PCB Tasarımda Yüksek Tahtın Önemini Anlayın

Güç dönüşüm sistemleri için baskılı devre kurulları tasarlarken, yüksek gerilim izolasyonu, doğrudan güvenlik ve operasyonel güvenilirlikleri etkileyen kritik bir faktördür. Güç dönüştürme uygulamaları, dönüştürücüler, elektrikli araç şarj cihazları ve endüstriyel motorlar rutin olarak 60V DC'nin düşük gerilim eşinin üzerinde iyi çalışır, böylece herhangi bir hata veya geçici olmayan kontroller, son kullanıcılar için bu sistemler, yaylama ve güvenlik tehlikeleri.

Mühendisler, yüksek elektrik stres dağılımı, yüksek elektrik alanları altında malzeme davranışları ve koordinasyonu yöneten düzenleyici manzaraya, PCB'leri sağlam yüksek gerilim izolasyonu ile tasarlamaya, malzeme seçimi, düzen teknikleri, bileşen seçimleri ve uluslararası güvenlik standartlarına uygun olarak yaklaşmalı.

PCB Isolation'ın Temel Kavramları

Belirli tasarım kurallarına girmeden önce, yüksek gerilim izolasyonunu bir PCB'de yöneten anahtar elektrik parametrelerini anlamak önemlidir. İki kritik mesafe yönetilmelidir: [Döneticiler arasında ) ve IEC 60-1 ve IEC 60950-1 gibi uluslararası standartlar tarafından tanımlanır ve çalışma gerilimine, kirliliğine, madde grubuna ve yüksek çözünürlükte bağlıdır.

Başka bir önemli konsept şöyledir:0)dielektrik, belirli bir süre için çalışma geriliminden önemli ölçüde daha yüksek olan bir test ile, genellikle yalıtım bariyerinin genel olarak dielektrik gücü ile ifade edilir.

Gerç Sınıflar ve Kaynak Türleri

Güç dönüştürme tasarımları genellikle uygulama gereksinimlerine bağlı olarak üç izolasyon türünden birini kullanır. )Functional izolasyon[Dönetici:0)))) Devre için doğru bir yalıtım sağlar ve elektrik şokuna karşı koruma sağlar. ).Basic izolasyon).

Yüksek Voltage PCB Altstrates için malzeme seçimi

PCB'nin temel materyali, maksimum gerilim derecelendirmesini ve izolasyon bariyerinin uzun vadeli güvenilirliğini belirlemede önemli bir rol oynamaktadır. Standart FR-4 epoxy cam laminat en yaygın kullanılan malzemedir, ancak 500V'nin üzerinde çalışan güç dönüştürme tasarımları için, mühendisler genellikle yüksek dielektrikli güç ve daha iyi takip dirençle yüksek gerilimlere dönüşür.

Dielektrik Güç ve Kalınlık

Dielektrik gücü, yaklaşık 20 kV / mm'nin dielektrik gücünde ölçülüyor, ancak bu değer yüksek sıcaklıklara ve yüksek sıcaklıklara dayanacak şekilde azalır.Anas-isolated güç malzemeleri için ortak bir gereklilik, PCB substratı yeterli miktarda 0.8mm gerekir.

Malzeme Takip Direnişi (CTI)

Karşılaştırmalı İzleme Endeksi (CTI), yüksek gerilimli ortamlarda çalışan bir malzemenin direncinin ölçülmesidir (Pollution 2 veya 3), yüksek CTI derecelendirmesi ile yüzeysel ark ve karbonizasyonunu önlemek için kullanılan bir malzeme seçilir.

Conformal Kaplamalar ve Potting Bileşikleri

Kombinasyona uygun bir kaplama uygulayın, PCB'nin önemli ölçüde yüzey yalıtımını geliştirir ve ürperticilerin bozulması riskini azaltır. Silikon, VR ve urethane kaplamaları, kontraksiyonun etkili dielektrik gücünü artırabilir ve nem, toz ve kimyasal kirleticilere karşı koruma sağlar. Aşırı gerilim uygulamaları için, kısmi bir taburcu için tüm yüksek gerilim bölümün yerleşmesi.

PCB Yüksek Tahtli için Beton Kılavuzları

Proper düzeni, güvenilir yüksek gerilim izolasyonunu sağlamak için en etkili yoldur. Her iz, via ve bileşen yerleştirme kararı elektrik alan dağıtımını etkiler ve arking için potansiyel. Aşağıdaki kılavuzlar tasarım sürecinde sistematik olarak uygulanmalıdır.

