海拔高度對電子產品性能的影響及要求

高低溫濕熱低氣壓試驗箱主要規格和技術參數：

電子產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、結構件。海拔高度發生變化，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品會產生怎樣的影響呢？

查看下述兩個表數據，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品工作狀態、抗擾度、生命周期等要素的影響。

1、環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。故在實際應用中元器件按照操作溫度分軍規（-55℃~+85℃）、工規（-25℃~+70℃）、商規（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；

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傳導給散熱器，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，機箱內熱量通過空氣對流傳遞到機箱外空氣中；

我們可發現無論是熱輻射還是熱傳導，如果熱量是傳遞到機箱內空氣中，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，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，對產品散熱效率要求更高，繼而對散熱設計提出新要求。

假如CPU的溫度在海平面的溫度為68.3度，環境溫度為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、空氣密度下降對產品絕緣性能影響

絕緣測試有介質強度（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，產品絕緣性能的影響。

實驗中產品測試絕緣不合格的直接表現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介質導電最短路徑，紅色虛線表示電弧爬電最短路徑，對于設計定型的產品,由于其電氣間隙已經固定，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滅弧的開關電器滅弧性能降低，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/安全距離與海拔/氣壓之間關系

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，其中按電解質分類：有機介質電容器、無機介質電容器、電解電容器、電熱電容器和空氣介質電容器等。特別對于液態電解質電容器、空氣介質電容器，當海拔升高，氣壓降低：

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

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