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海拔高度對(duì)電子產(chǎn)品性能的影響及要求
點(diǎn)擊次數(shù)：3808 發(fā)布時(shí)間：2021-12-6
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） | |||
性 能
| 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(kāi)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(guò)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(wú)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(wú)法滿足器件開(kāi)始工作臨界條件時(shí)，機(jī)器無(wú)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(kāi)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(guò)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(guò)空氣對(duì)流傳遞到機(jī)箱外空氣中；
我們可發(fā)現(xiàn)無(wú)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(guò)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(guò)熱輻射傳遞（月球有熱源時(shí)最高溫127℃，無(wú)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(guò)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(kāi)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(zhǎng)；
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(wú)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(wèn)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。