基于军用设备环境要求的某型号电源控制器设计

王艳 余成功

摘 要：基于高、低温度，湿热，盐雾，霉菌，振动和温度-湿度共七方面的军用设备环境要求，从结构、材料以及材料表面处理三方面，设计某型号电源控制器。

关键词：设备环境要求;结构;材料;表面处理

1 概述

GJB150-86《军用设备环境试验方法 总则》规定了军用设备环境试验方法，包括总则和对高、低温度，湿热，盐雾，霉菌，振动和温度-湿度等环境的试验方法和要求，通过提供统一的，具有再現性的通用环境试验方法，以评价设备适应自然和诱导环境的能力。

本文设计的电源控制器（以下简称控制器），作为飞机用电源设备的重要组成部分，控制器的环境适应性指标应满足GJB150.1-86《军用设备环境试验方法 总则》的要求，是设计中不可或缺的要素。

本文以某型号电源控制器设计为例，从结构、材料以及材料的表面处理三方面，浅析如何满足环境适应性的设计。

2 结构及结构的环境适应性设计

2.1 结构

该控制器结构由三部分组成，控制器机箱、线路板和支架组成。其中控制器机箱由控制器罩和控制器底座组成。线路板包括上、中、下三块线路板。支架不仅是连接控制器机箱和线路板的桥梁，在满足电气安全间距的情况下，支架还要对线路板起到安装、固定作用。其结构图如图1所示。

控制器机箱有两方面的作用，一是给控制用元器件或接插件元件以及线路板等提供相对密闭的空间，其坚固的外壳保护着内部线路板和线路板上的各种敏感元器件，同时针对湿热，盐雾，霉菌和温度-湿度的不同环境要求，对内部零部件起到一定的保护作用;二是底座采用钢板材料，通过支架的连接，对线路板起到良好的抗振动作用。

为了满足标准对温度的要求，线路板上所采用元器件均采用符合军用标准的器件，保证其对温度的要求。

3 材料及材料的环境适应性分析

控制器罩采用的材料是铝板，控制器底座是不锈钢板，控制器内部所有支架的材料均采用不锈钢板，大电流通过的汇流条采用铜板，上、中、下线路板采用的材料是环氧玻璃布层压板。

3.1  铝板/铝棒及其环境适应性分析

铝的密度很小，可以制成各种铝合金;铝导电性较好，性能仅次于银、铜和金;铝是热的良导体，可以用作散热材料;铝有良好的延展性，可以制成薄于0.01mm的铝箔。

根据铝制品的不同用途，铝的表面处理方式一般有导电氧化，黑色阳极化，表面处理之后并进行喷漆处理。对于铝板或铝棒材料的零件，如果需要保持其良好的导电性的前提下进行保护，需对表面先进行导电氧化处理，如果不需要考虑铝制品的导电性，需对表面进行阳极化处理。

铝材导电氧化后可以防止电磁信号的干扰，并且氧化膜无色透明，仅有0.3～0.5um厚，不影响其导线性能。导电氧化不需要通电，是一种纯化学反应。铝材导电氧化后可以防止电磁信号的干扰，氧化膜无色透明，仅有0.3～0.5um厚，不影响其导线性能。

阳极化在通高压电的情况下进行，金属材料在电解质溶液中，通过外施阳极电流使其表面形成氧化膜，是一种电化学反应过程。铝制品阳极化处理的膜比导电氧化处理后的膜厚，且坚硬耐磨，阳极化后的铝制品不导电。因为黑色表面吸热，铝制品一般进行黑色阳极化处理，这样有利于热量传递到表面。

3.2  不锈钢及其环境适应性分析

该控制器底座设计选用的钢材为不锈钢，不锈钢全称为不锈耐酸钢，简言之，能抵抗大气的酸性腐蚀。钢一般需要热处理，从而获得所需要的性能。钢的热处理是指在固态下通过对钢进行不同的加热、保温、冷却来改变钢的组织结构。而不锈钢的表面一般进行钝化处理。钝化是使金属表面转化为不易被氧化的状态，从而延缓金属的腐蚀速度的方法。钢材钝化后不易生锈。

