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高壓電路板和安全標準
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。閱讀我們有關如何選擇PCB材料和層壓板進行制造的文章。
操作環境（濕度，微粒和高度）。
電路位置是相對于人類進入還是接近，以及所涉及的走線是在內部還是外部？
外層所需的間距還取決于走線是帶涂層的還是裸露的。
如果間隙太小，則瞬態過電壓事件可能會導致導體之間產生電弧。這實際上是瞬時故障，直到再次發生此類過電壓事件時才發生。由于爬電距離不足而導致的故障可能需要更長的時間才能發生。
如果您的系統或產品需要符合國際安全標準，那么確定要使用的間距很簡單。查找與產品類別相關的標準，并遵守有關應用程序詳細信息的列表值。例如，IEC-60950-1（第二版）是要咨詢的，要在國際上出售的大多數IT產品的文檔，這些產品由交流電源或電池供電，并應用于這些產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，過電壓，包括瞬變和設備內部產生的峰值電壓，不會引起故障。一系列表格，從2J到2M，說明了如何根據您的申請的詳細信息計算間隙。接下來，第2.10節。圖4說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？間隙是通過空氣測量的兩個導體之間的最短距離。爬電距離是兩個導體之間沿著絕緣體表面分開的最短距離。如果間隙或爬電距離太小，則導體之間可能會發生電氣故障。如果間隙太小，則瞬態過電壓事件可能會導致導體之間產生電弧，尤其是在空氣中或潮濕的環境中。這實際上是瞬時故障，直到再次發生此類過電壓事件時才發生。由于爬電距離不足而導致的故障可能需要更長的時間才能發生。
隨著時間的流逝，通常是由于灰塵堆積和濕氣，電流從一個導體泄漏到另一導體的路徑（換句話說，一條軌道）會形成并導致它們之間的絕緣材料表面逐漸破裂。產生這種現象的機制不是電壓尖峰（盡管可能會造成這種情況），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層壓板制造商會發布其產品的CTI數據。為方便起見，擊穿電壓分為六類：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。假設沒有人在電路通電時靠近電路。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，電壓和操作環境的物理位置有關。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盡可能遠，但通常，該距離將不滿足爬電距離的要求。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，則在兩條走線之間的空間中布線一個槽會增加爬電距離。沿著層壓板表面從一條跡線到另一條跡線的泄漏必須圍繞氣隙行進。或者，可以在空間中放置絕緣材料的垂直屏障，這將同時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，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法滿足間隙要求。此外，在組裝過程中可能需要一些操作才能滿足間隙要求。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）來獲取電氣間隙和爬電距離指南。無論如何，請與您的PCB制造商和組裝商就合適的材料進行咨詢和設計替代方案，這將幫助您以最低的成本獲得滿足您的性能目標的安全產品。
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，只是一個機會，可以在您開始旅程時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設計階段都達到產品安全標準，以免發生任何故障的原因。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。