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[导读]产品工作时可被接触到的部分,如果温度过高可能会造成人身伤害;而且设备内部过高的温度也会影响产品性能,甚至导致绝缘等级下降或者增加产品机械的不稳定性。因此在产品设计过程中,温升实验是保证产品能够安全稳定工作,需要考虑的一个重要步骤!

我们为什么要测产品的温升?

产品工作时可被接触到的部分,如果温度过高可能会造成人身伤害;而且设备内部过高的温度也会影响产品性能,甚至导致绝缘等级下降或者增加产品机械的不稳定性。因此在产品设计过程中,温升实验是保证产品能够安全稳定工作,需要考虑的一个重要步骤!

测温升的方法按照测量温度仪表的不同,可以分为非接触式与接触式两大类。

非接触式测量法

能测得被测物体外部表现出来的温度,需要通过对被测问题表面发射率修正后才能得到真实温度,而且测量方法受到被测物体与仪表之间的距离以及辐射通道上的水汽、烟雾、尘埃等其他介质的影响,因此测量精度较低。日常我们经常用的方法有光谱测温技术、全息干涉测温技术、基于CCD的三基色测温技术、以及如下图1所示的红外辐射测温技术:

图1.非接触式红外热成像仪

接触式测量法

接触式测温仪温度探头一般有热电偶和热电阻两种:

热电偶的工作原理是基于塞贝克(seeback效应),两种不同成分的导体两端连接成回路,如两连接端温度不同,则在回路内产生热电流的物理现象,利用此现象来测量温度。

热电阻的测量原理是根据温度变化时本身电阻也变化的特性来测量温度。

接触式的测试方法中测温元件直接与被测介质接触,直接测得被测物体的温度,因而简单、可靠、测量精度高。经常用到的如图2所示:

图2.功能单一的专用测温仪

产品的温升试验也是安规要求的一个重要部分,那么我们在设计一款产品时,如何实现经济而且便捷的测量呢?

开关电源中MOSFET和二极管会产生开关损耗以及传导损耗、电感损耗包括线圈损耗和磁芯损耗、电容等造成的损耗,这些损耗最终都以热的形式展现出来,而过热又会降低元器件性能导致损耗加剧,所以了解无用功率损失在哪里很重要。

接下来就是我们利用台式万用表以及其选配扫描卡功能,对一款150W开关电源的元器件进行温升测试实验:

实验目的

测试电源模块在特定的操作环境, 电压, 频率和负载条件时, 电源元器件的温升状况.

仪器设备

(1).交流电源,提供开关电源不同电压以及电流

(2).电子负载,使交流变换器工作在不同的功率状态下

(3).SDM3065X /台式万用表,用于记录温度数据以及配合PC端的EasyDMM万用表上位机软件绘制温度随时间变化的曲线:

(4).扫描卡以及K型热电偶用于采集温度数据,如下图:

图3.连接热电偶的数据采集卡

(5).热电偶胶以及高温胶纸,高温胶纸用于固定热电偶,然后再使用热电偶胶将热电偶固定到要测试的部位:

图4.高温胶纸和热电偶胶

测试条件

输入正常工作电压AC LINE 220V 频率50HZ , 输出负载LOAD 及环境温度25℃.

测试过程

(1). 依线路情况先确定要测试温升的元器件(开关MOSFET, 开关变压器, 初级整流滤波电容,次级整流管, 滤波电容,滤波电感), 后用热电偶胶将温升线紧密粘贴所确定的元件,如下图

图5.需要测试温升的元器件以及热电偶

(2)需要先对热电偶进行编号后,以便在仪器上分辨出各自通道对应的温度,未开机时可以看到环境温度27℃,如图:

 

(3). 依规格设定好测试条件

改变开关电源输入电压再开机并设置好测试条件,如表一

表一:输出条件设置

(4). 用SDM3065X万用表的扫描卡功能,配合PC上的easyDMM上位机软件,分别记录半载35分钟以及满载25分钟,开关电源关键元器件温度数据以及元器件的温度趋势图,如图7&8&9:

图7.室温27℃测得温度趋势图

图8.半载输出80W元器件温度趋势图

图9.半载输出150W元器件温度趋势图

实验时注意事项

(1). 温升线耦合点应尽量贴着元件测试点, 温升线(热电偶)走线应尽量避免影响被测元器件的散热.

(2). 测试的样品应模拟其实际工作中的或在系统中的摆放状态.

(3). 针对于无风扇的产品, 测试时应尽量避免外界空气的大幅度流动对它的影响.

如果没特殊要求,可按照供应商的参数表上元件温度的标准,一般来说:

MOSFET&二极管最高不超过125℃、电阻最高150℃、电容最高105℃、变压器最高155℃等。

注意!以上给出的参考是最高值,有些标准要求要降额使用,一般应用是不会达到这么高的,将所测温度数值和相关标准安全值对比, 器件的温度值必须小于器件规格书上的安全值.

测试结果分析如下表二:

表二.温度测试结果分析

综上所述,产品的温升测试可以准确分析产品工作时的温度状况,以及内部电路中的元器件处于什么样的负荷状态,从而可以帮助工程师分析设计中需要改善的地方:包括元器件使用是否得当、布局是否合理、散热设计是否可靠等等。借助SDM3065X进行温度测试,可以更直观和有效的看到关键元器件的温度变化过程,从而协助工程师设计出更出色的产品!

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