通訊電子設(shè)備的環(huán)境試驗

1、通訊電子設(shè)備的環(huán)境試驗溫度和濕度是通訊電子設(shè)備失效的兩個主要原因，通訊主設(shè)備一般都比較貴重，都有采用密閉、熱交換散熱等方式來解決，為保障通訊正常，供電必須是穩(wěn)定、不間斷的，供電設(shè)備簡單分為兩部分：1、電源主機；2、保障供電不間斷的蓄電池，其中電池在供電設(shè)備投資中所占比例超過50，對于戶外使用的供電設(shè)備，同樣承受著上面6種惡劣因素。需要具有電池智能管理功能的直流開關(guān)電源來有效管理電池，減緩?fù)饨绛h(huán)境條件對電池的影響。如何解決雨水和潮濕、灰塵、異物、鹽霧、雷擊及電源浪涌對供電設(shè)備的危害？要防止雨水和潮濕、灰塵、異物、鹽霧的侵害，就應(yīng)該將設(shè)備密閉，就是防護(hù)等級提高！而設(shè)備遭受太陽的熱輻射和本身發(fā)熱的影

2、響，密閉就要解決散熱問題，兩者之間相互關(guān)聯(lián)，密不可分。對于電子設(shè)備防范雨水和潮濕、灰塵、異物有標(biāo)準(zhǔn)GB4208-1993/外殼防護(hù)等級的分類，對于鹽霧的防范有標(biāo)準(zhǔn)GB2423.17/10587電工電子產(chǎn)品環(huán)境試驗 試驗：鹽霧試驗方法；因此對于在戶外使用的電子設(shè)備要求外殼防護(hù)等級達(dá)到IP55，電池柜的外殼防護(hù)等級達(dá)到IP44；防護(hù)等級的定義見下表：防護(hù)等級定義：（其中XX為數(shù)字）在解決了雨水和潮濕、灰塵、異物、鹽霧侵害造成的危害，滿足IP44、IP55外殼防護(hù)等級的電子設(shè)備如何解決溫度問題？目前主要通過三種方式來解決。1、通過安裝空調(diào)的方式；2、通過安裝風(fēng)扇的方式來散熱；3、通過熱交換器的方式。

3、1、空調(diào)一方面污染環(huán)境，另一方面故障率較高，采購價格高，使用交流供電，不適合在戶外使用；2、采用風(fēng)扇，要有進(jìn)風(fēng)口和出風(fēng)口，風(fēng)道必須要處理好，要通暢，無法滿足IP44、IP55外殼防護(hù)等級的要求，在下雨等潮濕天氣，容易將機柜外面的濕氣和潮氣帶進(jìn)設(shè)備，損害設(shè)備壽命。而且只能降溫不能加溫，在寒冷情況下設(shè)備需要加熱時，風(fēng)扇抽的是機柜外的冷風(fēng)，所以加熱加不起來。3、熱交換器廣泛的應(yīng)用于戶外型的通訊設(shè)備中，尤其是戶外的移動房艙、戶外電源等領(lǐng)域，因為它可以使通訊設(shè)備完全同外界隔離，不受雨水、鹽霧、飛蟲、異物的侵?jǐn)_。2戶外電源機箱散熱的設(shè)計戶外機箱通常用來安放各種設(shè)備，根據(jù)尺寸和類型的不同，這些設(shè)備的熱耗從5

4、00W到10KW不等，當(dāng)機箱安裝在不同的環(huán)境條件下，應(yīng)根據(jù)需要安裝空調(diào)或空氣-空氣熱交換器。戶外機箱散熱的設(shè)計目標(biāo)是使機箱內(nèi)的峰值溫度保持在一個確定的水平之下，這一水平通常是由電子設(shè)備制造商設(shè)定的。濕度水平同樣也需予以關(guān)注，但是由于大部份機箱是密閉的，而且溫度比設(shè)備外環(huán)境空氣的溫度高很多。機箱內(nèi)的空氣溫度將是電子和散熱設(shè)備所產(chǎn)生熱量的函數(shù)。影響機箱的其它環(huán)境條件還包括：溫度、太陽輻射、風(fēng)速、機箱周圍的物體(遮蔽、地表反射、建筑物和樹木)、機箱設(shè)計(表面面積、外形、油漆)以及空氣滲透。 通常電池后備單元放置在機箱的獨立隔間內(nèi)。電池隔間必須通風(fēng)，以消除有害的氣味。機箱的設(shè)計必須確保電池溫度均勻分布

5、，電池必須盡可能處于25。電池不是主動散熱的。 2.1 負(fù)荷計算 現(xiàn)在以一個典型的機箱進(jìn)行散熱管理系統(tǒng)的設(shè)計。第一步：待求解溫度是熱平衡實現(xiàn)時機箱內(nèi)的空氣溫度，用下式來表示：太陽熱輻射比較復(fù)雜，它包括了各種模式或熱傳遞所產(chǎn)生的影響，由下式表示：Qsolar_load=Qradiated+Qconvected+ Qconducted 通常，Qradiated的值總為正(朝向機箱)，但是其它兩項既可為正，也可為負(fù)，取決于機箱的溫度。因此，如果Qbalance不為0，則機箱內(nèi)的溫度可能高于或低于設(shè)定的溫度，藉由對流和傳導(dǎo)，機箱有可能失去或獲得熱量。2.1完全主動散熱技術(shù) 一旦需要消除的發(fā)熱功率計算出

