PCB de înaltă tensiune funcționează la tensiuni mai mari decât tensiunea tipică pe șină. Sursa de alimentare de la rețea, invertoarele și încărcătoarele EV sunt exemple de acest tip de placă. Tensiunea înaltă nu are un prag prestabilit. Un bun punct de plecare ar fi 100 de volți pentru plăcile de circuite imprimate - acesta este intervalul normal de tensiune.

Cu toate acestea, peste 100 de volți au nevoie de considerații suplimentare pe care ar trebui să le faceți în proiectarea PCB-ului, în special pentru uz industrial. În caz contrar, PCB-ul dvs. poate lua foc, dispozitivul poate fi spart sau poate duce la orice alt accident.

• Rezistență dielectrică

Rezistență dielectrică este cel mai mare câmp electric pe care îl poate suporta un material înainte de a-și pierde calitățile izolante. Pentru majoritatea PCB-urilor, FR4 ar fi cea mai bună alegere. Mai întâi trebuie verificată rigiditatea dielectrică a materialului PCB.

Deși materialul FR4 este certificat pentru 300 de milimetri per mil, reglementările IPC cer 3.9 milimetri pentru 80V. De obicei, este bine să lăsați anumite zone de mișcare și să respectați specificațiile IPC.

• Târâtoare de distanță

Când două elemente conductoare sunt situate pe suprafața unei substanțe izolatoare, distanța de curgere este cea mai scurtă distanță dintre ele. Tensiunea pe termen lung furnizată celor doi conductori este cel mai important factor care determină distanța de curgere.

Contaminarea plăcii poate apărea în timp. Prin urmare, este o idee bună să aveți un spațiu suplimentar pentru cap. Fișele de date pentru majoritatea componentelor și layout-urilor oferă adesea recomandări pentru distanțele de fuga. Cand vine vorba de PCB de înaltă tensiune, aceasta este o considerație semnificativă.

• Distanța până la Clear

Când doi conductori sunt suficient de aproape pentru a fi atinși, acest lucru este cunoscut sub numele de spațiu liber. Rigiditatea dielectrică a aerului este cea care determină cât de mult spațiu există. 3KV per mm este viteza tipică la care aerul se descompune. Când umiditatea și contaminanții sunt prezenți, acest număr poate fi semnificativ mai mic. În funcție de tipul de proiectare, standardele IPC prescriu distanțe libere diferite.

Pachetele cu un pas suficient de mare pentru majoritatea componentelor sunt deja compatibile. De exemplu, un Mosfet de 600 V va fi adesea ambalat într-un TO-220 sau TO-247.

• Masca de sudura

Izolarea este asigurată și prin intermediul mască de lipit. Ca rezultat, sunt ideale pentru utilizarea pe plăci de circuite cu pas extrem de mici ale pinii și tensiuni ridicate pe pini. Pentru PCB-uri cu pas fin, este esențial să existe un producător care să poată pune o mască de lipit între cele două PCB-uri.

Principiile proiectării PCB de înaltă tensiune

Următoarele lucruri trebuie reținute înainte de proiectare PCB de înaltă tensiunes:

• Rutare

Acestea sunt cele mai critice aspecte de care trebuie să țineți cont în timpul rutării PCB de înaltă tensiune urme:

• Păstrarea unui decalaj între urme cu o diferență mare de tensiune.
  • Nu folosiți melodii sau margini ascuțite, deoarece pot avea un câmp electric ridicat
  • În straturile cele mai interioare ale plăcii de circuit, nu rulați urme de înaltă tensiune
• Poligoane Planuri

Spațiul liber al planului poligonului de pe toate PCB-urile de înaltă tensiune ar trebui să fie ridicat la o valoare sigură, iar zonele specifice ale plăcii ar trebui, de asemenea, ridicate. Este obișnuit să vezi un poligon turnat lângă o urmă, trimițând 600 V către o conexiune de margine pe o placă, dar nu întotdeauna.

Planurile interioare ale unui PCB cu mai multe straturi ar trebui, de asemenea, menținute la o tensiune și o distanță rezonabilă unele de altele pentru a preveni scurtcircuitarea.

• Straturi din Layer

Tensiunea medie poate fi folosită la toate nivelurile pentru a crea mai multe straturi. Ceea ce contează cel mai mult este cât de bine umpleți golurile dintre diferitele straturi. Prepreg necesită o grosime de separare a stratului de cel puțin.005″ pentru a asigura integritatea mediului de umplere. Valoarea dielectrică va fi redusă semnificativ dacă există goluri sau buzunare.

Un preimpregnat FR4 multistrat de tip convențional nu este potrivit pentru operațiuni de medie sau înaltă tensiune. Există o lipsă de uniformitate în structura internă a materialului, ceea ce face ca acesta să se descompună prea repede. Există o scădere a cotei dielectrice din cauza microgolurilor.

Factori EMI de luat în considerare

PCB-uri de înaltă tensiune sunt renumiți datorită gamei largi de frecvențe pe care le pot produce. În cea mai mare parte, menținerea zonei buclei scurte și coaserea cât mai mult posibil din planul de sol este cel mai eficient mod de a le reduce. Pentru izolarea componentelor de înaltă tensiune poate fi folosită și o tablă metalică.

