您當前的位置：檢測資訊 > 科研開發
嘉峪檢測網 2025-02-15 10:31
電子設備在高溫環境下掛死（失去響應或崩潰），可能由多種原因引起，通常涉及熱量對電子元器件性能的影響以及熱管理問題。以下是一些常見的原因及分析：
1、芯片過熱
CPU、GPU 等高性能芯片在高溫下會觸發熱保護機制，降低頻率甚至強制關機。需要優化處理器散熱，或者降頻使用。
高溫下晶體管的特性惡化，導致信號時序錯誤或邏輯電路失效。
熱引發的時序問題：高溫下信號傳播延遲變化，可能導致微控制器或存儲器出錯。
有些處理器會對高低溫的DDR時序進行補償，有的不會。我們碰過，有的原廠給的補償方案錯誤，需要自己手動配置調整建立保持時間。
2、電容失效、或者容值降低
電解電容在高溫下容易泄漏電解質，導致容量下降或失效。
陶瓷電容可能因熱膨脹產生機械應力，導致損壞。
高溫下和低溫下一樣，一些陶瓷電容的容值都會降低。
3、晶振漂移
晶體振蕩器受高溫影響，頻率漂移導致設備時鐘異常。
4.、電路保護機制觸發
過熱保護
一些元器件如穩壓器或電源模塊在溫度超過保護閾值時會主動關閉。
過流或過壓
高溫導致元器件工作參數漂移，引發過流或過壓保護。
5、電感熱電流降額、溫度降額不足
電感溫度降額不足，意味著電感在實際工作中可能承受比其額定溫度范圍更高的溫度，長期來看會對電感本身以及整個電路系統造成一系列影響，包括性能下降、可靠性降低，甚至導致系統性故障。
以下是具體分析：
5.1電感本身的影響
(1) 電感值漂移
高溫會導致磁芯材料的磁導率變化，直接引起電感值漂移。
后果：影響電路的濾波特性、諧振頻率或儲能能力，例如開關電源輸出紋波變大或穩定性下降。會引起用電器件死機。
(2) 磁芯損耗增加
磁芯損耗（包括磁滯損耗和渦流損耗）隨溫度升高顯著增加，導致電感效率下降。
后果：發熱量進一步增大，形成惡性循環，可能最終導致磁芯過熱失效。
(3) 繞組電阻增加
高溫會增加電感繞組的電阻（銅損），這會導致更高的功率損耗。
后果：電感效率降低，電路中的功率損耗增加，可能導致熱管理不良。
(4) 材料老化
溫度長期超出設計范圍會加速材料老化：
漆包線：絕緣層劣化，可能引發短路。
磁芯：燒結磁芯可能發生裂紋或粉末磁芯的粘結劑退化，導致性能急劇下降。
5.2 對電路的影響
(1) 電源電路效率降低
在開關電源（如Buck、Boost、Flyback）中，電感是儲能和轉換能量的核心元件。如果電感性能下降：
后果：電源效率下降，輸出電壓波動增大，可能引發負載運行不穩定或觸發保護機制。
(2) 電路可靠性降低
溫度過高可能觸發其他元件的熱保護，甚至引發次生損壞：
功率開關元件：MOSFET或IGBT的工作條件變差，導通損耗增加。
電容：高紋波電流可能加速輸出電容（尤其是電解電容）的老化。
(3) EMI問題加劇
電感飽和或磁芯特性變化會導致電流波形失真，產生更多的高頻諧波噪聲：
后果：系統的電磁兼容性變差，干擾其他電路正常工作，可能違反EMC規范。
(4) 溫升傳遞到其他元件
電感發熱直接傳遞到鄰近元器件（如芯片、電容、PCB板），導致其溫度超出額定范圍：
后果：整個電路系統的壽命縮短，甚至出現連鎖故障。
(5) 工作頻率的限制
高溫下磁芯的飽和磁通密度下降，需要降低工作頻率才能避免飽和：
后果：電源的功率密度降低，無法滿足設計要求。
6、PCB板翹曲或焊點問題
高溫引起 PCB 熱膨脹導致微裂紋，特別是無鉛焊接工藝下，焊點可靠性降低。
BGA封裝芯片焊點開裂，導致接觸不良。
7、材料和設計缺陷
材料老化
長時間高溫環境下，塑料件和絕緣材料老化，導致性能下降或短路風險。
設計裕量不足
元器件選擇的熱容限值接近實際工作溫度，沒有足夠的熱設計裕量。
焊接不良
元器件熱脹冷縮引起焊接點疲勞，導致斷開。
8、 熱設計問題
散熱不足
散熱器設計不良：散熱器尺寸或材料不足以將熱量有效傳遞到外部。
散熱接口材料問題：導熱硅脂或導熱墊片老化或涂抹不均勻，導致散熱效率下降。
氣流阻塞：風扇被灰塵堵塞，或設備內部布線不合理，阻礙散熱氣流。
環境溫度過高
外部環境溫度超過設備的設計工作溫度，熱量無法有效散發。熱仿真不準確，或者對電子元器件和集成電路的功耗預估不足，造成實際功耗遠遠超過熱仿真。
設計功耗超標
元器件負載過高，導致局部發熱量超出散熱系統設計能力。
應對策略
檢查散熱設計：優化散熱器、風道或升級導熱材料。
檢測元器件發熱點：通過熱成像儀定位發熱元件，并評估其工作溫度。
提高元器件耐熱等級：選擇耐高溫規格的電容、芯片或塑料件。
改善PCB設計：增加散熱通孔，優化銅箔面積。
環境改善：降低設備外部環境溫度或配置額外散熱裝置。
進行熱測試：在高溫環境下進行長時間運行測試，排查設計缺陷。
如果需要具體指導，可以提供更詳細的設備信息或高溫掛死的環境條件，以便進一步分析。
低溫啟動可能的問題
來源：硬十