3.3  铜板及其环境适应性分析

采用铜板作汇流条，但铜氧化后不导电。为了防止铜板被氧化，在铜的表面需要镀（5～8）um的锡，铜镀锡后，铜和锡形成原电池，锡失去电子被氧化，从而保护金属铜。

3.4  环氧玻璃布层压板及其环境适应性分析

环氧玻璃布板是由玻璃纤维布用环氧树脂粘合后加温加压制作，在中温下机械性能高，在高温下电气性能稳定，适用于机械、电器及电子用高绝缘结构零部件，具有优良的机械加工性能、较高的耐热性和耐潮性。所以，环氧玻璃布层压板一般作为绝缘板使用，但是切割表面粗糙，易吸潮，影响绝缘性，需要进行喷漆保护。

4 不同漆的环境适应性分析

在现实条件下，面对化学、震动、高尘、盐雾、高温与潮湿等复杂环境，不同材质的零部件可能产生腐蚀、软化、变形、霉变等问题。为了保证控制器机箱、支架和线路板及其相关的零部件免受环境的侵蚀，从而提高并延长它们的使用寿命，确保使用的安全性和可靠性，设计完成后，根据不同需求，在各类零部件的表面进行涂漆或浸漆处理。以下是我厂经常用到的漆及其特性分析。

4.1  环氧漆

环氧漆是以环氧树脂为主要原料，并且环氧树脂的性能起到决定性作用的油漆总称。环氧漆是目前油漆中附着力最佳的油漆品种。环氧漆具有良好的耐碱性，耐碱性能是普通油漆如醇酸、硝基油漆不具备的。环氧漆漆膜坚韧，抗冲击、耐磨、耐折弯性能好。环氧漆具有耐湿热、潮湿的性能，适用于潮湿空气、水下污水等环境。环氧漆可以自然干燥，耐盐雾腐蚀。环氧漆的缺点是不耐紫外线，户外容易粉化，所以，通常用作底漆。

4.2 磁漆

磁漆是以清漆为基料，加入颜料研磨制成，涂层干燥后呈磁光色彩而涂膜坚硬，磁漆附着效果好，光亮，耐久。因为黑色表面吸热，一般采用黑色磁漆，有利于热量传递到表面。

4.3 电阻漆

电阻漆用于电子元器件的绝缘漆，具有涂层耐温、绝缘、抗潮等性能，电性能良好，机械强度高。

4.4 酚醛清漆

清漆是不含着色物质的一类涂料，涂于底材时，能形成具有保护、固化或特殊性能的透明漆膜。酚醛清漆由干性油酚醛涂漆加催干剂、200号油漆溶剂油制成。干燥较快，漆膜坚韧耐久，光泽好，耐热、耐水、耐弱酸碱。

4.5  三防漆

三防漆是一种特殊配方的涂料，三防漆涂覆于线路板的表面，形成一层三防的保护膜（三防指的是防潮、防烟雾、防霉）。它可在诸如化学物质、湿气、盐喷、潮湿与高温的情况下保护电路免受损害。另外，由于三防漆可防止漏电，因此允许更高的功率和更近的印制板间距，从而可以满足元件小型化的要求。

5 某型号电源控制器环境适应性设计

对于控制器罩，设计时采用铝板，在实际中作为电气地。为了保护控制器罩和底座不受环境的侵蚀，但又不损害其导电性，对控制器罩和底座表面进行导电氧化处理，并进行喷漆处理。设计时一般采用先喷锌黄色环氧酯底漆，后喷黑色丙烯酸聚氨酯无光磁漆的方法，这样不仅保证控制器罩和底座达到环境筛选的要求，而且保证它们的良好导电性。

控制器底座和内部支架均采用不锈钢材料，表面进行钝化处理。

上、中、下印制板材料均为环氧玻璃布板覆铜箔板，由于湿气是对此材料PCB电路板最普遍、最具破坏性的主要因素。过多的湿气会大幅降低导体间的绝缘抵抗性、加速分解、降低Q值、腐蚀导体。我们常常看到PCB电路板金属部分起了铜绿就是由于没有涂覆保护漆，使得金属铜与水蒸气、氧化共同化学反应引起的。综上考虑， KZQ-156控制器在验证完电路板的功能后，对电路板两面涂覆三防漆，以保护上、中、下线路板组件免受环境的侵蚀。

6 总结

环境适应性性能是检验控制器产品合格与否的一个重要参数指标。无论是结构处理还是材料选择以及喷漆等表面处理都是为了提高产品性能。该控制器产品针对环境适应性做的相关设计，最终也是经受了环境筛选的考核，说明设计思路是可行的、有效的。

参考文献

[1]中華人民共和国机械国家标准.JB/T5109_2001

[2]军用设备环境试验方法 总则.GJB 150.1-86