PCB安規(guī)設(shè)計(jì)規(guī)范(原創(chuàng)-絕對經(jīng)典全面-玩轉(zhuǎn)高壓PCB設(shè)計(jì))總結(jié)

PCB安規(guī)設(shè)計(jì)規(guī)范高壓電子產(chǎn)品,PCB設(shè)計(jì)技巧和安規(guī)設(shè)計(jì)規(guī)導(dǎo)體之間發(fā)生閃烙和擊穿，并能順利通過有關(guān)產(chǎn)品安全標(biāo)準(zhǔn)的審核。在其他因素，對導(dǎo)體間的電氣間隙和爬電距離有著不同的規(guī)定，PCB布線工程師往往對此莫衷一是，無所適從。接下來就幫大家解決這一難題.首先了解下基本概念.安規(guī)常用術(shù)語僅為設(shè)備正常工作所需的絕緣。所定義的功能絕緣并不起防電擊的2)基本絕緣basicinsulation對防電擊提供基本保護(hù)的絕緣。3)附加絕緣supplementaryinsulation除基本絕緣以外施加的獨(dú)立的絕緣，用以在基本絕緣一旦失效時(shí)仍4)雙重絕緣doubleinsulation由基本絕緣加上附加絕緣組合構(gòu)成的絕緣。5)加強(qiáng)絕緣reinforcedinsulation一種單一的絕緣結(jié)構(gòu)，在本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的條件下，其所提供的防電擊6)一次電路primarycircuit變壓器、電動(dòng)機(jī)、其它負(fù)載裝置初級繞組，以及與電網(wǎng)連接的各種7)二次電路secondarycircuit不與一次電路直接連接，而是由變壓器、變換器或等效的隔離裝置供電或只用電池供電的一種電路。8)電氣間隙clearance在兩個(gè)導(dǎo)電零部件之間或?qū)щ娏悴考c設(shè)備界面之間測得的最短空9)爬電距離creepagedistance沿絕緣表面測得的兩個(gè)導(dǎo)電零部件之間或?qū)щ娏悴考c設(shè)備界面之間的最短距離見下圖抽象說明.10)海拔高度altitude設(shè)備工作所在位置相對海平面的落差。在IEC60950-1中，默認(rèn)的設(shè)高度高于2000m，則設(shè)計(jì)電氣間隙的時(shí)候要在2000m下要求的最小電擊間隙的基礎(chǔ)上乘以一個(gè)系數(shù)，不同海拔對應(yīng)的系數(shù)關(guān)系如下表11)污染等級Pollutiondegree設(shè)備運(yùn)行時(shí)，由于灰塵等物質(zhì)在設(shè)備表面或內(nèi)部積累的程度，一般污染等級1污染等級2污染等級3密封環(huán)境或類辦公環(huán)境或類似工廠環(huán)境或類似似12)材料類別Materialgroup根據(jù)材料的CTI的大小，對材料進(jìn)行的分類，具體分類可見下表Ⅲa組材料Ⅲb組材料CTI≥600CTI≥400CTI≥175CTI≥100基于標(biāo)準(zhǔn)的安全要求如果我們設(shè)計(jì)的產(chǎn)品必須要得到某個(gè)安全認(rèn)證機(jī)有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中所規(guī)定的絕緣和隔離要求。在這種情況下，我們就能夠直接根據(jù)有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求進(jìn)行PCB布線的間距定義。例如，有的要按照UL60950,有的要求IPC9592等等.對于常見的交流電供電或電池供電的信息技術(shù)設(shè)備，大都依從IEC/EN/UL60950這一標(biāo)準(zhǔn)，那么其PCB導(dǎo)線之間允許的最小的電氣間隙和爬電距離的要求將可以直接從IEC/EN/UL60950－1標(biāo)準(zhǔn)的表2K，2L和表2N中查到。附2K,2L,2N表格實(shí)際上，電氣間隙和爬電距離的設(shè)置是和工作電壓，絕緣等級，污染等我們首先要搞清上述因素的界定。1:如何確定工作電壓？根據(jù)60950的解釋，我們在定義電氣間隙時(shí)，應(yīng)該使用峰值電壓和可能出現(xiàn)的外部瞬態(tài)過電壓。而定義爬電距離時(shí)，則使用均方根值電壓。2:如何確定絕緣等級？60950的表2H有詳細(xì)的定義。見下述圖示.