Clearance Distance Gereksinimler

Minimum izin mesafeleri, üst düzey çalışma gerilimine dayanan güvenlik standartları ve işletim ortamının kirliliği derecesi ile belirlenir. Tipik bir Kirlilik 2 ortamı (önemli bir kirlenme), IEC 60664-1, 6.0mm; 1000V RMS, 6.0mm. güçlendirilen yalıtım için aşağıdaki bazı değerler iki katına çıkar.

Cree page Distance

Creepage mesafeler genellikle uzak mesafelerden daha büyük çünkü PCB'nin yüzeyi, 250V RMS için daha hassas olan bir sızıntı yolu sunar. 600V RMS için 8.0mm ve 1000V RMS için 12.0mm.

Trace Routing ve Ayrılma

Yüksek gerilim izlerinin düşük gerilim devrelerinden uzak tutulması ve onları uzun süre paralel tutmak için mümkün olması gerekir.Yüksek gerilimli emisyonlar ve kapasitif darbeler azaltılır.En azından aralarındaki yüksek gerilimli geçiş noktalarına sahip olan yüksek gerilimli bir geçiş yolu tut.

Guard Traces and Isolation Slots

Güvenlik izlerinin, yüksek gerilimler için betonarme mesafelerini artırmak ve en az 1mm genişlikte ve satılan maskeyi temel materyale kadar uzatılması için çok yüksek gerilimler için, izolasyon yuvaları veya oluklar için, zeminleri artırmak için zeminleri artırmak gerekir.Eğer birden çok yuvalar kullanılırsa, çok yüksek gerilimler için ayarlanırlar.

Katman Stack-Up Strateji

İyi tasarlanmış bir tabaka yığını, yüksek gerilim ve düşük gerilim uçakları arasında fiziksel ayrım sağlayarak dramatik bir şekilde izolasyonu artırabilir.Dörtücü bir sistemli bir sistemle, üst tabakadaki tüm yüksek gerilim bileşenleri ve izlerini üst tabakalarda yerine getirmek için, üst ve iç tabakalar arasında (örneğin, üst ve iç katmanların tamamı) bir izolasyonu sağlamak için, alt tabakanın sadece düşük gerilimli sinyalleri ve zemini taşırken.

Dayanıklılık için süzgeç seçimi

izolasyon sınırı geçen bileşenlerin seçimi, PCB düzeninin kendisi kadar önemlidir. dönüştürücüler, opto çifterler, dijital isolatörler ve röleler PCB substratı olarak aynı ürpertici ve tespit gereklilikleri karşılamalıdır.

Transformers ve Coupled Inductors

Güç dönüştürme tasarımları, transformatör genellikle birincil galvanic izolasyon sağlar. transformatör içindeki yalıtım sistemi, üst gerilim stresi için derecelendirilmiştir ve KAYNAKLARI:0) KAYNAKLARI: 1) birincil ve ikincil rüzgarlar arasındaki mesafeyi içerir. Bu genellikle üç-i izolasyonlu tel veya tabaka yalıtımı gerekir.

ICs ve Opto çiftleri

Modern dijital isolators ve opto çifterler, 5kV ve ürpertici mesafelerini 8mm veya daha fazla aştılar, bu cihazlarda güçlendirilmiş izolasyon için uygun hale getirirler, izolasyon gerilimi derecelendirmesine dikkat edin (VIOSM) ve maksimum çalışma gerilimi (VIOWM). PCB ayak izi, giriş ve çıkış noktalarınız arasındaki varsayılan mesafeyi korumak için, bu cihazlara uygun olabilir.

Kapı Drive Transformers ve Seviye Değiştirici

Köprü üstolojilerdeki yüksek kapı sürücüleri için, kontrol devreleri ve güç arasındaki izolasyon genellikle bir kapı sürücüsü dönüştürücü veya bir seviye değiştirme bütünleme devresini kullanır.Bu bileşenler tam otobüs gerilimi artı herhangi bir geçiş geçicilerine dayanmalıdır.Güvenli izolasyon spektralleri ile bileşenleri kullanın ve sürücü devrelerinin etrafındaki PCB düzeni birincil güç aşaması olarak aynı işlemi korur.

