wú)論對內還是對外，電磁屏蔽的效果都最好。但是由于散熱、外接擴展設備的因素。無(wú)論商用PC還是工控機，都無(wú)法做到嚴格密封的狀態(tài)。機箱關(guān)于防止電磁泄漏設計很重要的一點(diǎn)就是關(guān)于散熱和電磁泄漏之間的良好平衡性設計，既要充分散熱，也需要兼顧到電磁兼容方面的設計，我們通常在商用PC上所見(jiàn)到的，是上面這樣的散熱孔徑，圓形而多孔。
但實(shí)際上防止電磁泄漏的設計標準對散熱孔徑的大小，以及形狀是有諸多限制的，研究實(shí)驗表明，方形孔徑要比圓形孔徑具有更出色的防止電磁泄漏效果。
根據理論，當機箱上兩個(gè)接觸點(diǎn)之間的距離大于0.25xλ(波長(cháng)符號)時(shí)，兩點(diǎn)之間就會(huì )很容易泄漏出有害的電磁輻射。因此在機箱接縫處的設計，也是考察EMC設計功底的一個(gè)重要指標。
現在商用PC機的機箱鋼板厚度僅為0.6mm，鋼板的強度有限，難以保證機箱本身受力后不產(chǎn)生形變，并且由于現在商用PC基本多是立式機箱，因此側開(kāi)口的面板也難以保證接縫處的緊密結合，為了克服這些現象，一些高檔商用PC在機箱的接縫處留有EMI彈片設計。
但工控機的使用環(huán)境復雜多變，某些環(huán)境是具有較強的振動(dòng)性的，采用EMI彈片設計容易在振動(dòng)的環(huán)境下失去彈片的彈性。工控機采用的機箱材料為1.2mm的優(yōu)質(zhì)鋼板，本身具有優(yōu)秀的抗形變特性，由于工控機機箱多為臥式的，頂部鋼板自身的重量和鋼材特性已經(jīng)能夠保證機箱壁之間的嚴密接觸。優(yōu)秀的工控機機箱在不采用EMI彈片的時(shí)候也完全可以通過(guò)CE，FCC等EMC認證。如果某些對電磁兼容極為嚴格的環(huán)境，例如軍工行業(yè)，我們會(huì )推薦客戶(hù)在機箱接縫處使用更為可靠的金屬導電布。
在板卡和機箱的接縫處，這個(gè)地方也是極其容易引起電磁泄漏的地方，商用PC由于擴展卡較少，很少有品牌在這個(gè)地方采用EMI彈片設計。而工控機內部會(huì )插入多塊板卡，板卡和機箱的接觸嚴密與否是電磁兼容是否優(yōu)秀的一個(gè)重要指標，因此做工優(yōu)良的工控機會(huì )采用EMI彈片確保板卡和機箱之間的接縫緊密可靠。
3、機箱表面的特殊設計
商用PC機箱材料多采用鍍鋅鋼板，并考慮吸收機箱內輻射的有效性，在機箱內部沒(méi)有進(jìn)行噴漆處理，因此機箱內壁的鍍鋅鋼板是可以導電的，也更容易吸收電磁輻射，這也使得商用PC機在靜電防護、電磁屏蔽方面有著(zhù)先天的優(yōu)勢。商用PC的這種機箱在普通使用下沒(méi)有問(wèn)題，但是如果用于工控環(huán)境則是十分不合適的。
首先、工控機在某些時(shí)候要用在有強烈腐蝕性的環(huán)境下，例如海上的海鹽、高速公路上排出的汽車(chē)尾氣、化工廠(chǎng)的氣體都具有強烈的腐蝕性。因此機箱內外表面都必須要做抗腐蝕處理。下圖為研華工控機在機箱外表面和機箱內壁進(jìn)行防腐蝕烤漆處理后的機箱。
其次、有時(shí)計算機會(huì )在振動(dòng)的環(huán)境下工作，在某些特殊的情況下，振動(dòng)會(huì )導致機箱內的某些電器元件接觸到機箱內部表面，由于機箱內壁導電，所以很容易造成短路，燒毀設備。
而工控機在內部的噴漆處理使得機箱內壁不導電，可以杜絕這類(lèi)現象的發(fā)生。但是正所謂成也蕭何、敗也蕭何，正是因為這些不導電的機箱內壁對工控機的EMC設計有著(zhù)更高的挑戰。工控機由于內壁也進(jìn)行了烤漆處理，因此機箱表面不導電，無(wú)法象商用PC一樣形成等地體，因此只得在部分位置處留出沒(méi)有噴漆的接觸面，形成導電體，在整個(gè)機箱表面形成等勢體，處理工藝較為復雜。
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