DKK | EUR | USD

Hold elektroniske projekter sikre og vejrbestandige i længere tid med de rigtige kabinetter

Af Patrick Mannion

Bidraget af Digi-Keys nordamerikanske redaktører

Mange designere af DIY eller prototype-projekter finder ofter det passende kabinet i sidste øjeblik, efter at elektronikken er lagt ud. Dette kan være rimeligt, hvis det midlertidigt skal bruges indendørs på et skrivebord eller placeres på en væg. Men hvis projektet er beregnet til brug udendørs over en lang periode, vil det hurtigt bukke under for elementerne eller blive beskadiget, enten forsætligt eller utilsigtet af ondsindet manipulation eller tankeløs omgang.

Det er vanskeligt at fremstille et passende kabinet ved hjælp af tilgængelige materialer og selvom off-the-shelf muligvis opfylder krav til robusthed, er de muligvis ikke den rigtige størrelse og de for sårbare over for manipulation samt mangler æstetik. De sidstnævnte to kan være problematiske, hvis kabinettet skal side på ydersiden af et bolig eller en kommerciel bygning.

For små elektroniske projekt-huse eller kabinetter, der placeres udenfor, er det bedst at vælge en række officielt IP-68-kvalificerede polycarbonatkabinetter, der kan forsegle elektronikken effektivt mod elementerne.

Denne artikel vil diskutere virkningerne af regn, ekstreme temperaturer og sollys på elektroniksystemer og deres kabinetter. Den vil derefter beskrive, hvad IP-68-beskyttelse indebærer, før der introduceres kabinetter fra Hammond Manufacturing med tilhørende pakninger, der opfylder både fysiske og æstetiske krav.

Hvorfor elektronikkabinetter skal yde miljøbeskyttelse

Elektroniske systemer, der bruges udendørs, er modtagelige for forringelse på grund af varme, kulde, fugtighed, direkte sollys (især UV-stråling) vibrationer og fysisk manipulation. De udsættes også for mange kilder til elektrisk og elektromagnetisk støj. Designere kan redegøre for ekstreme temperaturer gennem korrekt kredsløbskonstruktion, komponent nedbrydning og termisk styringsteknikker såsom kølelegmer, ventilatorer og ved at minimere det samlede strømforbrug. Vibration kan redegøres for ved montering af pc-kort på vibrationsisolatorer, og elektrisk og RF-støj kan afhjælpes ved hjælp af filtre, drosselspoler og passende jordforbindelsesteknikker.

Fugt og luftfugtighed er dog især skadelig. Når fugt er trængt ind i et system, kan forøget luffugtighed, føre til kondens, efterfulgt af korrosion og ultimativ forringelse over tid af halvlederpassiveringslag, loddeforbindelser og fysiske forbindelser. Når de kombineres med forurenende stoffer som støv og snavs, der muligvis er kommet ind i kabinettet, før det lukkes multipliseres de skadelige virkninger. De forskellige måder, hvorpå fugt påvirker komponenter, inkluderer elektrokemisk, galvanisk, anodisk og katodisk. Alle udgør en fare for pålideligheden af elektronik, nogle subtile og nogle mere indlysende (figur 1).

Billede af virkningerne af fugt og luftfugtighed på elektroniske komponenterFigur 1: Virkningerne af fugt og fugtighed på elektroniske komponenter, kort og forbindelser kan være meget skadelige over tid. (Billedkilde: PCFixit.au)

Virkningerne af fugtindtrængen kan mindskes ved hjælp af teknikker såsom placering af epoxy eller geler over kritiske komponenter. For masseproducerede systemer kan konform overtræk på 20 til 50 mikron, eller endda op til 100 mikron i ekstreme tilfælde, dække hele pc-kortet og være en god løsning. Nogle komponenter, f.eks. DIP-switches, variable modstande og batteriholdere, kan dog ikke modtage sådanne overtræk. Ligeledes kan konforme overtræk muligvis ikke helt dække kanterne (kantkrypning) og udsætte baner og forbindelser til korrosion.