Koruyucu Önlemler ve Tasarım Teknikleri

Temel düzeni ve malzeme seçimlerinin ötesinde, birkaç ek teknik yüksek gerilim PCB'lerin güvenilirliğini ve güvenliğini artırabilir.

Muhafızlar ve Shielding

AİLMİŞ:0) Koruma yüzüğü ), yüksek gerilimli bir görüntüyü yakalamak için yüksek gerilime bağlı olmayan bir sabit devreye ulaşmalarını engellemektir.Görünmüşler özellikle küçük sızıntı akımlarının ölçüm hatalarına neden olabilir.Ortak ve ikincil taraflar arasındaki sağ taraf arasındaki sağ taraf da düşük seviyeli bir şekilde kapatılabilir.

Partisel Discharge Mitigation

Kısmen deşarj (PD), yüksek çözünürlükte kısmi deşarj için değerlendirilen yerelleştirilmiş bir dielektrik arızadır (PDEV) ve PD'nin yalıtım sistemindeki hataları en aza indirmek için, uygun fiyatlı formasyon oluşturmasını sağlar. Yüksek gerilim PCB'nin üzerinde çalışır ve 500V'nin üzerinde çalışır bakır izlerinin üzerinde çalışır. Yüksek gerilim (PDIV) ve yüksek basınçlı kapaklar kullanılarak yüksek basınçları dağıtmaya yardımcı olur.

Yeraltı stratejileri için

Doğru bir zemin planı hem güvenlik hem de EMC performansı için gereklidir. izole edilmiş güç dönüştürücüleri, birincil ve ikincil nedenlerle genellikle izolasyon bariyeri ile ayrılır. birincil ve ikincil nedenlerle (PE) güvenlik standartları tarafından gerekli olan ve ikincil zemini tutmak, yüksek hacimli veya bağlantılı bir şekilde PE'ye engelleyici bir şekilde bağlanır. bariyer boyunca çift gürültüyü yaratarak zemini oluşturmaktan kaçının.AİLMİŞT:0Y-kapıyasal olarak)

Yüksek Voltage Tasarımlarında Termal Yönetim

Yüksek güç seviyeleri, ısıtılabilir malzemeler ve ürpertici mesafeleri azaltabilecek ısı yaratır. Tasarım, PCB'nin ısı artışını göz önünde bulundurmalıdır ve yalıtım sisteminin, derece düşük ısılı bileşenlerden dolayı, gerekli olan modülasyon hızları ile fiziksel olarak izole edilmiş olmasını sağlamalıdır.

Güvenlik Standartları ile Uyum ve Test

Her yüksek gerilim PCB tasarımı, hedef pazarı için düzenleyici gereklilikleri yerine getirmek için ilgili güvenlik standartlarına karşı doğrulanmalıdır. Güç dönüştürme ekipmanı için en yaygın referans standartları şunlardır:

  • [FONT=0)IEC 60664-1[[Dönetici: 1kV AC/1.5kV DC)
  • [FONT:0)IEC 60950-1 / IEC 62368-1) - Bilgi teknolojisi ve ses/video ekipmanlarının güvenliği (enerji tedarik gereksinimleri dahil)
  • [FONT:0)IEC 61010-1[DÜT:1] - Kontrol için elektrik ekipmanı için güvenlik gereksinimleri ve laboratuvar kullanımı
  • [FONT:0]UL 60950-1[[Dönetici:2) ve [[Dönetici:2) [FONT=363][/FONT=3][/FONT=3][/FONT=3][/FONT=4][/FONT=3][/FONT=3][/TRNT=3][/FONT=3][/TRNT=I=I=I=I=3][/FONT=I=I=I=3][/TRNT=3][/TRNT=I=I=3][/TRNT=I=I=I=I=I=I=I=I=I=3][/TRNT=I=I=3][/I=I=I=I=I=I=I=I=I=I=I=I=I=I=I=I=I=I=I=I=I=I=I=I=I=I=I=I=I=I=I=I=I=I=I=I=3][/TRNT=I=I=I=I=3][/TRNT=I=I=
  • [FONT=0)IEC 60747-5-5[[Dönetici: 1 )

Yüksek-Voltage Withstand Testi (Hipot)

Yüksek gerilim izolasyonu için en temel test, genellikle hipot testi olarak adlandırılır. Bu test sırasında, puanlanan çalışma geriliminden daha yüksek bir gerilim belirli bir süre için (tipik olarak 60 saniye) test edilmesi gerekir. Test gerilimi genellikle 2x çalışma gerilimi artı 1000V veya daha fazla. Test, flaş veya bir kesinti olup olmadığını ve mevcut sızıntının belirtilen bir eşiğin altında tutulması durumunda bir geçiş olarak kabul edilir. Test, üretim sırasında test geriliminin tutarlı bir şekilde yapılması gerekir.

