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试验案例:高温对电源适配器安全性能的影响

作者: 网络 编辑: 瑞凯仪器 来源: xh-studios.com 发布日期: 2020.06.15

    电子产品在正常使用过程中,其内部的电子元器件如电阻器、电容器、绕组(变压器、电感线圈)、半导体器件(尤其是大功率器件)都要消耗电能,其中一部分以热能的形式向外散发,使设备各个部分的温度不同程度的升高。热量的传递方式主要有三种:热传导、热对流和热辐射。所有温度高的部分会对周围温度低的部分发生热辐射。当环境温度较高时,热辐射不明显,设备的热量不易散发,会导致设备中元器件的温度升高。当设备的温度超过绝缘材料所能承受的温度时,可能导致绝缘材料软化、变形,从而导致爬电距离和电气间隙的减小,设备的安全绝缘性能下降或失效,以至引发电击危险等。另外,过高的温度还会导致灼伤、引燃、着火等危险。

高温对电源适配器安全性能的影响

    1、试验样品和试验条件

    通过试验可验证较高的环境温度会增加设备的发热程度。选择在发热上具有一定代表性的试验样品,使其处于满负载的条件下,或处于在正常工作中可能出现的最不利条件的组合下,在高低温湿热试验箱内模拟不同的环境温度来测试其主要发热部位的温升。本文所述的试验以电源适配器作为样品,使其连接最大额定负载。在+25℃~+55℃(实验室温度)之间观测随环境温度的上升,设备正常工作时温度(温升)的变化趋势。测试点主要选在:变压器绕组(或骨架)、大功率发热器件(三极管等)及其邻近的印制板、外壳等部位。

    2、试验方法

    试验采用热电偶测试法。使用数据采集器观测温度变化趋势,待测试点的温度稳定后,记录稳定时的温度。
    测试步骤为:
    (1)给试验样品加最大额定负载,或使其处在最不利的工作条件下;
    (2)使高低温湿热试验箱的温度达到预定的环境温度,并稳定;
    (3)观测试验样品的温度变化,直至各温度测试点的温度达到稳定(即温度漂移在±1℃);
    (4)记录测试结果。

    3、试验结果分析

    图1是在不同环境温度条件下电源适配器各个测试点的发热温度的曲线图,其中横坐标为环境温度,共有6个数据点,对应着6档环境温度,分别为+20℃、+25℃、+30℃、+35℃、+40 ℃和+45℃;纵坐标为各测试点温度,表示各测试点在不同环境温度下稳定的发热温度。图1中不同的曲线代表着适配器各测试点的发热温度随环境温度的变化趋势。其中最下方的曲线为高低温湿热试验箱环境温度实测值。图1中表格中的数据为图中曲线各统计点的纵向坐标值。例如:代表电解电容温度的曲线在横坐标1号统计数据点,环境温度为+20℃档(实测环境温度为21.71℃时),测得的发热温度为65.82℃。即此数据格对应从图1中由上向下数第三条曲线上的点的纵坐标值为65.82℃。

适配器不同环境温度下的温度曲线

    从图1可以看到,在环境温度20℃~45℃区间内,适配器所有各测试点的温度随着环境温度的上升基本呈线性上升趋势,而温升基本为恒定值。这些测试点包括了重要的安全器件,比如起安全隔离作用的变压器,当其温度随着环境温度的上升而升高并超过其绝缘材料所能承受的温度时,可能导致绝缘材料老化,初次级绕组间的绝缘失效,从而造成电击危险等。在相关的电子产品安全标准中,对设备中不同元器件在正常工作条件下和故障条件下的温升(温度)都规定了一定的限值。
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