实验室工程师知识点分享：安全温升试验环境温度影响验证，建议技术人员必看！

一．温升的产生及危害

电子产品设备在正常使用过程中，其内部的电子元件如电阻器、电容器、绕组（变压器、电感线圈、消磁线圈）半导体器件（特别是大功率器件）等都要消耗电能，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。

当电子电器设备的温度升高时，有可能导致以下不良结果：
1.设备的安全绝缘性能损坏或降级，容易造成使用操作人员受到电击危险或因绝缘性能降级使设备内部产生放电、打火，引燃可燃物体产生危险
2. 电子电器设备可触及部分如设备的外表面、旋钮、手柄等的温度过高，当人体不经意触碰到时可能对人体造成灼伤。
3.设备内部的温度过高，有可能引起机械结构方面的不稳定性，如作为绝缘支撑结构方面的热塑性材料的软化、变形导致危险带电件间的电气间隙和爬电距离减少而产生危险。
4.温度过高会造成电子电器设备中元器件内的电子运动速度加快，从而产生较大电流，而承受较大电流、较高温度的电子元器件就比较容易加速老化，Zui终导致整机设备的使用寿命降低。
电子产品的温升试验是电子产品安全认证型式试验中的重要内容。

二．安全温升试验环境温度影响验证方案

现行的国家标准中对产品在安全认证型式试验时的实验室环境温度都有相应的规定，如GB8898-2001,《音频 视频及类似电子设备安全要求》中：如另有规定外，环境温度为15～35℃；GB4706.1-1998《家用和类似用途电器的安全 第一部分通用要求》和GB13028-91
《隔离变压器和安全隔离变压器技术要求》中：规定的环境温度为20℃±5℃；

GB7000.1-2002《灯具一般安全要求与试验》中：规定的环境温度为10℃～30℃；GB4943-2001《信息技术设备的安全》中规定:试验室环境温度除非征得有关方面同意，不得超过制造商技术规范允许的Zui高室内环境温度或25℃，两者中取较大者。

但电子产品在实际使用工作环境中，完全有可能超出标准中规定的实验室环境温度，尤其是当设备处于相对严酷的环境条件下，如高温热带地区，此时的环境温度对于电子产品的温升是否有影响，有多大影响，正是本次验证试验中要探讨的。

本次验证试验要求，选择开关电源适配器，电源变压器在环境温度为5℃到40℃每隔5℃的不同环境条件下，测量其工作温升，得出环境温度对电子产品工作温升影响性的验证分析结论。

本次验证试验的试验样品选择
1) 上海通润电子技术有限公司生产的TRAB1-12C型开关电源适配器电气参数为：
输入：220V～ 50HZ 1.0Amax
输出： 12V 2A 24W
2) 江苏辰阳电子有限公司生产的TDB-6-B1 型电源变压器
电气参数为：
输入：220V～ 50HZ
输出： 15V～ 0.4A

三．模拟环境温度的方法及可行性

为了模拟由5℃-40℃每5℃一试的环境温度，我们选择将试品放入PL-4G高低温试验箱中进行试验，根据GB/T2423.1-2001《电工电子产品环境试验第二部分：试验方法 试验A:低温》，GB/T2423.2-2001《电工电子产品环境试验 第二部分：试验方法 试验B:高温》标
准中规定，散热试验样品较好的试验方法是在无强迫空气循环下进行的，如果试验样品任何表面与其对应的试验箱壁的距离＞15cm，且试验箱体积对试验样品体积之比不小于5：1，试品应尽可能放在试验箱中心位置，以使在试品与试验箱壁之间任何部分有足够的空间，则
认为符合模拟“自由空气”条件，PL-4G试验箱的体积是100×100×80cm3，开关电源适配器的体积是6×11×3cm3,电源变压器的体积是5×4.5×4.5cm3试验箱体积对试品体积均>>5：1，为了限制辐射影响，用黑色防风罩放入试验箱内，试品在防风角的位置符合
试品与试验箱壁之间的距离。

试验箱足够大，但不用强迫空气循环就不能符合规定的环境温度，考虑到气流对温升的影响，因为气流属于强迫对流,对试品来说是附加的额外散热，对流散热公式为:
P1=a(1+b V )Sτ1.25
式中：P1为对流散热功率
a为对流散热指数
b 为与气流速度有关的常数
V 为强迫对流风速
S为散热表面积
τ为试品稳定温升值
从式中可看出，a、b均为常数，对散热功率P1影响较大的是强迫对流风速V即气流和试品稳定温升值τ,当V=0时，即无空气流动时，P1Zui小。故为保证样品温升验证试验的正确性，在试验时不应存在外来气流，参考GB/T2423.1-2001，GB/T2423.2-2001标准中的方
法A进行试验，在试验箱中温度达到要求的环境温度(有强迫气流)，将试验箱中的试验样品通电工作，试验箱停止工作(无强迫气流)，在试品工作(温升)稳定后，测量其各布测点的温升及试验箱环境温度，每个环境温度测试点均用此方法测试，由于试验箱足够大，所
以试验箱内环境温度变化较慢，在试品工作(温升)稳定时，试验箱内环境温度基本满足规定要求。

