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    海拔高度對電子產品性能的影響及要求

    發布時間: 2021-12-06  點擊次數: 360次

    低氣壓試驗箱 - 副本.png


    高低溫濕熱低氣壓試驗箱主要規格和技術參數:

    型號

    SE-DQ500

    SE-DQ1000

    SE-DQ2000

    工作室尺寸

    (W×D×H)cm

    80×70×90

    100×100×100

    120×120×150

    外形尺寸

    (W×D×H)cm

    150×275×190

    140×325×200

    180×370×230

    調溫方式

    平衡調溫方式(BTC方式)

     

    溫度范圍

    -70℃~150℃

    溫度波動度

    ≤1.0℃(常壓空載)

    溫度均勻度

    ≤2.0℃(常壓空載)

    溫度偏差

    ±2.0℃(常壓空載)

    升降溫速率

    升溫(20~+150℃)≤50min   降溫(20~-60℃)1.0℃/min

    濕度范圍

    20~98%RH

    濕度偏差

    ±3%RH(常壓空載)

    壓力范圍

    常壓~0.5 kPa

    壓力精度

    ±2KPa(常壓~40KPa時);±5%(40KPa~4KPa時);

    ±0.1KPa(4KPa~1KPa時)

    降壓速率

    ≤45min(常壓→1KPa)

    快速降壓

    降壓范圍:75.2Kpa-18.8 Kpa;降壓時間:15秒

    制冷機

    半封閉壓縮機

    冷卻方式

    水冷(水溫7℃~28℃,水壓0.1~0.3Mpa),以便確保降溫性能

    抽真空方式

    機械旋片式真空泵

    加熱器

    陶瓷架構鎳鉻電熱絲/防爆型鎧裝電熱管

    觀察窗

    觀察窗鍍膜中空玻璃

    控制器

    中文彩色觸摸屏+ PLC控制器(控制軟件自行開發)

    電子產品主要組成模組包括CPU、RAM、ROM、時鐘、AC/DC電源、PCB、外圍電路器件電容/電阻/電感、結構件。海拔高度發生變化,溫度、濕度、空氣密度、大氣壓強也隨之變化,那么海拔的變化對電子產品會產生怎樣的影響呢?

     

    查看下述兩個表數據,海拔每升高1km,相對大氣壓力約降低12%,空氣密度約降低10%,絕對濕度隨之降低,Zui高溫度降低5 ℃,平均溫度降低5 ℃。那我們可以從大氣壓強、濕度、溫度三個維度評估海拔升高對電子產品工作狀態、抗擾度、生命周期等要素的影響。

    1、環溫下降對機器啟動的影響

     

    溫度過低可能致使機器不能啟動。原因是低溫影響自由電子數量及電子運動速率,進一步導致部分器件無法正常工作。故在實際應用中元器件按照操作溫度分軍規(-55℃~+85℃)、工規(-25℃~+70℃)、商規(0℃~+60℃)三類。器件啟動異常的臨界溫度點可以稱為極限溫度,一般低于或高于操作臨界值。

     

    因為PNP、NPN等是元器件(芯片)的基本組成元素,故我們以升溫對三極管電流影響曲線圖為例分析,可明確溫度升高會使自由電子數量增加且運動速率加快,電流增大。溫度降低則反之,則當自由電子數量無法滿足器件開始工作臨界條件時,機器無法啟動。

    2、空氣密度下降對產品散熱性能影響

     

    熱量傳遞有三種方式:熱輻射、熱傳導、對流傳熱。對于計算機類產品,三種散熱方式一般都會交疊使用,如:

    1)熱輻射:機箱或器件作為熱源向空氣輻射電磁波,向空氣傳遞熱量,器件輻射的熱量開始階段依舊存在于機箱內;

    2)熱傳導:散熱片/散熱器被動散熱,器件表面熱量通過接觸面傳導給散熱器,散熱器熱輻射到空氣中;

    3)熱對流:自然風流或風扇主導的強制空氣對流,機箱內熱量通過空氣對流傳遞到機箱外空氣中;

     

    我們可發現無論是熱輻射還是熱傳導,如果熱量是傳遞到機箱內空氣中,最終需要通過熱對流傳遞到空氣外,而熱對流需要空氣介質,就像真空中熱量只能通過熱輻射傳遞(月球有熱源時最高溫127℃,無熱源Zui低溫-183℃),空氣密度下降將導致同功耗情況下,對產品散熱效率要求更高,繼而對散熱設計提出新要求。

    假如CPU的溫度在海平面的溫度為68.3度,環境溫度為35度, 可以推導出在海拔1500m的溫度為(68.3-35)x(1+0.00009x1500)+35=72.8度。

     

    3、空氣密度下降對產品絕緣性能影響

     

    絕緣測試有介質強度(AC/DC,施加于回路與回路之間或回路與GND之間)、絕緣電阻(直流,施加于回路與回路之間或回路與GND之間),以這兩項測試為基準分析隨空氣密度下降,產品絕緣性能的影響。

     

    實驗中產品測試絕緣不合格的直接表現是漏電流超過標準要求,導致漏電流超標的原因有:爬電距離不足導致電弧放電短路、器件耐壓性能不足導致被擊穿。

     

    如下圖,藍色虛線表示PCB介質導電最短路徑,紅色虛線表示電弧爬電最短路徑,對于設計定型的產品,由于其電氣間隙已經固定,隨空氣壓力的降低,其擊穿電壓也下降??諝鈮毫蚩諝饷芏鹊慕档褪箍諝饨橘|滅弧的開關電器滅弧性能降低,通斷能力下降和電壽命縮短:

    a)直流電弧的燃弧時間隨海拔升高或氣壓降低而延長;

    b)直流與交流電弧的飛弧距離隨海拔升高或氣壓降低而增加。

     

    故隨海拔升高,安全間隙需要增大,參考標準UL/EN 60950-1,以2000m海拔為基準,系數/安全距離與海拔/氣壓之間關系

    4、大氣壓降低對電容器影響

     

    電容器按照不同的功用有十多種分類,其中按電解質分類:有機介質電容器、無機介質電容器、電解電容器、電熱電容器和空氣介質電容器等。特別對于液態電解質電容器、空氣介質電容器,當海拔升高,氣壓降低:

     

    1)電解電容的內外部的壓力差會變大,放電電壓降低,導致電容器內部的局部放電問題;

    2)晝夜溫差會變大,同時內部外部的壓力差也變大,對密封性及結構強度要求更高,否則可能鼓包。

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