6、來之后，散熱系統(tǒng)就必須與戶外機箱相匹配。例如，如果機箱空氣溫度必須保持在最大環(huán)境(外部)溫度以下，首選的方法就是安裝空調(diào)裝置。一般情況下，散熱能力并不包括將空氣冷卻下來的能力，因為計算是針對穩(wěn)態(tài)工作進(jìn)行的。 這種系統(tǒng)不包括讓所設(shè)計的系統(tǒng)從55或更高的初始溫度冷卻下來的能力。空調(diào)器的出口空氣溫度通常為15左右或更低，以達(dá)到散熱需求。與全被動散熱系統(tǒng)相似，一旦需要消除的熱量計算出來之后，散熱系統(tǒng)必須與戶外機箱相匹配。例如，如果機箱溫度保持在最大環(huán)境溫度之上，而負(fù)荷也不是太大，就可以采用空氣-空氣熱交換器。熱交換器適合于密閉的電子設(shè)備隔間，其執(zhí)行和維護(hù)成本(以及電池后備服務(wù))相當(dāng)?shù)?。不同于空調(diào)器，熱

7、交換器消除散熱的能力隨散熱空氣和機箱空氣值而變化。 2.2被動散熱技術(shù) 較小的機箱(里面能承受相對較高的溫度)可藉由被動方式散熱。包括基本的自然(自由)對流散熱和使用一些物相改變的物質(zhì)(PCM)進(jìn)行散熱。自然對流是藉由浮動的流體傳遞實現(xiàn)冷卻，例如，暴露在陽光下的熱箱壁被加熱的較熱流體上升與較冷的流體對流從而達(dá)到散熱的目的。 當(dāng)增加電源設(shè)備時，情況將變得更為復(fù)雜，但是仍然有辦法藉由自然對流帶走設(shè)備所產(chǎn)生的熱量。不過，設(shè)計人員必須牢記總體目標(biāo)是藉由自然對流將熱量傳遞到外部，從而保持較低的內(nèi)部溫度。 PCM是指能夠改變物相的物質(zhì)，通常是在吸收散熱時，從固態(tài)改變?yōu)橐簯B(tài)。典型的PCM包括應(yīng)用在高溫場合下

8、的蠟、鹽和石蠟化合物，以及應(yīng)用在低溫場合下的水(冰)等。在機箱中，這些物質(zhì)被保存在適當(dāng)密封的盒子內(nèi)，利用它們的熱慣性和物相變化效應(yīng)。 對于內(nèi)部裝有PCM的盒子，白天當(dāng)太陽熱被吸收時，它避免機箱空氣的溫度升高。在夜間，白天吸收的散熱又將釋放出來。在這一過程中，熱量將繼續(xù)藉由機箱壁在內(nèi)部與外部之間傳遞。2.3電池隔間 用于備份的電池一般安放在與戶外機箱相連(或它里面)的隔間內(nèi)。這些隔間暴露在太陽熱輻射之下，必須保持制造商所規(guī)定的適當(dāng)溫度。這些隔間必須考慮對電池在工作壽命期間可能釋放出的氣味進(jìn)行適當(dāng)?shù)耐L(fēng)排放。有好幾種涉及電池隔間的發(fā)熱處理措施，包括空調(diào)器致冷器、熱電散熱器和空氣-空氣熱交換器。 如

9、果電池隔間的空氣溫度必須保持在最大周圍(外部)條件以下，首選的方法是安裝空調(diào)裝置。對于大多數(shù)系統(tǒng)，這是典型的做法，尤其是對那些用于安裝在全天候條件下的系統(tǒng)。典型空調(diào)器的問題是它們的尺寸太大，成本較高，因為對于很小的隔間來說，它們的性能遠(yuǎn)大于實際所需。 2.4熱電散熱器 由于大多數(shù)典型電池隔間的散熱負(fù)荷并不大，因此使用熱電散熱器是可行的。這些系統(tǒng)利用可逆電磁熱力學(xué)的珀耳帖效應(yīng)(Peltier effect)進(jìn)行散熱。熱電散熱器雖然可靠，但是散熱效果不夠好，也不適合偏遠(yuǎn)的戶外機箱。對于完全被動散熱系統(tǒng)，一旦需要消除的熱損耗功率被計算出來，散熱系統(tǒng)就必須與這個電池隔間相適應(yīng)。如果電池隔間的空氣溫度不