四．试验方法的实现并得出温升测量的数据

先以TRAB1-60-12C型开关电源适配器为例，按GB4943-2001标准中1.4.5、1.4.12、1.4.13条，在正常工作条件下即设备规定的试验条件（包括额定负载）下进行工作，给设备Zui不利的电源电压，使设备充分发热产生Zui高的温度或温升，通过1.6.2条输入电流测试得到如下
数据：
电压 242V 220V 198V
电流 0.305A 0.322A 0.342A
功率 28.5W 28.5W 28.5W

通常非线性电源设备在电压低的状态下，其输入电流较大，设备的发热量大，温升高。而线性电源设备在电压高的状态下，其输入电流较大，设备的发热量大，温升高。开关电源适配器Zui不利的电源电压为198V；而电源变压器为线性电源设备，其试验电压应为242V。按照发热试验测试点选择的相关要求，在开关电源适配器相应的监测点上布10个热电偶，电源变压器用绕组法来测试初级线圈的温升，其余铁芯、骨架用热电偶法测量，并在测试样品周围布5个热电偶来监测样品周围的环境温度。测试所用的仪器为DH3815T静变态测试系统和TH2512B型智能直流低电阻测试仪，具体的试验方法按前面的方法来进行，表1、表2分别是开关电源适配器和电源变压器各个监测点在规定的各个环境温度下测出的温升值。


表1：（开关电源适配器温升、温度测试结果表）

表2 中变压器初级绕组的温升是按直流铜阻法计算得到的，但对应标准中温升限值应减
少10K。



式中：△t室温﹙试验终了时﹚条件下的温升
R1-试验开始时﹙即温度T1下﹚的绕阻电阻值
R2-试验终了时﹙即已建立热稳态下﹚的绕阻电阻值
T1-试验开始时的室温
T2-试验终了时的室温
下图分别是开关电源适配器变压器线圈和外壳的温升、温度 曲线图


图1：（开关电源适配器变压器线圈温升、温度曲线图）

图2 ：（开关电源适配器外壳温升、温度 曲线图）

从表1、表2和图1、图2曲线图中可以看出，每个测试点上的温升在环境温度为5℃-40℃范围内的变化似乎并不大，但这些测试点上的温度实则上随着环境温度的变化也同步变化，GB4943-91和GB13028-91 标准中所规定的Zui高温升限值(△Tmax)是基于环境温度为25℃时作出的，但当设备的使用工作环境温度变化时，其相对应标准中Zui高温升限值ΔT的关系式为；
当标准中规定了Zui高温度限值（Tmax）
则dTmax=Tmax-Tmra
当标准中规定了Zui高温升限值(△Tmax)
则dTmax=△Tmax+25-Tmra
式中，dTmax——零部件折算后的Zui高温升限值；
Tmra ——制造厂商技术规范允许的Zui高使用环境温度或25℃，两者取较大者。
例1：可能被接触到的设备外表面，材料为塑料的Zui高温升GB4943-2001标准中表4A规定为70K，若其在Zui高使用环境温度为35℃时，工作使用时的Zui高温升限值为
dTmax=△Tmax+25-Tmra=70+25-35=60k
例2: 电容器上标识的Zui高温度为105℃。若制造厂商规定的Zui高使用环境温度为40℃，
则折算后的温升限值为
dTmax=Tmax-Tmra=105-40=65K
例3：采用E级材料绝缘的绕组，标准中规定的Zui高温升限值为90K，若规定的Zui高使用环境温度为40℃时，则折算后的温升限值为
dTmax=△Tmax+25-Tmra=90+25-40=75K
由此看出，设备使用工作的环境温度越高，其相对应的温升限值越低，所要求散热的能力越强，以防止元器件因发热过高而引起损坏或出现性能降级，设备使用工作的环境温度越低，其相应的温升限值就越高，对设备所要求散热的能力就越低。

五．根据获得的数据得出验证结论

一般情况下，由于感觉环境温度变化对温升影响不是很大，往往容易忽视其对试验结果的影响，环境温度对受试设备的Zui高温升限值有较大影响，可以说，环境温度对试验结果的判定是有较大影响的。假如设备试验时的环境温度较高，测出的温升值又接近标准中规定的Zui高温升限值时，就要考虑到是否要重新修正该环境温度下的Zui高温升限值了，我们在做电子产品设备温升试验时，要尽量在标准中规定的环境温度范围内进行，这样才能得到相对真实的测量结果。

参考文献：

GB4943-2001《信息技术设备的安全》
GB13028-91《隔离变压器和安全隔离变压器技术要求》
GB/T2423.1-2001《电工电子产品环境试验 第二部分：试验方法 试验A:低温》
GB/T2423.2-2001《电工电子产品环境试验 第二部分：试验方法 试验B:高温》