PCB 布局設(shè)計(jì)中的 PCB 爬電距離和間隙標(biāo)準(zhǔn)

印刷電路板上的高壓部件。

篝火很多，比如篝火或者壁爐，可以提高生產(chǎn)力，溫馨甚至浪漫。 但是，您永遠(yuǎn)不會(huì)在 PCB 上看到起火現(xiàn)象。 如果 PCB 設(shè)計(jì)不適合高電壓，這可能是一個(gè)真正的風(fēng)險(xiǎn)。 在某些情況下，設(shè)計(jì)不當(dāng)?shù)?a href="/tag/dianluban.html" target="_blank">電路板可能會(huì)產(chǎn)生靜電放電，從而損壞電路板和組件，并可能引起火災(zāi)。

為了避免這個(gè)問題，從事高壓應(yīng)用的PCB設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)特別注意裸金屬導(dǎo)體之間的分離。 有兩種方法可以測(cè)量該距離，即爬電距離和電氣間隙，保持它們之間所需的距離非常重要。 在這里我們將了解PCB爬電距離和間隙標(biāo)準(zhǔn)之間的差異，以及避免高壓?jiǎn)栴}或PCB意外燃燒所需采取的步驟。 電路板組裝及電路板加工廠家講解滿足PCB爬電距離和電氣間隙標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)計(jì)方法

PCB爬電距離和電氣間隙的區(qū)別

如果金屬之間的距離太近，傳導(dǎo)高電壓的印刷電路板可能會(huì)受到暴露金屬之間的靜電放電的影響。 這種放電可能會(huì)損壞電路板及其元件。 對(duì)于 PCB 設(shè)計(jì)人員來說，觀察電路板上金屬導(dǎo)體之間的適當(dāng)間距非常重要。 電路板上的導(dǎo)體間距可以通過兩種方法測(cè)量：爬電距離和電氣間隙：

爬電距離：是指電路板或絕緣材料表面兩導(dǎo)體之間的距離。

間隙：這是兩個(gè)導(dǎo)體之間通過空氣的視線距離。

在電壓高于30VAC或60VDC的高壓電路中，必須遵守爬電距離和電氣間隙間隔的規(guī)則，以防止兩導(dǎo)體之間意外產(chǎn)生電弧。 一般來說，這兩個(gè)測(cè)量值是相同的，就像兩個(gè)元件焊盤或電路板可觸及部分上其他暴露的金屬區(qū)域之間的距離一樣。 但在某些情況下，兩種測(cè)量方法會(huì)有所不同，具體取決于元件的放置位置或裸板的輪廓是否異常。 如下圖所示，爬電距離是指兩個(gè)元件焊盤之間的電路板表面之間的距離。 另一方面，該間隙是左側(cè)部件的金屬散熱器與右側(cè)部件的緩沖墊之間的氣隙。

如側(cè)上圖所示，PCB 上的爬電距離和電氣間隙示例

接下來，我們將研究在哪里可以找到這些爬電距離和電氣間隙標(biāo)準(zhǔn)。

PCB 爬電距離和間隙標(biāo)準(zhǔn)是什么？

PCB爬電距離和電氣間隙標(biāo)準(zhǔn)的計(jì)算需要考慮不同的因素，包括工作電壓、污染程度（電路板上的灰塵和冷凝物）以及要評(píng)估的電路類型。 計(jì)算爬電距離的另一個(gè)重要因素是用于構(gòu)造原始板的層材料。 電壓會(huì)在電路板表面形成導(dǎo)電通路，從而損害其絕緣性能。 某些電路板材料比其他電路板更能抵抗這種影響。 比較漏電起痕指數(shù)（CTI）定義了每種材料的電阻值； 數(shù)字越大，抗穿刺能力越大。 例如，F(xiàn)R-4的默認(rèn)CTI值為175，而其他更專業(yè)的材料的CTI值可以高達(dá)600。