• Transformatoare cu frecvențe înalte

Un circuit în mod comutator cu un transformator este aproape de obicei folosit pentru a genera o tensiune înaltă pe majoritatea plăcilor de înaltă tensiune. În aceste situații, trebuie să respectați nivelul de izolare a miezului transformatorului. Planul de masă ar trebui, de preferință, să fie împărțit între părțile principale și secundare în ceea ce privește aspectul PCB. Ar trebui să existe un spațiu de izolare substanțial cu decupaje pe placă între părțile primare și secundare.

• Mosfet-uri/tranzistoare/comutatoare

De cele mai multe ori, dispozitivele de înaltă tensiune vor veni în ambalajul potrivit pentru a tolera tensiunea înaltă dintre pasi.

Este încă inteligent să alegi dispozitivul cu cel mai mare pas de pin dacă știi că tensiunile ar fi destul de ridicate. Un exemplu frecvent va fi alegerea unui dispozitiv TO-247 în loc de TO-220 dacă nu există limite de spațiu. Exemple similare pot fi aplicate și dispozitivelor SMD.

• Componente pasive

Atunci când alegeți componente pasive, dimensiunea componentelor este vitală, deoarece depinde direct de tensiunea pe care o poate suporta. Deci, să presupunem că designul are 300V între un rezistor SMD. Atunci ar fi mult de preferat să selectați un pachet precum 1206, mai degrabă decât 0402. Uneori este necesar să plasați numeroase astfel de componente în serie pentru a atenua tensiunea pe ele.

• Decupaje și fante pentru izolare

Trebuie să existe decupaje sau găuri de izolare lângă orice componentă de înaltă tensiune a unei plăci de înaltă tensiune. Aceste găuri și decupaje pentru plăci sunt cerute de numeroase cerințe de siguranță în bunurile de larg consum, cum ar fi încărcătoarele și sursele de alimentare.

Locațiile cu umiditate ridicată și situațiile în care contaminarea este posibilă ar putea beneficia de aceste calități. Stratul mecanic al plăcii este locul în care vor fi amplasate majoritatea fantelor de izolare și decupaje.

Material pentru dezvoltarea PCB de înaltă tensiune

Rigiditatea dielectrică scăzută a standardului FR-4 îl face nepotrivit pentru utilizarea în plăci de circuite de înaltă tensiune. O rigiditate dielectrică mai mare este de preferat atunci când costul nu este o problemă. Câteva exemple de materiale de înaltă tensiune nominală sunt următoarele;

• Epoxid BT
  • poliimidă
  • Insulă
• Terminarea Boardului

PCB de înaltă tensiune finisarea este un aspect adesea trecut cu vederea, dar extrem de vital. Calitatea suprafeței plăcuțelor și orice urme vizibile sunt considerentele principale. Placa finală trebuie să fie lipsită de nereguli și chiar pe toată suprafața.

Punctele ascuțite sau alte defecte ale plăcuțelor de înaltă tensiune pot crea un câmp electric prea puternic și pot duce la formarea unui arc electric.

Precauții de bază pentru proiectarea PCB de înaltă tensiune

Prin adoptarea unor măsuri de precauție, puteți evita orice rezultat grav privind placa de circuit de imprimare de înaltă tensiune. Urmează cheia tuturor informațiilor menționate mai sus:

• Rutare

La proiectarea unui PCB de înaltă tensiune, respectarea metodelor de rutare încercate și adevărate este esențială. Când proiectați un circuit, cel mai bine este să aveți puțin spațiu între conductori cu diferențe mari de tensiune. Datorită concentrației mari de câmp electric, este recomandabil să evitați muchiile ascuțite. Rularea urmelor de înaltă tensiune în straturile interioare ale plăcii este, de asemenea, un mare refuz.

• Straturi în interiorul unui strat

Un PCB cu mai multe straturi cu tensiune medie pe fiecare strat este, de asemenea, esențial. Când umpleți golurile dintre straturi, trebuie să aveți grijă. Proiectarea PCB necesită ca separarea fiecărui strat să fie de 005 inchi grosime pentru a păstra echilibrul general. Orice găuri sau goluri inutile în PCB-urile de înaltă tensiune afectează valoarea dielectrică.

• Poligoane geometrice

De asemenea, spațiul liber al planului poligonului ar trebui mărit în siguranță în toate tensiune înaltă PCBs. Planurile interioare ale unui PCB multistrat trebuie să fie separate corespunzător și să aibă o tensiune înaltă. Astfel, electricitatea poate circula fără întrerupere pe întreaga placă de circuit.

• Zonă

Este posibil să fi auzit de PCB-uri cu tensiuni înalte care eliberează diverse perturbații electromagnetice. Perturbațiile pot fi reduse dacă planul de sol are o zonă limitată a buclei.

Design PCB de înaltă tensiune: de ce controlați distanțele de curgere și degajare?