Dayanıklılık Etkisi

Dayanıklı devreler arasındaki DC direnci belirli bir test gerilimi (örneğin 500V veya 1000V) Yüksek IR değeri, genellikle 100 MULL üzerinde, yalıtımun bozulmamış ve kirlenmenin serbest bırakılmasını gösterir, bu test çevresel koşullara karşı hassastır, bu nedenle bilinen sıcaklık ve nem seviyelerinde yapılmalıdır.

Partial Discharge Test

500V'nin üzerinde çalışan tasarımlar için kısmi deşarj testi uzun vadeli yalıtım güvenilirliğini sağlamak için önerilir. Test, yüksek AC gerilimi uygulamak ve şarj işlemi PD'nin içindeki iç deşarjlar tarafından serbest bırakılanı ölçmek için en az 1.5x olmalıdır. Bu test özellikle de plakalar için önemlidir.

Creepage and Clearance Verification

Tasarım incelemesi sırasında, sabitleme ve kontrol noktaları üzerinde, sistem kontrolü (DRC) araçları veya manuel ölçümler kullanılarak, satılan maskenin kaldırıldığı bölgelere özel dikkat edin, bu nedenle, sıkıştırıcı mesafenin azaltıldığı yerlerdir. Ayrıca, son muhafazada kurul tarafından kurulduğunda, montaj donanımı ve kablolama işlemi tamamlandığında, sabitlenebilir.

Yüksek Voltage PCB Isolation için Pratik Tasarım Kontrol Listesi

Mühendislerin tartışılan yönergeleri uygulamalarına yardımcı olmak için, aşağıdaki kontrol listesi tasarım döngüsü sırasında kullanılabilir:

  1. Uygulama ve hedef güvenlik standardına dayanan gerekli izolasyon tipi (işlev, temel veya takviye) belirleme.
  2. Çalışma gerilimi için yeterli dielektrik gücü, kalınlığı ve CTI puanı ile bir PCB substratı seçin.
  3. IEC 60664-1 veya geçerli standart kullanarak minimum tespit ve sürükleme mesafelerini hesaplayın ve% 20 güvenlik marjını ekleyin.
  4. Define, yüksek gerilim bileşenleri ve izlerinin etrafındaki bölgelerin tutulması, düşük gerilim elemanlarının intrude olmasını sağlamak.
  5. Yol yüksek gerilim düşük gerilim bölgelerinden uzak izler, gerekli olan bekçi izlerini veya izolasyon yuvalarını kullanarak.
  6. izolasyon bileşenleri (transformers, isolators, opto çifterler) gerekli gerilime karşı olan notlarla seçin.
  7. birincil ve ikincil zeminleri ayıran bir zemin stratejisi uygulayın ve koruyucu dünya bağlantısı içerir.
  8. Güvenilirliği artırmak için uygun kaplama veya boyamayı düşünün, özellikle de kirletici veya nemli ortamlarda.
  9. Tasarım kuralı, tespit ve ürpertici için kontrol eder ve keskin kenarlar veya boşluklar için düzeni gözden geçirir.
  10. Tasarımı hipot, yalıtım direnci ve prototiplerdeki kısmi deşarj testleri ile geçerli.

Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç

Güç dönüşüm uygulamaları için yüksek gerilim izolasyonlu PCB'leri tasarlamak, malzeme özelliklerine dikkat etmek, geometriye, bileşen seçimine ve uluslararası güvenlik standartlarına uygun hale getirmek için dikkatli bir şekilde yapılmalıdır.Bu makalede belirtilen kılavuzlar izleyerek, mühendisler hem güvenli hem de güvenilir, endüstriyel sürücülere ve tüketici elektroniklerine karşı daha fazla değerli bir yetenek yaratabilir.

For additional reference, consult the following resources: Würth Elektronik Application Notes on Isolation, the TI High-Voltage Isolation Design Guide, and the IEC 60664-1 standard for detailed insulation coordination requirements.