Fugtens fulde virkning afhænger af varme og relativ fugtighed. Fuldstændige testretningslinjer for fugt og fugtighed til udendørs udstyr er dækket af ETSI EN 300 019-1-4 V2.2.1 (2014-04) “Miljøteknik (EE); Miljøforhold og miljøtest for telekommunikationsudstyr; Del 1-4: Klassificering af miljøforhold; Stationær brug på ikke-vejrbeskyttede steder”.

Dette er en nyttig testguide for hobbyister og essentiel for fagfolk. Den klassificerer de forskellige betingelser, som en enhed kan have for seismik, jordskælv, stød, solstråling og temperatur. Det inddeler endvidere miljøklasser i vand, nedbør, skimmelvækst, dyreangreb (dvs. termitter) og saltholdighed i luft. Det har også nogle gode definitioner, der er direkte relevante her og understreger betydningen af fugtighed:

  • Absolut fugtighed: Masse af vanddamp i gram, der er forbundet med en kubikmeter tør luft i en luft/vanddampblanding.
  • Ikke-vejrbeskyttet placering: Placering, hvor udstyret ikke er beskyttet mod direkte vejrpåvirkning.
  • Relativ luftfugtighed: Forholdet mellem partiets tryk af vanddampen i fugtig luft ved en given temperatur og det partielle tryk af vanddampen i mættet luft ved den samme temperatur.
  • Stationær brug: Brug af udstyr monteret fast på strukturen eller på monteringsenheder, eller det placeres permanent på et bestemt sted.

For designere er forebyggelse imidlertid altid bedre end en kur. Det er her International Protection (IP) -klassificeringen IP-68 kommer i spil.

Hvad er IP-68?

Også kaldet IP-beskyttelse hvor IP-koderne stammer fra EN 60529 og tildeler to cifre, der angiver graden af beskyttelse, der leveres med hensyn til støv og fugtighed (figur 2). Opgaverne klassificerer graden af beskyttelse, der ydes mod indtrængen af faste genstande, såsom fingre og hænder, samt støv og vand. Målet er at give klarhed omkring ellers vage og subjektive udtryk som "vandtæt".

Det første ciffer efter IP vedrører faste stoffer, det andet ciffer vedrører væsker. Så i tilfælde af IP-68 er et system kompatibelt, hvis det er fuldstændigt beskyttet mod støv (6) og i lange perioder under vandstråler eller nedsænkning under tryk (8).

Tabel over IP-koder tildeler et ciffer til at indikere et systems grad af beskyttelseFigur 2: IP-koderne tildeler et ciffer, der angiver et systems grad af beskyttelse mod snavs (venstre) og fugt (højre). (Billedkilde: focusondrives.com)

Hvordan imødekommer man IP-68 krav

Selvom det er muligt at designe en IP-68-kabinet fra bunden, er der virkelig ikke behov for at opfinde hjulet igen, når virksomheder som Hammond Manufacturing allerede har gjort grundarbejdet. Hammond Manufacturing's 1557-serie af kabinetter til barske miljøer er designet med UV-stabiliseret polycarbonatmateriale til at imødekomme IP-68 krav, mens de også tager højde for æstetik og giver et "moderne" look med "bløde" kurver i to farver - Sort og lysegrå (figur 3).

Billede af Hammond Manufacturing 1557 serien af kabinetterFigur 3: 1557-serien med indkapslinger imødekommer både IP-68-krav og design-æstetik, mens de giver en række monteringsmuligheder. (Billedkilde: Hammond Manufacturing)

1557-serien har en UL94-5VA klassificering af brandfarlighed og opnår beskyttelse mod støv, olie og vandindtrængning ved hjælp af en todelt tunge-og-rille-konstruktion med en højtempereret UL-listet silikonepakning, model 1557BGASKET (Figur 4).