10、必保持在最大外部環(huán)境溫度以下，而負(fù)載也不是太高，則空氣-空氣熱交換器為首選系統(tǒng)。在許多情形下，因為散熱負(fù)載并不是很大，可用直吹風(fēng)扇來消除過剩的熱量和電池隔間里積聚的濕氣。風(fēng)扇還可用于基于熱慣性原理的隔間散熱管理。 2.5電池隔間的被動散熱 電池隔間也可使用被動方式進(jìn)行散熱。這些方法包括基本自然(自由)對流以及前面所提及的PCM。PCM也可用于電池散熱。這些物質(zhì)被保存在隔間中恰當(dāng)密封的盒子里，利用其熱慣性和物相改變效應(yīng)。例如，一個裝有PCM物質(zhì)的盒子將在白天吸收太陽散熱，而且使其不會導(dǎo)致機箱中的空氣變熱。到了晚上，白天吸收的散熱將被釋放出來。在這一過程中，散熱繼續(xù)透過機箱壁進(jìn)行傳遞。無論選擇主動

11、式或被動式的散熱方法，也無論它依照上面所提出的哪一種具體考慮，顯然可以找到一種系統(tǒng)而直觀的方法用來設(shè)計具有高效、安全的發(fā)熱管理能力的機箱。藉由仔細(xì)考慮環(huán)境條件、制造商的設(shè)備說明書，以及上述的設(shè)計指導(dǎo)原則，我們的電源機箱選擇熱交換器方式完全主動散熱技術(shù)達(dá)到IP55的防護(hù)等級，而電池箱采用被動散熱技術(shù)，雙層鋼板隔離，隔熱、保溫（北方地區(qū)加保溫棉加熱板）。3熱交換器的原理圖1 熱交換器示意圖熱交換器主要是通過阻隔設(shè)備內(nèi)部和外部之間散熱片兩邊的溫度差來進(jìn)行散熱的，散熱片將設(shè)備的內(nèi)部和外部空氣完全的阻隔，當(dāng)內(nèi)部溫度高于外部時，通過內(nèi)循環(huán)風(fēng)道和外循環(huán)風(fēng)道進(jìn)行內(nèi)外部的空氣流動，將通訊設(shè)備內(nèi)部的熱量傳導(dǎo)出去。

12、熱交換器和加熱器的溫度控制原理圖見下圖2：圖2 溫度控制原理圖如圖2所示控制原理：加熱器：當(dāng)柜內(nèi)溫度低于THON時，開啟加熱器；當(dāng)溫度上升至THOFF時，加熱器關(guān)閉；外循環(huán)風(fēng)扇：當(dāng)柜內(nèi)溫度高于TFON時，開啟外循環(huán)風(fēng)扇；當(dāng)溫度低于TFOFF時，關(guān)閉外循環(huán)風(fēng)扇；內(nèi)循環(huán)風(fēng)扇：一直運轉(zhuǎn)。注：THON、THOFF、TFON、TFOFF四個參數(shù)可根據(jù)客戶需求在圖2額定范圍內(nèi)定制。4 1、系統(tǒng)可以達(dá)到IP5X，雨水不能進(jìn)入設(shè)備內(nèi)部采用熱交換器方式時，通訊主設(shè)備由于被熱交換器與外界的空氣完全隔離，通訊主設(shè)備處于完全密封的狀態(tài)，對于雨水可以達(dá)到國標(biāo)的IP5X的要求。因此，無論是在暴雨或臺風(fēng)期間，雨水絕對不會進(jìn)

13、入設(shè)備內(nèi)部。而采用風(fēng)冷，在暴雨的情況下，有可能會進(jìn)入到主設(shè)備內(nèi)部，對設(shè)備造成損壞。2、防潮性、防鹽霧性能優(yōu)越有很多戶外型的通訊設(shè)備是工作在山區(qū)等相關(guān)對比較潮濕的地區(qū)，空氣濕度大，在這種情況下，如果采用風(fēng)冷，設(shè)備內(nèi)、外部空氣交換后，大量的潮濕空氣會進(jìn)入到主設(shè)備內(nèi)部，并且在電路版上結(jié)露，形成水滴，會對設(shè)備造成損壞。特別是在沿海地區(qū)，空氣濕度大，并且含有大量的鹽份，進(jìn)入設(shè)備后會對電路版進(jìn)行腐蝕，造成設(shè)備的迅速損壞。3、防塵效果好，不會在設(shè)備內(nèi)部形成油污灰塵。達(dá)到IPX5標(biāo)準(zhǔn)由于通訊主設(shè)備被熱交換器與外界的空氣完全隔離，通訊主設(shè)備處于完全密封的狀態(tài)，因此就不會有外界的灰塵、昆蟲、油污的進(jìn)入。采用風(fēng)冷時，雖然有防塵網(wǎng)，但仍然避免不了空氣中的灰塵和油污以及昆蟲的進(jìn)入，長期運行會在設(shè)備內(nèi)部的電路板、機箱側(cè)壁上形成油污灰塵，這種油污灰塵很難清洗，并且會對電路板的絕緣造成很大的破壞，使絕緣電阻變小或在電路版上的元器件之間形成小的電阻，造成設(shè)備短路等故障，甚至?xí)斐稍O(shè)備的燒毀，嚴(yán)重威脅設(shè)備的正常運行。4、高溫環(huán)境降溫，低溫環(huán)境可不降溫?zé)峤粨Q