簡單地說來，在大多數(shù)應(yīng)用中，我們可以憑借令如果在絕緣被破壞的情況下，會對人體易接觸未接地的部件產(chǎn)生危險(xiǎn)電壓的，絕緣等級應(yīng)該設(shè)置為加強(qiáng)絕緣。令對于有連接保護(hù)地的導(dǎo)體，我們可以設(shè)置為基本絕緣?；谶@個(gè)觀點(diǎn)，在PE，金屬外殼，金屬固定件周圍，我們一般都需要設(shè)置為基本絕可參考前污染等級概念.4:如何定義PCB的材料等級?？筛鶕?jù)PCB的CTI指數(shù)，用60950的5：如何定義雙重絕緣或加強(qiáng)絕緣的爬電距離？60950的表2N對爬電距離的定義僅適用于功能絕緣，基本絕緣以及增補(bǔ)絕緣。對于雙重絕緣何加強(qiáng)絕緣，應(yīng)該把表中查到的值乘以2。6:海拔高度對電氣間隙的影響？海拔高度只對電氣間隙有影響，和爬電距離無關(guān)。對于IEC61010的產(chǎn)品，要乘上基本概念TableA.2表的系數(shù)。對適用于其他標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品，也要小心備查海拔高度對電氣間7：如何開槽增加Creepage？根據(jù)污染等級來定義，查60950表F－1。大多數(shù)情況下，開槽的寬度不得小于1mm。但如果如果Creepage的查表值小于Clearance的查表值，開槽無用?；诋a(chǎn)品安全運(yùn)行的要求上述有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中對于電氣間隙何爬電距離的定義，是出于安全的考慮和需要。如果我們在PCB設(shè)計(jì)時(shí)遵守了標(biāo)準(zhǔn)的中規(guī)定，當(dāng)然是件好事情，起碼在電氣安全上不用考慮會出現(xiàn)電擊穿的現(xiàn)象。但是在實(shí)際工作中，PCB的設(shè)計(jì)往往受到產(chǎn)品體積和尺寸的限制，完全按照標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定去設(shè)置導(dǎo)線之間的間距，往往使PCB布線難以在希望的空間和尺寸內(nèi)得以實(shí)現(xiàn)而陷入困境。根據(jù)60950－1中5.3.4節(jié)的內(nèi)容，工程師們這時(shí)往往會傾向于利用只要通過短路試驗(yàn)，電氣間隙和爬電距離可以縮小的定義，來對初級電路中那些不要求電擊防護(hù)部分的PCB進(jìn)行密集布線。但是，在利用5.3.4節(jié)的定義的時(shí)候，記著不要無節(jié)制地應(yīng)用，一定要記著能夠通過令短路產(chǎn)生的熱量不能引起產(chǎn)品附近棉花紙的燃燒令短路產(chǎn)生的熱量不能引起基本絕緣，增補(bǔ)絕緣或加強(qiáng)絕緣的破壞從而帶來電擊的危險(xiǎn)。所以，對于開架式結(jié)構(gòu)或開通風(fēng)窗的產(chǎn)品，設(shè)計(jì)時(shí)最好采用帶滅弧功能的保險(xiǎn)絲管產(chǎn)品或在玻璃保險(xiǎn)管上配上防護(hù)套管防止短路試驗(yàn)時(shí)熔斷的保險(xiǎn)絲管芯引燃棉花紙。讓產(chǎn)品的功能穩(wěn)定可靠。如果一味追求60950-15.3.4款的運(yùn)用來縮小PCB線的間距，在進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)安全檢查時(shí)，得安全標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)證機(jī)構(gòu)的認(rèn)可，但是產(chǎn)品會不會因此而容易在某些應(yīng)用條件下引起較高概率的閃烙和電擊穿而影響產(chǎn)品的可靠性？所以，雖然你的PCB布線設(shè)計(jì)通過了5.3.4中的短路試驗(yàn)，獲得了安全標(biāo)準(zhǔn)的承認(rèn)，但是從產(chǎn)品功能和可靠性方面來考慮，你還得需要進(jìn)行5.2.2中表5B試驗(yàn)，這樣你布出的PCB才能在標(biāo)準(zhǔn)安全，空間節(jié)省和產(chǎn)品可靠性之間得到兼顧和平衡。這帶來了一個(gè)新的問題，布線間距和試驗(yàn)?zāi)蛪褐g會是一個(gè)什么樣的關(guān)系呢？有關(guān)指導(dǎo)PCB布線的文獻(xiàn)中鮮有這樣的定義或描述。