PCB爬電距離和電氣間隙標(biāo)準(zhǔn)相關(guān)的文件有很多，主要文件是IPC-2221。 這是一個(gè)通用標(biāo)準(zhǔn)，涵蓋許多不同的設(shè)計(jì)規(guī)則，包括高壓電路所需的間距。 這些限制由直流或交流電壓水平、內(nèi)層、有涂層或無涂層的外層以及基材材料來描述。 除了 IPC-2221 之外，您還可以在這些標(biāo)準(zhǔn)中找到其他信息：

• IPC-9592：該標(biāo)準(zhǔn)比 IPC-2221 更具體，因?yàn)樗x了高于 100 伏的電源轉(zhuǎn)換設(shè)備的間距要求。
  

• UL-61010-1：這些標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了電氣測(cè)試和實(shí)驗(yàn)室設(shè)備以及其他工業(yè)設(shè)備設(shè)計(jì)中的安全要求。
  

• UL-60950-1：該標(biāo)準(zhǔn)適用于各種設(shè)備的高低壓應(yīng)用。

這些標(biāo)準(zhǔn)將為設(shè)置 PCB 所需的間隙提供堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，以保護(hù) PCB 免受可能在兩個(gè)不同導(dǎo)體之間產(chǎn)生電弧的過壓事件的影響。 模擬設(shè)計(jì)中的功率分布并使用這些結(jié)果來幫助設(shè)置布局的物理屬性也很重要。

電路板上電源元件的布局

如何使用這些標(biāo)準(zhǔn)來設(shè)計(jì)PCB布局

滿足間距要求后，電路板將需要適當(dāng)?shù)呐离娋嚯x和電氣間隙。 下一步是在 PCB 布局系統(tǒng)的設(shè)計(jì)規(guī)則中設(shè)置這些值。 可以為金屬之間的間隙設(shè)置規(guī)則和約束，無論是布線、焊盤、覆銅還是三者的任意組合之間。 您還需要為組件占用的空間設(shè)置正確的間距，特別是對(duì)于承載大量電壓的較大組件。 在某些情況下，您甚至可以在特定空間周圍設(shè)置獨(dú)特的避讓間隙，以解決散熱器和其他異常配置的問題。 所有這些規(guī)則將幫助您在所需的高壓組件之間保持必要的間距。

當(dāng)您在布局中放置組件時(shí)，請(qǐng)確保在考慮零件的所有方面時(shí)考慮它們。 這將包括可能懸于零件上方的任何金屬導(dǎo)體（例如散熱器），特別是如果您無法在零件周圍設(shè)置獨(dú)特的回避區(qū)域。 在布局期間，您還需要確保對(duì)組件放置的任何編輯或更改不會(huì)超出您在零件之間仔細(xì)設(shè)置的間距。 即使將組件旋轉(zhuǎn) 90 度也會(huì)導(dǎo)致形狀異常的零件違反電壓間隙。

這是放置間距時(shí)要考慮的另外兩種技術(shù)：

為了幫助保持正確的間距，請(qǐng)嘗試將高壓組件放置在電路板的一側(cè)，將低壓組件放置在另一側(cè)。 在某些情況下，高壓部件之間的間距規(guī)則可能不像低壓部件那么嚴(yán)格。

爬電需要另一種解決方案，因?yàn)閷⒉考胖迷陔娐钒宓牧硪粋?cè)不會(huì)為您提供整個(gè)電路板表面所需的隔離。 相反，您可能需要安裝絕緣屏障或在板上切割凹槽或槽。 電路板輪廓的變化將增加電壓必須在整個(gè)表面上傳播的距離，從而為您提供所需的爬電距離。

幸運(yùn)的是，您的 PCB 設(shè)計(jì)工具有許多可以提供幫助的功能。 我們將在接下來的內(nèi)容中對(duì)其進(jìn)行介紹。

依靠PCB布局工具的強(qiáng)大功能

設(shè)置設(shè)計(jì)規(guī)則和約束是確保布局符合 PCB 爬電距離和間隙標(biāo)準(zhǔn)的最佳方法。 PCB 編輯器中的約束管理器可以使用特定的封裝來設(shè)置，以封裝間隙，以保持高壓部件的正確爬電距離。 此外，您可以為電源和接地網(wǎng)格創(chuàng)建網(wǎng)格類，并為其分配必要的間距。