Billede af Hammond Manufacturing 1557BGASKET, der er lavet af UL-listet silikoneFigur 4: 1557BGASKET er lavet af UL-listet silikone og hjælper 1557-kabinettet med at opnå IP-68-klassificering. (Billedkilde: Hammond Manufacturing)

Dækslet fastgøres derefter med M4 rustfrit stål maskinskruer, model SC576-50 (Figur 5). Disse er skruet ind i korrosionsbestandige bøsninger for at muliggøre gentagen montering og adskillelse, såsom i prototyping iforb. med design.

Billede af Hammond Manufacturing model SC576-50 M4 maskinskruer Figur 5: Model SC576-50 M4-maskinskruer trækkes sikkert ind i korrosionsbestandige bøsninger for at muliggøre gentagen montering og adskillelse. (Billedkilde: Hammond Manufacturing)

1557-serien leveres i en lang række størrelser, der imødekommer forskellige applikationsbehov, og leveres med en række monteringsmuligheder, inklusive pc-kort, for monteringsfleksibilitet. Størrelserne er baseret på fire grundlæggende planstørrelser, hver i to højder. Størrelserne er:

  • 80 x 80 mm grundflade, i højder på 45 mm eller 60 mm
  • 120 x 120 mm, 160 x 160 mm og 200 x 200 mm grundflader i højder på 45 mm eller 70 mm

Monteringsmulighederne er som vist (figur 3, igen):

  • Kraftig, vægflangeholder (monteringbeslag udaf)
  • Flush vægbeslag (monteringsbeslag som nøglehulspor)
  • Skrivebord/bordplade (gummifødder inkluderet)

Hver mulighed har en klar styrke. Den kraftige vægmonteringsmodel har et sæt af to eller fire vægmonteringsbeslag, der er sikkert skruet bag på kabinettet. Beslagene stikker ud fra kanten af kabinettet, så brugeren sikkert kan montere den på væggen ved hjælp af deres egen værktøj. Dette er ideelt til applikationer, hvor sikkerhed er kritisk, og installationerne er permanente.

Monteringsmodellen har de samme vægmonteringsbeslag, men de vippes rundt og monteres i hulrum på bagsiden af kabinettet. I denne konfiguration fungerer beslagene som nøglehulspor, hvilket giver et mere elegant udseende med indbygning. Denne konfiguration er også ideel til applikationer, hvor kabinettet midlertidigt er fastgjort til væggen.

Hver kabinet inkluderer fire klæbende gummifødder til brug i desktop/bordplads-placering. I denne placering bruges vægmonteringstabberne ikke. Istedet placeres gummifødder i hvert hjørne. Der er et forsænket område i hvert hjørne for fødderne for at sikre korrekt placering og opretholde en lavere profil samt for at holde fødderne sikkert på plads. Flere gummifødder, model 1421T6CL, kan bestilles om nødvendigt.

Tilbehør, der følger med kapslerne, inkluderer vandtætte ledningsgreb/kabelforskruninger og stangmonteringssæt.

Konklusion

Meget udviklingsarbejde er fokuseret på design af elektronik, i det omfang designere kan undervurdere, hvor vigtigt det kan være at vælge den rigtige kabinet til udendørs applikationer. Uden passende beskyttelse kan fugtighed, ekstreme temperaturer, støv, olie og andre forurenende stoffer kombineres for at kompromittere den elektriske og strukturelle integritet af et design.

Sådanne kabinetter er imidlertid vanskelige at designe. Ved at vælge off-the-shelf kabinetter, der opfylder IP-68-klassificering hvorved designere hurtigt kan få et design til markedet, der imødekommer udfordringerne ved udvidet udendørs brug.

Disclaimer: The opinions, beliefs, and viewpoints expressed by the various authors and/or forum participants on this website do not necessarily reflect the opinions, beliefs, and viewpoints of Digi-Key Electronics or official policies of Digi-Key Electronics.

Om denne forfatter

Patrick Mannion

After starting in engineering, Patrick Mannion has been analyzing the electronics industry for over 25 years, with a focus on informed editorial to help engineers manage risk, contain costs, and optimize designs. Formerly brand director and vice president of UBM Tech's electronics group, he now provides custom content services.

Om udgiveren

Digi-Keys nordamerikanske redaktører