專利名稱：一種高壓大功率變換器中的控制電路抗輻射裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電力電子領(lǐng)域，涉及一種高壓大功率變換器中FPGA(現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣 列)控制電路抗輻射裝置，更具體涉及一種適用于工程應(yīng)用及電磁環(huán)境相對(duì)復(fù)雜的高壓大 功率器件附近安全可靠運(yùn)行的技術(shù)。
背景技術(shù)：
在現(xiàn)有的高壓大功率電力電子應(yīng)用領(lǐng)域中，針對(duì)數(shù)字和集成電路板卡要求在強(qiáng)輻 射、寬頻帶的環(huán)境下能夠安全可靠的運(yùn)行，工程應(yīng)用中逐漸提出了采用局部屏蔽相應(yīng)控制 電路的設(shè)計(jì)方案。屏蔽方案的設(shè)計(jì)不但要考慮設(shè)備所在環(huán)境中可能存在的電場(chǎng)、磁場(chǎng)強(qiáng)度，而且還 要合理的根據(jù)板卡本身的相應(yīng)的地構(gòu)成閉合的屏蔽空間，可靠的保證數(shù)字電路和控制電路 的運(yùn)行。對(duì)于電場(chǎng)和磁場(chǎng)強(qiáng)度的分析是一個(gè)綜合且較困難的過程。但隨著電磁場(chǎng)專用檢測(cè) 儀器的出現(xiàn)，對(duì)設(shè)備運(yùn)行環(huán)境的檢測(cè)與輻射強(qiáng)度的分析就相對(duì)容易一些。根據(jù)分析出的頻 譜圖可以合理的選擇裝置的材料和進(jìn)行正確的鍍層加工。前期，對(duì)于控制電路板卡多是在機(jī)箱和機(jī)柜中安裝，遠(yuǎn)離惡劣復(fù)雜的電磁環(huán)境，屏 蔽也考慮的相對(duì)較少，若有也多采用整體屏蔽，形成完整的六面體，這樣設(shè)備的板卡就完全 與外界輻射場(chǎng)隔離而安全可靠的運(yùn)行。但隨著要求電力電子設(shè)備空間的縮小、系統(tǒng)控制能 力的提高和全面性、電信號(hào)和光信號(hào)的接口增多并與主電設(shè)備距離拉近，整體屏蔽的方案 就不再適合，所以就要考慮局部屏蔽的方案。局部屏蔽的難點(diǎn)就在于如何形成完整的閉合 六面體且不會(huì)出現(xiàn)電腐蝕現(xiàn)象，同時(shí)裝置對(duì)電場(chǎng)、磁場(chǎng)的抗擾性又不會(huì)有明顯的減弱。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種高壓大功率變換器中的控制電路抗輻射裝置。一種高壓大功率 變換器中的控制電路抗輻射裝置有效的屏蔽了電場(chǎng)和磁場(chǎng)中高、低頻對(duì)控制電路的影響， 充分保證了 FPGA控制電路板在高壓大功率下安全可靠運(yùn)行。本發(fā)明提出的一種高壓大功率變換器中的控制電路抗輻射裝置，由三層板狀結(jié)構(gòu) 構(gòu)成最靠近控制電路的為鋼層，然后是鎳或銅層，最上面是銀層，以鋼材料為裝置的主結(jié) 構(gòu)材料層，銅或鎳為輔助鍍銀材料層，銀為主要的鍍層材料層；所述鋼層為高導(dǎo)磁材料主要屏蔽磁場(chǎng)的干擾，所述銀層為高導(dǎo)電材料主要屏蔽電 場(chǎng)的干擾；所述裝置的尺寸和外形結(jié)構(gòu)可根據(jù)需要保護(hù)的主要設(shè)備具體大小進(jìn)行調(diào)整，裝置 與板卡之間及裝置本身面與面之間采用無縫連接，保持裝置的完整性且不存在直角，以有 利于電磁波的反射和吸收，裝置與板卡間的焊接點(diǎn)由于是負(fù)導(dǎo)電性的銀和銅的焊接，所述裝置與地連接時(shí)采用與板卡的數(shù)字地進(jìn)行連接，連接時(shí)采用多點(diǎn)接地的方 式。
