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环境温度对开关电源适配器温升的影响及规律探究

作者:郑祖斌(福建省产品质量检验研究院,福州 350002)时间:2021-03-31来源:电子产品世界收藏
编者按:本文分析开关电源适配器温度试验数据,总结环境温度对开关电源适配器温升的影响规律。为业内一直存在的开关电源适配器温升判定方法的争议给出个人意见,也为其它电气产品进行温度试验时的限值计算或判定提供参考。


本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/202103/424071.htm

1   探究背景及试验流程

GB 4943.1-2011《信息技术设备安全第1 部分:通用要求》标准第1.4.12 条款“温度测量条件”中,对相关电气元件的温度限值作出了明确规定:对于非温度依赖型设备相关元件的最高温度(T)不得超过温度限值(Tmax+Tamb-Tma)[1-2]。其中,Tmax 为规定的符合试验要求的最高温度;Tamb 为试验期间的环境温度;Tma 为制造厂商技术规范允许使用的最高环境温度或35 ℃(两者中取较高者)[1]

从温度限值(Tmax+Tamb-Tma)[1-2] 计算公式中可以看出,Tamb 属于不可确定的变量(实验室环境温度会受到所处地理位置、气候条件、天气情况及温度调节装置等影响),在不同试验环境温度下,温度限值不同。假设Tamb 升高ΔTamb,温度限值也相应的增加ΔTamb,那么元器件发热稳定后T 是否也增加ΔTamb 呢?在海量的温度试验中发现,当Tamb 升高ΔTamb,经过一段时间元器件发热稳定后,元件的最高温度T 并不是升高ΔTamb,而是小于ΔTamb,即ΔT < ΔTamb。

笔者为了探究两者间可能存在的某种规律,对随机选取的一系列电源适配器进行温度试验。探究流程如图1。

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图1 探究流程

2   试验前准备

2.1 选取样品

随机抽取若干,样品编号及输出规格如下。

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2.2 测试环境搭建

测试环境如图2 所示,用一块不透风的布将一个足够大的试验箱(长× 宽× 高=4.5 m×2.1 m×2.7 m)分隔成两个空间,其中开关电源所在空间风速与室内风速相近,约为0~0.2 m/s。

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图2 测试环境

2.3 试验方法

试验电压:90 V/50 Hz,264 V/50 Hz;试验箱温度设定:15 ℃开始试验,每隔5 ℃试验一次,依据样品预期的最高环境温度设定试验箱内最高的试验温度;

试验箱湿度设定: 所有试验湿度均设定为55%RH;

输出负载:使用稳定性好的精密电阻作为负载,依据额度输出规格连接对应大小的电阻;当试验箱内温度达到设定值并稳定不少于1 h 后开始接通电源进行试验,待发热稳定后结束试验。在进行下一轮试验前,开关电源适配器元器件温度需恢复到初始状态。

温度监测点:由于内部元件发热明显,且为了不对内部元件的散热造成太大影响,本探究对内部具有代表性的三个元器件的温度进行监测。三个元器件分别为:初级电解电容、变压器绕组、印制板。

3   试验数据整理及分析

3.1 各样品温度实测值

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3.2 环境温度差及对应的温度监测点温度差

依据3.1 中的温度数值分别计算环境温度差和温度监测点温度差。

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3.3 计算ΔT/ ΔTamb的比值γ

依据3.2 中的数据计算ΔT/ ΔTamb 的比值γ,数值保留3 位有效数字。

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3.4 统计分析γ值的规律

从3.3 所得的γ 值可以看出γ 值的分布区间在[0.6,1],且试验电压对γ 值的影响不大。综合统计90 V 和264 V试验电压下不同元器件不同γ 值出现的个数,分别见图3,图4,图5。

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从图3、图4、图5 数据中可以看出不同元件对应的γ 值均主要分布区间为[0.75,0.90]。综合统计所有元器件γ 值共198 组数据,其中分布在[0.75,0.90] 的γ 值有170 组数据,占了总数的85.86%。从统计的数据中分析得出ΔT/ ΔTamb 的比值γ 大概率区间为[0.75,0.90]。

4   结语

经过多组试验的统计处理分析, 当Tamb 升高ΔTamb,经过一段时间元器件发热稳定后,元件的最高温度T 并不是升高ΔTamb,而是小于ΔTamb,且ΔT/ ΔTamb的比值γ 大概率区间为[0.75,0.90]。当Tamb 升高ΔTamb时,应用γ 值去修正元件最高温度即T 升高γ×ΔTamb,再用(T+γ×ΔTamb)与温度限值[Tmax-Tma+(Tamb+ΔTamb)]进行比较。

笔者建议:

1) 若γ=0.75,计算所得的元件最高温度依然超过温度限值,则应要求企业整改;

2) 若γ=0.9,计算所得的元件最高温度小于温度限值但在2 ℃ [3] 范围内,考虑到不确定度的影响,应建议企业整改;

3) 若γ=0.9,计算所得的元件最高温度小于温度限值且超过2 ℃ [3],则可以认为符合标准要求。

在日常的开关电源适配器温升试验中,若常温下试验所得的元器件的最高温度处于温度限值的临界值时,可通过此规律推算出相对准确的试验结果,而不需要花费大量时间和资源成本去重新评估测试,也能有效地解决和回应企业的疑议。如有需要,对于其他电子产品的温升试验结果也可参考上述得出的γ 值,进行相对更准确的判定。

最后,由于试验条件的限制,本论文得出的结论具有一定的局限性,对于监督抽查或类似性质的检测任务,依然需要在符合标准规定的试验条件下开展进一步的试验,以便取得更有说服力的试验结果。

参考文献:

[1] 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局、中国国家标准化管理委员会.GB 4943.1-2011《信息技术设备 安全 第1部分:通用要求》[S].2011.

[2] IEC 60950-1:2005,MOD《Information technology equipment-Safety-Part 1:General requirements》[S].

[3] IEC GUIDE 115(Edition 1.0) 《Application of uncertainty of measurement to conformity assessment activities in the electrotechnical sector》[S].

(本文来源于《电子产品世界》杂志2021年2月期)



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