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海拔高度對(duì)電子產(chǎn)品性能的影響及要求

發(fā)布時(shí)間: 2021-12-06  點(diǎn)擊次數(shù): 3112次

低氣壓試驗(yàn)箱 - 副本.png


高低溫濕熱低氣壓試驗(yàn)箱主要規(guī)格和技術(shù)參數(shù):

型號(hào)

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(diào)溫方式

平衡調(diào)溫方式(BTC方式)

 

溫度范圍

-70℃~150℃

溫度波動(dòng)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(shí));±5%(40KPa~4KPa時(shí));

±0.1KPa(4KPa~1KPa時(shí))

降壓速率

≤45min(常壓→1KPa)

快速降壓

降壓范圍:75.2Kpa-18.8 Kpa;降壓時(shí)間:15秒

制冷機(jī)

半封閉壓縮機(jī)

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(jī)械旋片式真空泵

加熱器

陶瓷架構(gòu)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(fā))

電子產(chǎn)品主要組成模組包括CPU、RAM、ROM、時(shí)鐘、AC/DC電源、PCB、外圍電路器件電容/電阻/電感、結(jié)構(gòu)件。海拔高度發(fā)生變化,溫度、濕度、空氣密度、大氣壓強(qiáng)也隨之變化,那么海拔的變化對(duì)電子產(chǎn)品會(huì)產(chǎn)生怎樣的影響呢?

 

查看下述兩個(gè)表數(shù)據(jù),海拔每升高1km,相對(duì)大氣壓力約降低12%,空氣密度約降低10%,絕對(duì)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(qiáng)、濕度、溫度三個(gè)維度評(píng)估海拔升高對(duì)電子產(chǎn)品工作狀態(tài)、抗擾度、生命周期等要素的影響。

1、環(huán)溫下降對(duì)機(jī)器啟動(dòng)的影響

 

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

 

因?yàn)镻NP、NPN等是元器件(芯片)的基本組成元素,故我們以升溫對(duì)三極管電流影響曲線圖為例分析,可明確溫度升高會(huì)使自由電子數(shù)量增加且運(yùn)動(dòng)速率加快,電流增大。溫度降低則反之,則當(dāng)自由電子數(shù)量無法滿足器件開始工作臨界條件時(shí),機(jī)器無法啟動(dòng)。

2、空氣密度下降對(duì)產(chǎn)品散熱性能影響

 

熱量傳遞有三種方式:熱輻射、熱傳導(dǎo)、對(duì)流傳熱。對(duì)于計(jì)算機(jī)類產(chǎn)品,三種散熱方式一般都會(huì)交疊使用,如:

1)熱輻射:機(jī)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(jī)箱內(nèi);

2)熱傳導(dǎo):散熱片/散熱器被動(dòng)散熱,器件表面熱量通過接觸面?zhèn)鲗?dǎo)給散熱器,散熱器熱輻射到空氣中;

3)熱對(duì)流:自然風(fēng)流或風(fēng)扇主導(dǎo)的強(qiáng)制空氣對(duì)流,機(jī)箱內(nèi)熱量通過空氣對(duì)流傳遞到機(jī)箱外空氣中;

 

我們可發(fā)現(xiàn)無論是熱輻射還是熱傳導(dǎo),如果熱量是傳遞到機(jī)箱內(nèi)空氣中,最終需要通過熱對(duì)流傳遞到空氣外,而熱對(duì)流需要空氣介質(zhì),就像真空中熱量只能通過熱輻射傳遞(月球有熱源時(shí)最高溫127℃,無熱源Zui低溫-183℃),空氣密度下降將導(dǎo)致同功耗情況下,對(duì)產(chǎn)品散熱效率要求更高,繼而對(duì)散熱設(shè)計(jì)提出新要求。

假如CPU的溫度在海平面的溫度為68.3度,環(huán)境溫度為35度, 可以推導(dǎo)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(duì)產(chǎn)品絕緣性能影響

 

絕緣測(cè)試有介質(zhì)強(qiáng)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(xiàng)測(cè)試為基準(zhǔn)分析隨空氣密度下降,產(chǎn)品絕緣性能的影響。

 

實(shí)驗(yàn)中產(chǎn)品測(cè)試絕緣不合格的直接表現(xiàn)是漏電流超過標(biāo)準(zhǔn)要求,導(dǎo)致漏電流超標(biāo)的原因有:爬電距離不足導(dǎo)致電弧放電短路、器件耐壓性能不足導(dǎo)致被擊穿。

 

如下圖,藍(lán)色虛線表示PCB介質(zhì)導(dǎo)電最短路徑,紅色虛線表示電弧爬電最短路徑,對(duì)于設(shè)計(jì)定型的產(chǎn)品,由于其電氣間隙已經(jīng)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|(zhì)滅弧的開關(guān)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(shí)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(biāo)準(zhǔn)UL/EN 60950-1,以2000m海拔為基準(zhǔn),系數(shù)/安全距離與海拔/氣壓之間關(guān)系

4、大氣壓降低對(duì)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(zhì)分類:有機(jī)介質(zhì)電容器、無機(jī)介質(zhì)電容器、電解電容器、電熱電容器和空氣介質(zhì)電容器等。特別對(duì)于液態(tài)電解質(zhì)電容器、空氣介質(zhì)電容器,當(dāng)海拔升高,氣壓降低:

 

1)電解電容的內(nèi)外部的壓力差會(huì)變大,放電電壓降低,導(dǎo)致電容器內(nèi)部的局部放電問題;

2)晝夜溫差會(huì)變大,同時(shí)內(nèi)部外部的壓力差也變大,對(duì)密封性及結(jié)構(gòu)強(qiáng)度要求更高,否則可能鼓包。

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