其中，各個(gè)接地點(diǎn)之間的距離為4-7mm。其中，所述裝置的尺寸為長(zhǎng)90. 8mm,寬65. 8mm,高18. Omm,針腳高度為4. 5mm,針腳 間距為5. 0mm，鋼材厚度選擇0. 8mm，裝置的鍍層結(jié)構(gòu)主要是在0. 8mm厚的鋼材預(yù)鍍6_10 μ m 的鎳，然后再均勻鍍8-12 μ m銀。其中，所述裝置在加工工藝過程中要進(jìn)行鍍層處理，在選擇以鋼為主體結(jié)構(gòu)件進(jìn) 行無縫焊接并清洗后，在鍍銀的過程中由于無法直間鍍?cè)阢~層上，先通過表層鍍鎳的方式 幫助均勻鍍8-12um厚的銀層，使得最終的裝置在鍍層處理上光滑沒有污點(diǎn)及不均勻的鍍 層的出現(xiàn)，最后為了防止銀層的氧化需要加鍍保護(hù)漆。本發(fā)明的有益效果是1.本發(fā)明介紹的抗輻射裝置抗擾性好；2.本發(fā)明介紹的抗輻射裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、便于安裝；3.本發(fā)明介紹的抗輻射裝置與板卡地層形成完整的六面體結(jié)構(gòu)，屏蔽效果明顯。4.本發(fā)明介紹的抗輻射裝置結(jié)構(gòu)可以根據(jù)板卡的大小靈活改動(dòng)，適用范圍廣，可 用性好。


圖1示出該抗輻射裝置對(duì)電磁場(chǎng)反射和吸收的原理；圖2示出該抗輻射裝置材料和鍍層的處理；圖3示出整個(gè)抗輻射裝置的結(jié)構(gòu)和尺寸；
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說明。本發(fā)明的一種高壓大功率變換器中的控制電路抗輻射裝置可以有效的屏蔽電場(chǎng) 和磁場(chǎng)中高、低頻對(duì)控制電路的影響，空間占用體積小，基本上不占用板卡以外的空間，充 分保證了 FPGA控制電路板在高壓大功率下安全可靠運(yùn)行。整個(gè)技術(shù)設(shè)計(jì)方案考慮如下，如附圖1所示裝置設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)電磁波的衰減主要集中 為A、R和B，即SE = 201gA+201gB+201gRdB吸收損耗A = 8. 68t/ δ與屏蔽體的電導(dǎo)率、磁導(dǎo)率、厚度和工作頻率有關(guān)系。其 中t為屏蔽體厚度，δ為集膚深度反射損耗R = (Zm+Z )2/4Zm Ζω除與材料本身的特性有關(guān)外而且與金屬屏蔽體 所在的位置和場(chǎng)源特性有關(guān)。其中Si!為金屬波阻抗，Ζω為自由空間波阻抗。多次反射損耗B= 1 -10"0 M (cos 0.23 A- j sin 0.23^)
Zw-Zm式中A為吸收損耗屏蔽層較厚或在高頻時(shí)，吸收損耗起主要作用；屏蔽層較薄或在低頻時(shí)，反射損耗 起主要作用。參見附圖2，屏蔽裝置主要由三層結(jié)構(gòu)組成鋼、鎳(銅)和銀，以鋼材料為裝置的 主結(jié)構(gòu)材料，銅(鎳)為輔助鍍銀材料，銀為主要鍍層材料。鋼為高導(dǎo)磁材料主要屏蔽磁場(chǎng)
4的干擾，銀為高導(dǎo)電材料主要屏蔽電場(chǎng)的干擾。由于裝置厚度選擇在0. 5 0. 8mm所以不 能單靠厚度的來完成屏蔽效果，充分考慮高磁導(dǎo)率材料和高導(dǎo)電材料在高、低頻下的屏蔽 效果，即低頻時(shí)，高磁導(dǎo)率材料的屏蔽效能高于高導(dǎo)電材料，但當(dāng)頻率較高時(shí)，高導(dǎo)電材料 的磁屏蔽效能可能高于高磁導(dǎo)率材料。高頻時(shí)高導(dǎo)電性材料具有較高的屏蔽效能主要原因 是頻率升高，磁導(dǎo)率降低，波阻抗升高，反射損耗增加。因此，增加屏蔽效能的方法就是將高 磁導(dǎo)率材料表面涂覆高導(dǎo)電性材料。本裝置正是采用該理念設(shè)計(jì)完成。通過對(duì)裝置電磁環(huán)境和材料結(jié)構(gòu)的分析設(shè)計(jì)后，還需要考慮屏蔽裝置的整體性。 由于整體屏蔽本身就已經(jīng)滿足屏蔽體的整體性(即六面體)，局部屏蔽要滿足這個(gè)要求就 要考慮另一面的選擇問題一種是選擇板卡合適的地層與裝置連接構(gòu)成一個(gè)屏蔽整體；一 種是在板卡的背部增加另一個(gè)面，但要和板卡之間保證有可靠完全的絕緣距離。由于該 FPGA控制電路空間體積小，且板卡背部安裝第六面不可實(shí)現(xiàn)。所以采用裝置與板卡地層構(gòu) 成電氣連接并且其他五面采用焊接方式形成屏蔽的整體性效果。參見附圖3，裝置整個(gè)結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)、寬、高均可以根據(jù)被屏蔽板卡中易受干擾元器件 面積大小進(jìn)行調(diào)整。