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自然对流试验(无风循环温度试验)与规范说明

作者:江志宏

说明:家庭娱乐视听设备以及汽车电子是许多厂商的重点商品之一,产品在研发过程中,必须要模拟在不同温度下,产品对温度的适应性以及电子特性。但是採用一般烤箱或恆温恆湿机在进行温度环境模拟的同时,不管是烤箱或恆温恆湿机都有装置循环风扇的测试区,于是在测试区中会有风速的问题产生。 试验时,其温度均匀性是透过转动循环风扇来平衡,虽然透过风循环可以让测试区的温度达到均匀性,但是其待测品本身的发热量也会被循环风所带走,与实际产品在无风的使用环境下(如客厅、室内),会有明显的不一致性。 因为有风循环的关係,会让有送电的待测品温差将近10℃,为了模拟实际使用环境状况,很多人都会误解只有试验机台能够产生温度(如:烤箱、恆温恆湿机)就可以进行自然对流试验,其实并非如此。就规范中,针对风速方面有特别的要求,需要无风速的试验环境。透过自然对流试验设备(无强迫风循环试验),产生没有透过风扇的温度环境(自然对流),进而进行待测品相关温度侦测之测试整合试验,此解决方案可适用于家庭相关电子产品或密闭空间的实际环境温度试验(如:大尺寸液晶电视、汽车驾驶舱、汽车电子、笔记型电脑、桌上型电脑、游戏机、音响..等)。

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试验环境有无风循环对于待测品试验的差异性:

说明:待测品如不通电环境下,待测品本身不会发热,其热源只是吸收试验炉内的空气热,而待测品如果有通电发热时,其试验炉内有风循环的话,会将待测品本身热量带走,风速每增加1米,其热量就会减少10%左右。假设要模拟室内无空调环境下电子产品的温度特性(www.kson.com.tw),若使用烤箱或恆温恆湿机模拟35℃,虽然试验区透过电热与冷冻可以控制环境在35℃内,但烤箱与恆温恆湿机的风循环会将待测品的热量带走,使待测品实际上的温度低于真正无风状态下的温度。所以必须使用无风速的自然对流试验机才能有效的模拟实际无风环境(如:室内、无启动时的汽车驾驶舱、仪器机箱、户外防水盒..等环境)。

待测品有无风循环的示意比较图:

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室内无风循环且有太阳辐射热照射环境:

说明:透过自然对流试验机,模拟客户端实际使用的真实无强制空调对流环境下,产品的热点分析与散热特性评估,如照片中液晶电视不只是要考虑本身的散热外(www.kson.com.tw),还要评估窗外热辐射对其的影响,热辐射对于产品有可能会产生外加35℃以上的辐射热升温。

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风速与IC待测品週温对照表:

说明:环境风速越快时,其IC表面温度也会因风循环的关係将IC表面热量带走,造成风速越快其温度也降的越低,(www.kson.com.tw)以下面图片为例,当风速为0的时候咖啡色的线温度是在100℃,但是当风速达到5m/s时,其IC的表面温度已经低于80℃以下了。

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自然对流恆温环境下分析电路板的热点改善:

说明:图片左边为未进行热点改善的电路板,透过自然对流试验机提供一个无风环境,与多轨温度纪录量测电路板各热点的温度,发觉因为热空气上升的关係,LSI的IC被SSI所释放出来的热,积热到50℃,以θ10℃法则来说,温度越高产品的寿命越短,其可靠度也会降低很多,透过热分析改善之后,将LSI的IC设计在电路板最底层,LSI的温度降低很多,其寿命与可靠度也大幅提昇。

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无强迫空气循环试验:

说明:依据IEC60068-2-2的规范要求,高温试验流程中,需进行无迫空气循环的试验条件,其试验过程需维持在无风循环组件下,其在试验炉内进行高温测试,所以此试验无法透过恆温恆湿机或是烤箱来进行,需透过自然对流试验机,方可模拟自由空气条件。

无强迫空气循环试验规范:IEC-60068-2-2、GB2423.2、GB2423.2-89 3.3.1 在IEC 60068-2-2-2007、GB2423.2的自然对流试验要求流程图:

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免用电脑直接量测待测品多点温度:

说明:昆山庆声电子的自然对流试验机,内建RS-232通讯介面与Agilent 34970A资料收集器的温度控制程式,不需要透过电脑就可以在进行恆热试验时,同时将待测品所量测到的各点温度值纪录在控制器的试验曲线裡面,除了控制器可以直接观看曲线之外,并可用随身碟将曲线拷贝出来,在电脑上进行细部曲线分析(机台不包含Agilent 34970A资料收集器,需外购)。

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试验条件说明:

无强迫空气循环试验规范:IEC-68-2-2、GB2423.2、GB2423.2-89 3.3.1

无强迫空气循环试验:无强迫空气循环的试验条件可良好地模拟自由空气条件

GB2423.2-89 3.1.1:

在自由空气条件下量测时,试验样品温度达稳定时,其表面最热点的温度高于周围大器温度5℃以上时,就为散热试验样品,否则就是属于非散热试验样品。

GB2423.2-8 10(试验散热试验样品温度渐变的高温试验):

提供一个标准的试验程序,以用来确定散热电子电子产品(包括元件、设备级其他产品)在高温下使用的适应性 。

试验要求:

a.无强迫空气循环(装有风扇或鼓风机)的试验机

b.单个试验样品

c.升温速率不大于1℃/min

d.试验样品温度达到稳定后对试验样品通电或家电气负载,进行电性能检测

相关试验设备

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    自然对流试验机

    昆山庆声电子研发出一套模拟实际室内环境温度的解决方案,透过自然对流试验设备与软体,产生没有透过风扇的温度环境(自然对流),并且进行待测品相关温度侦测之测试整合试验,此解决方案可适用于家庭相关电子产品的实际环境温度试验(如:大尺寸液晶电视、笔记型电脑、桌上型电脑、游戏机、音响.......等)。

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