UL的專家在鍍銀PCB板的分析實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，平行導(dǎo)體之間的葛。根據(jù)這一實(shí)驗(yàn)，UL規(guī)定了印制線路板耐壓的測試標(biāo)準(zhǔn)是40V/mil或1.6KV/mm。這一數(shù)據(jù)對指導(dǎo)在PCB導(dǎo)線之間設(shè)置能夠承受Hipot的耐壓試驗(yàn)的安全間距非常有用。舉例說，根據(jù)60950-1表5B的規(guī)定，500V的工作電壓之間的導(dǎo)體=2460V。根據(jù)40V/mil的設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)，可以計(jì)算出PCB兩導(dǎo)體之間的間距應(yīng)該不小于2460/40＝62mil或1.6mm。格。IPC－2221是在世界上被廣泛接受的一個(gè)用于商業(yè)或工業(yè)類產(chǎn)品的PCB另外根據(jù)最新頒布的IPC-9592，還有個(gè)UL840這個(gè)上面的要求稍微低一些,見下表通過比較后，我們可以看到60950的表5B,UL840和UL40V/mil的耐壓測試標(biāo)準(zhǔn)對PCB線間間距的計(jì)算結(jié)果最小，也就是條件最為寬松，見下然而，畢竟IPC－2221和IPC－9592要照顧的產(chǎn)品范圍更為寬泛，能的適應(yīng)性相對而言就更有把握。另附UL840部分參考表格,供大家參考.Phase-to-groundbratedsystemvoltage(rmsaOvervoltagecategorycI––––––––––––withstandvoltage12341.61.61.61.63.05.58.0aTheminimumvaluesforpollutiondegrethesemicro-environmentsmaybridgesmallclearabForungroundedsystemsorsystemswithonephasegrounded,thephase-to-grthephase-to-phasevoltageforthepurposesofusingthistable.cTypicalexamplesofcategoriesforproductsaregivenbelow.Usersofthvoltagevaluesareappropriatefortheexpectedapplicationsoftheproductscovered.CategoryIV–PrimarySupplyLevel.Oveovercurrentprotectiveequipment(equipmentinstalledattheserviceentrance).CategoryIII–DistributionLevel.FixedwiringandassociatedequipCategoryII–LoadLevel.AppliancesandportableequiCategoryI–SignalLevel.SpecialequipmeOperatingvoltage,voltsacdegree1groupsCreepagedistancesI0.51.11.21.31.41.51.62.02.53.24.05.06.38.0forequipmentsubjecttolong-termI1.11.21.31.81.92.02.12.22.42.53.24.05.06.38.0yyyyyI1.61.61.61.71.83.03.23.43.63.84.05.06.38.0MAY20,1993CreepageCreepagedistancesforequipmentsubjecttolong-termstress,mmOperatingdegreevoltage,1Pollutiondegree2Pollutiondegree3voltsacAllMaterialgroupxMaterialgroupxzItisappreciatedthattrackingorerosionwillnotoccuroninsulationsHowever,thepossibilityofelectrolyticcorrosionhastobeconspeci?ed.b)PollutionDegree2–Normally,onlynonconductivepollution.However,atemporaryconductivitycausedby