裝置和板卡地層在連接過程中注意選取的材料之間避免出現(xiàn)電腐蝕現(xiàn) 象，并且每個(gè)連接點(diǎn)之間的距離要小于IOmm(本設(shè)計(jì)裝置選用5mm)，保證屏蔽的效果最佳。從整體上來看，該一種高壓大功率變換器中的控制電路抗輻射裝置，在高壓高輻 射的惡劣環(huán)境下經(jīng)過測(cè)試可以有效的屏蔽較寬頻段的電磁波的干擾。利用其靈活的可調(diào)整 性，適用的范圍也比較廣泛；有待提高和解決的一點(diǎn)是它的可拆卸性較差。此處已經(jīng)根據(jù)特定的示例性實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了描述。對(duì)本領(lǐng)域的技術(shù)人員來 說在不脫離本發(fā)明的范圍下進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶鎿Q或修改將是顯而易見的。示例性的實(shí)施例僅僅 是例證性的，而不是對(duì)本發(fā)明的范圍的限制，本發(fā)明的范圍由所附的權(quán)利要求定義。
權(quán)利要求
1.一種高壓大功率變換器中的控制電路抗輻射裝置，其特征在于屏蔽裝置由三層板狀結(jié)構(gòu)構(gòu)成最靠近控制電路的為鋼層，然后是鎳或銅層，最上面 是銀層，以鋼材料為裝置的主結(jié)構(gòu)材料層，銅或鎳為輔助鍍銀材料層，銀為主要的鍍層材料 層；所述鋼層為高導(dǎo)磁材料主要屏蔽磁場(chǎng)的干擾，所述銀層為高導(dǎo)電材料主要屏蔽電場(chǎng)的 干擾；所述裝置的尺寸和外形結(jié)構(gòu)可根據(jù)需要保護(hù)的主要設(shè)備具體大小進(jìn)行調(diào)整，裝置與板 卡之間及裝置本身面與面之間采用無縫連接，保持裝置的完整性且不存在直角，以有利于 電磁波的反射和吸收，裝置與板卡間的焊接點(diǎn)由于是負(fù)導(dǎo)電性的銀和銅的焊接，所述裝置與地連接時(shí)采用與板卡的數(shù)字地進(jìn)行連接，連接時(shí)采用多點(diǎn)接地的方式。
2.如權(quán)利要求1所述的抗輻射裝置，其特征在于各個(gè)接地點(diǎn)之間的距離為4-7mm。
3.如權(quán)利要求2所述的抗輻射裝置，其特征在于所述裝置的尺寸為長(zhǎng)90.8mm,寬 65. 8nm,高18. Omm,針腳高度為4. 5mm,針腳間距為5. Omm,鋼材厚度選擇0. 8mm,裝置的鍍層 結(jié)構(gòu)主要是在0. 8mm厚的鋼材預(yù)鍍6-10 μ m的鎳，然后再均勻鍍8_12 μ m銀。
4.如權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的抗輻射裝置，其特征在于所述裝置在加工工藝過程 中要進(jìn)行鍍層處理，在選擇以鋼為主體結(jié)構(gòu)件進(jìn)行無縫焊接并清洗后，在鍍銀的過程中由 于無法直間鍍?cè)阢~層上，先通過表層鍍鎳的方式幫助均勻鍍8-12um厚的銀層，使得最終的 裝置在鍍層處理上光滑沒有污點(diǎn)及不均勻的鍍層的出現(xiàn)，最后為了防止銀層的氧化需要加 鍍保護(hù)漆。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種高壓大功率變換器中的控制電路抗輻射裝置。屏蔽裝置由三層板狀結(jié)構(gòu)構(gòu)成最靠近控制電路的為鋼層，然后是鎳或銅層，最上面是銀層，以鋼材料為裝置的主結(jié)構(gòu)材料層，銅或鎳為輔助鍍銀材料層，銀為主要的鍍層材料層。本發(fā)明的裝置能有效的屏蔽了電場(chǎng)和磁場(chǎng)中高、低頻對(duì)控制電路的影響，充分保證了FPGA控制電路板在高壓大功率下安全可靠運(yùn)行。
文檔編號(hào)H02M1/44GK102075080SQ201010550099
公開日2011年5月25日 申請(qǐng)日期2010年11月19日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月19日
發(fā)明者何維國, 馮靜波, 包海龍, 吳元熙, 張新剛, 潘艷, 賀之淵 申請(qǐng)人:上海市電力公司, 中國電力科學(xué)研究院