海拔高度對電子產(chǎn)品性能的影響及要求

高低溫濕熱低氣壓試驗箱主要規(guī)格和技術(shù)參數(shù)：

電子產(chǎn)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(jié)構(gòu)件。海拔高度發(fā)生變化，溫度、濕度、空氣密度、大氣壓強也隨之變化，那么海拔的變化對電子產(chǎn)品會產(chǎn)生怎樣的影響呢？

查看下述兩個表數(shù)據(jù)，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(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(shù)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(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(shù)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(shù)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(chǎn)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(chǎn)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(nèi)；

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?zhèn)鲗Ыo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(nèi)熱量通過空氣對流傳遞到機箱外空氣中；

我們可發(fā)現(xiàn)無論是熱輻射還是熱傳導，如果熱量是傳遞到機箱內(nèi)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(zhì)，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(chǎn)品散熱效率要求更高，繼而對散熱設(shè)計提出新要求。

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(chǎn)品絕緣性能影響

絕緣測試有介質(zhì)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(chǎn)品絕緣性能的影響。

實驗中產(chǎn)品測試絕緣不合格的直接表現(xiàn)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(zhì)導電最短路徑，紅色虛線表示電弧爬電最短路徑，對于設(shè)計定型的產(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。空氣壓力或空氣密度的降低使空氣介質(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(shù)/安全距離與海拔/氣壓之間關(guān)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(zhì)分類：有機介質(zhì)電容器、無機介質(zhì)電容器、電解電容器、電熱電容器和空氣介質(zhì)電容器等。特別對于液態(tài)電解質(zhì)電容器、空氣介質(zhì)電容器，當海拔升高，氣壓降低：

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

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