高壓電路板和安全標準

2021-04-25

高壓電路板和安全標準

高壓電路板中的爬電和電氣間隙注意事項

您的主板所針對的系統或產(chǎn)品必須符合IEC或UL標準。承受危險電壓的導體之間允許的最小距離將包括較大的安全裕度，具體取決于：

峰值工作電壓和層壓材料。閱讀我們有關(guān)如何選擇PCB材料和層壓板進(jìn)行制造的文章。

操作環(huán)境（濕度，微粒和高度）。

電路位置是相對于人類(lèi)進(jìn)入還是接近，以及所涉及的走線(xiàn)是在內部還是外部？

外層所需的間距還取決于走線(xiàn)是帶涂層的還是裸露的。

如果間隙太小，則瞬態(tài)過(guò)電壓事件可能會(huì )導致導體之間產(chǎn)生電弧。這實(shí)際上是瞬時(shí)故障，直到再次發(fā)生此類(lèi)過(guò)電壓事件時(shí)才發(fā)生。由于爬電距離不足而導致的故障可能需要更長(cháng)的時(shí)間才能發(fā)生。

如果您的系統或產(chǎn)品需要符合國際安全標準，那么確定要使用的間距很簡(jiǎn)單。查找與產(chǎn)品類(lèi)別相關(guān)的標準，并遵守有關(guān)應用程序詳細信息的列表值。例如，IEC-60950-1（第二版）是要咨詢(xún)的，要在國際上出售的大多數IT產(chǎn)品的文檔，這些產(chǎn)品由交流電源或電池供電，并應用于這些產(chǎn)品的一次側和直流二次側電路。該標準的第2.10.3節定義了所需的間隙。因此，過(guò)電壓，包括瞬變和設備內部產(chǎn)生的峰值電壓，不會(huì )引起故障。一系列表格，從2J到2M，說(shuō)明了如何根據您的申請的詳細信息計算間隙。接下來(lái)，第2.10節。圖4說(shuō)明了如何確定爬電距離。

高壓電路中的電氣間隙與爬電距離

爬電和間隙注意事項

電氣間隙和爬電距離有什么區別？間隙是通過(guò)空氣測量的兩個(gè)導體之間的最短距離。爬電距離是兩個(gè)導體之間沿著(zhù)絕緣體表面分開(kāi)的最短距離。如果間隙或爬電距離太小，則導體之間可能會(huì )發(fā)生電氣故障。如果間隙太小，則瞬態(tài)過(guò)電壓事件可能會(huì )導致導體之間產(chǎn)生電弧，尤其是在空氣中或潮濕的環(huán)境中。這實(shí)際上是瞬時(shí)故障，直到再次發(fā)生此類(lèi)過(guò)電壓事件時(shí)才發(fā)生。由于爬電距離不足而導致的故障可能需要更長(cháng)的時(shí)間才能發(fā)生。

隨著(zhù)時(shí)間的流逝，通常是由于灰塵堆積和濕氣，電流從一個(gè)導體泄漏到另一導體的路徑（換句話(huà)說(shuō)，一條軌道）會(huì )形成并導致它們之間的絕緣材料表面逐漸破裂。產(chǎn)生這種現象的機制不是電壓尖峰（盡管可能會(huì )造成這種情況），而是持續存在高電壓以及比較跟蹤指數（CTI）太低的絕緣材料。

CTI是作為絕緣體的材料的量度，并表示為在標準測試下材料表面破裂的電壓。PCB層壓板制造商會(huì )發(fā)布其產(chǎn)品的CTI數據。為方便起見(jiàn)，擊穿電壓分為六類(lèi)：對于600V及更高的耐壓值，最高額定值為0；對于低于100V的額定值，最低額定值為5。例如，常規FR4的相對跟蹤指數為175至249V，將其置于類(lèi)別3中。

常規FR4的相對跟蹤指數范圍為175至249伏。

高壓電路的安全標準

所有電氣安全標準的首要目標是防止任何電擊危險。假設沒(méi)有人在電路通電時(shí)靠近電路。在這種情況下，承受危險電壓的導體之間的電氣間隙和爬電距離應為最小值，以確保電路正常工作且不會(huì )劣化。IEC-60950-1指定了五種遞增級別的強制絕緣，這些強制絕緣與電路相對于人的接觸點(diǎn)，電壓和操作環(huán)境的物理位置有關(guān)。自然，避免電擊或電路退化的危險的最佳策略是使空間走線(xiàn)盡可能遠，但通常，該距離將不滿(mǎn)足爬電距離的要求。在這些情況下該怎么辦？

如果轉向具有更好CTI的材料是不可行的，則在兩條走線(xiàn)之間的空間中布線(xiàn)一個(gè)槽會(huì )增加爬電距離。沿著(zhù)層壓板表面從一條跡線(xiàn)到另一條跡線(xiàn)的泄漏必須圍繞氣隙行進(jìn)?；蛘?，可以在空間中放置絕緣材料的垂直屏障，這將同時(shí)增加爬電距離和電氣間隙。

在考慮布局的爬電距離和電氣間隙要求時(shí)，請記住已組裝的高壓電路板上的間距。即使帶電元件的未絕緣邊緣和相鄰元件的邊緣之間的爬電距離足夠，它們之間的距離也可能太小而無(wú)法滿(mǎn)足間隙要求。此外，在組裝過(guò)程中可能需要一些操作才能滿(mǎn)足間隙要求。例如，使用灌封化合物將功率半導體封裝上的引線(xiàn)與附近的某些組件隔離。

如果您的項目不需要遵循特定的安全標準，則可以使用最新版本的IPC-2221（PCB設計的通用標準）來(lái)獲取電氣間隙和爬電距離指南。無(wú)論如何，請與您的PCB制造商和組裝商就合適的材料進(jìn)行咨詢(xún)和設計替代方案，這將幫助您以最低的成本獲得滿(mǎn)足您的性能目標的安全產(chǎn)品。

我們快速瀏覽涉及危險電壓量的高壓電路板布局的基礎知識，只是一個(gè)機會(huì )，可以在您開(kāi)始旅程時(shí)指出一些有用且希望熟悉的指南。

高壓電路板上的爬電和電氣間隙是所有安全措施的重要組成部分。這就是為什么設計工程師必須在整個(gè)設計階段都達到產(chǎn)品安全標準，以免發(fā)生任何故障的原因。爬電距離和間隙的概念不僅適用于PCB，還適用于放置在PCB上的組件。