Nu toate PCB-urile trebuie proiectate cu aceeași distanță ca și PCB-urile de înaltă tensiune. Dacă produsul dvs. funcționează cu tensiuni de peste 30 VAC sau 60 VDC, atunci ar fi bine să luăm în considerare cu seriozitate distanța de proiectare a PCB-ului. Dacă proiectați un PCB de înaltă densitate, în special o placă de circuite de înaltă tensiune, atunci trebuie să acordați mai multă atenție datorită densității mari, care va face distanțarea mai complicată.

În proiectarea PCB-ului de înaltă tensiune, distanța rezonabilă este foarte importantă, deoarece tensiunea de pe componentele PCB face mai ușor ca componentele conductoare adiacente să genereze arcuri, iar odată ce arcul se produce, va aduce pericole ascunse serioase pentru siguranța produse și utilizatori. Pentru a reduce generarea de curele de arc și riscul de apariție, trebuie să vă concentrați pe distanță atunci când proiectați PCB-uri de înaltă tensiune și dacă distanța este rezonabilă include în principal spațiul liber și distanța de curgere.

Ce este o distanță liberă?

Tensiunea intercalată se referă la cea mai scurtă distanță prin aer între doi conductori adiacenți cu diferența de potențial în aparatele electrice, adică cea mai scurtă distanță măsurată de-a lungul aerului între doi conductori adiacenți sau un conductor și suprafața carcasei motorului adiacent. Dacă distanța dintre componentele adiacente de pe PCB este prea mică, pot apărea arcuri între componentele conductoare adiacente de pe PCB odată ce tensiunea specificată este depășită.

Cu toate acestea, nu există o distanță standard pentru spațiu, care variază în funcție de materialul PCB, tensiune și mediu. Printre acestea, influența mediului este foarte mare, de exemplu, umiditatea va determina modificarea tensiunii de defectare a aerului, care poate fi mai predispusă la arc. Praful este un alt factor, iar praful care se adună deasupra PCB-ului poate reduce distanța dintre conductori, producând arc.

Arcurile pot pune în pericol siguranța produsului și a utilizatorului, astfel încât distanța dintre PCB este un parametru cheie de luat în considerare la proiectarea PCB-urilor de înaltă tensiune.

Ce este calea Creepage?

Similar cu spațiul liber, distanța de curgere este utilizată pentru a măsura cea mai scurtă distanță de-a lungul suprafeței materialului izolator dintre conductorii de pe un PCB în loc de distanța în aer. Materialul PCB și mediul înconjurător afectează, de asemenea, distanțele de curgere și, similar distanțelor de degajare, umiditatea și praful pot reduce distanțele de curgere.

Când proiectăm un PCB de înaltă tensiune, de înaltă densitate, este posibil să nu fie ușor să îndeplinim pe deplin distanța de curgere, deoarece schimbarea traseului PCB nu este o prioritate pentru a îndeplini distanța de curgere. De obicei, putem crește distanța la suprafață sau alte trucuri în design, cum ar fi între piste. Adăugarea de sloturi sau bariere verticale de izolare între ele poate crește în mod eficient distanța de curgere fără a modifica aspectul căii de pe PCB.

Cum să determinați distanța și materialele atunci când proiectați PCB-uri de înaltă tensiune

Deoarece există mulți factori diferiți în proiectarea PCB-urilor de înaltă tensiune, cel mai bine este să eliminăm potențialele pericole de siguranță de la sursă atunci când proiectăm PCB-uri de înaltă tensiune. Ne putem referi la câteva linii directoare standard, cum ar fi:
IPC-2221, este un standard general pentru distanța de proiectare a PCB-ului și ghidarea distanței de curgere.
IEC-60950-1. Versiunea IEC este standardul pentru orice produs IT care are rețea de curent alternativ sau alimentare cu baterie.

Întrebări frecvente

Când vine vorba de PCB-uri, ce reprezintă tensiunea înaltă?

Neoficial, un PCB cu 100V sau peste este considerat de înaltă tensiune, deși nu există un număr stabilit.

Care este tensiunea maximă pe care o poate suporta un PCB?

Materialul nu contează la fel de mult la proiectarea și fabricarea unui circuit imprimat de joasă tensiune, deoarece toate materialele circuitului imprimat pot rezista până la 1000 de volți.

Vias PCB poate transporta cât de mult curent?

Folosind un burghiu de 0.35 mm, puteți transfera în siguranță 2 amperi de electricitate. Umplerea lor cu lipire le poate diminua și rezistența.

Cât de fierbinte pot deveni urmele PCB?

Pentru a proteja PCB-ul de decolorare și slăbire în timp, este o practică mai comună să se permită un interval de temperatură de 20-30°C. Certificarile UL pot fi dificile dacă temperatura interioară depășește 105 grade Celsius.

Concluzie

Planificarea și fabricarea a PCB de înaltă tensiune necesită un grad ridicat de precizie. Puteți achiziționa pur și simplu o placă de lungă durată dacă urmați toate reglementările și practicile de bază pentru liniile directoare de înaltă presiune.

Mai mult, alegerea unui producător de încredere PCB este foarte important în cazul aparatelor de înaltă tensiune. Prin urmare, șansele de accidente cresc mult cu designul sau materialul de proastă calitate.