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電子產品的IEC IP標準與系統應用

-2019-08-05-

電子產品就像一個暴脾氣的鄰居:既不能經受潮濕的環境,在其工作范圍內也不能有污染物(就像不能忍受小孩兒在花園里胡鬧一樣)。國際電工委員會(The International Electrotechnical Commission ,簡稱IEC),制定了一套防護等級制度(Ingress Protection,簡稱IP),用以定義電子器件的防潮和抗污染等級。本文討論了電子器件為何需要一個清潔的工作環境,并討論了污染物是如何進入電子系統的。本文還討論了IP標準和相關事例。

為何電子器件需要無污染環境

進入電子器件外殼或封裝的污染物會造成器件的損壞,他們可能導致器件壽命縮短,也可能導致器件的失靈。損壞的方式是多種多樣的,例如,灰塵在插座、接口、電路板的縫隙處過多的積累,則會導致接觸不良;灰塵也可能形成絕緣層,導致電路發熱;如果灰塵和污垢進入了接觸面之間,惡化的電導率會導致開關、繼電器和連接器出現一系列的問題;在高壓環境下,灰塵和污垢還會導致導線之間、導線與大地之間產生電弧。

潮濕,或者說水、濕氣,是電子器件,尤其是精密電子器件的敵人。不論是雷雨還是毛毛細雨,都會使產品暴露在不良的環境中。僅僅用清水清潔電路設備都會導致一系列的問題,更不用說高壓水流對設備造成的損壞了,自助洗車就是一個典型的例子,比如在洗車過程中用高壓水流清理引擎蓋底下的器件,則會導致器件的損害。更嚴重的是,潮濕的環境中凝結的水也會造成一系列的問題,當設備從低溫環境移動到室溫環境時,電路上會形成水氣。如果此時電路通電,則可能造成短路。

烈性化學物質、表面活性劑或清潔液體(如高壓噴霧清潔設備中使用的清潔液體)會對電子設備和電路產生腐蝕性破壞,銅、鋁和銀等化合物對此更為敏感。腐蝕效應削弱了材料固有的特性,導致電流承載能力下降。小尺寸的電子元件意味著小的導電面積和更低的抗腐蝕能力,因此小尺寸器件更為脆弱。

IEC IP 評級系統概覽

不要與互聯網中的IP協議混淆,IEC IP標準衡量的是入侵保護等級。隨著消費類電子產品的便攜化和對耐用性的要求,這個標準逐步變得流行。IP名稱(或代碼)由兩位數字構成,如IP67,IP68和IP69K:

? IP代碼的首位數字表示設備對固體的防護等級。

? 第二位數字表示電子元件和電路中置于液體中保存的良好程度。

? 如表1所示,固體、液體的防護等級隨著級別的提高而增加。

表1:在IEC IP等級中,固體和液體保護等級隨著等級的提高而增加。

IP評級結合了固體和液體評級:

IP67 - 防塵,防止水中短暫浸入

IP68 - 防水,防止水中持續浸泡

IP69K - 在高壓/蒸汽清潔(除潛水)時,防塵,防水

“固體物體”包括從大于50mm的物體到灰塵微小斑點之間的所有物質。IP2_等級表示外殼防止兒童的手指或類似物體的伸入;任何小于手指的物體都可能會穿透外殼并造成傷害。IP等級IP6_表示設備防塵。

第二個數字表示外殼對液體的防護等級,范圍為0到9K。評級為3表示設備可防雨,8級表明設備可長期浸水。IP名稱為_9K表示設備具有高等級,表示可承受高壓/蒸汽清潔。值得注意的是,_9K評級并不一定意味著機柜可以長期浸水(IP_8)。

IEC IP 評級的系統應用

對于開過蓋的電子產品,不論是電腦或者汽車保險盒,灰塵都會進入。低IP等級的設備主要防止諸如手指等突出物體的進入,5-6等級的設備主要防止灰塵入侵。評級為5的設備表明灰塵不會干擾設備的運行,評級為6的設備可以創造無塵環境。臺式計算機為了平衡成本、散熱和電路保護要求,需要達到5級。靈敏傳感器和電路經常需要進行封裝或者使用“pot”型器件,以防止任何固體入侵,同時能達到IP6_標準。

液體可以以多種方式入侵外殼。重力提供垂直沖擊所需的動力,通常指雨淋和水滴。室外使用的設備的防水標準通常可以防止此類入侵。帶防護的插座、安保攝像機、室外燈都是典型的例子。雨水和水滴由于水濺或噴灑可具有動力。比如自然界中的風,或者人類活動中機床噴灑的冷卻劑都具有這種動力。當液體被推入噴射嘴時,會產生噴射流。在日常生活或者工業環境中,常常會用到噴射嘴。

液體IP評級可以使用汽車的外殼作為例子加以說明。外殼可以保護汽車在暴風雨中不進水(IP_3)。如果起風了,或者汽車駛入一個水坑濺起了水(駕駛員別開著車窗),這時需要達到IP_4防護。當車主在車道上用水管洗車時,需要達到IP_5防護。去一個洗車店則需要達到IP_6防護等級,才能使車內保持干燥,并且保護汽車的電氣系統不受損壞。

浸入式是入侵防護產品評級和資質的焦點。個人電子產品中,首先提供此類防護的是腕表,然后是相機,能夠達標的設備是手機。在這個領馭中,“防水”通常有諸多解釋方式,但IP67和IP68則能提供更為好的定義。浸入防護則通常應用于諸如水流中的傳感器,部分時間或全部時間工作于水下的通訊、感知、導航系統中的電子器件。由于它們的工作環境中有水壓的因素,它們通常需要更為精良的設計,比如加強的密封系統,以大限度地保證設備的使用壽命。

工業環境中經常使用高溫、高壓沖洗。通常,此類操作的目的是消除食品設備或制藥設備上的細菌和污染物。在設備運輸或者日常維護時,通常會涉及到深度清潔。不要忘記前面提到過的使用高溫高壓去清洗引擎零件的暴力鄰居(希望他別再變得更暴力了)。在工業環境中(比如食品加工、藥品加工、石油化工、垃圾回收、灌裝、運輸),您常常會見到達到IP69K等級的設備。

 



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