Tại sao các khe hở không khí để cách ly điện áp trên PCB?

Tìm hiểu về thiết kế PCB cho các bộ nguồn, tôi thường thấy các bảng với các khoảng trống được định tuyến để phân tách các phần điện áp thấp và cao của bố trí.

Tại sao đi đến những rắc rối của việc định tuyến một khe hở không khí khi khắc đồng ra xa lại tạo ra cùng một mức độ cô lập? Là điện áp đánh thủng của không khí cao hơn nhiều so với FR4?

Tôi cho rằng những khoảng trống như vậy được sử dụng để tránh những tình huống mà đồng có thể không được khắc đi một cách hoàn hảo.

Thiết kế PCB điện áp cao

Thiết kế PCB điện áp cao để ngăn hồ quang

Một vài lý do tại sao:

1. Khi xảy ra hiện tượng hồ quang, nó có thể gây ra sự cacbon hóa (còn gọi là "đốt cháy") trên bề mặt PCB. Điều này có thể dẫn đến một ngắn hạn vĩnh viễn. Đây cũng là thiệt hại không thể đảo ngược, trong khi - như vòng cung trong không khí không xảy ra (trừ khi có gì đó không ổn). Điều này sẽ đặc biệt tồi tệ nếu một xung điện áp cao duy nhất tạo ra một sự cố ngắn vĩnh viễn, sau đó bất kỳ nguồn điện áp "mức thấp" nào vẫn có sẵn đường dẫn trở kháng thấp.
2. Bạn có tùy chọn cài đặt một lá chắn cường độ điện môi cao (một cái gì đó tốt hơn nhiều so với FR4 / sellermask, và tốt hơn không khí).
3. Bụi / bẩn có thể tích tụ trên bề mặt bảng, làm giảm độ bền điện môi. Không có nhiều vấn đề (mặc dù vẫn có thể là một vấn đề) nếu bề mặt đó không tồn tại.
4. Trong liên kết thứ hai, họ đã thực hiện một số thí nghiệm trong đó độ ẩm có ảnh hưởng mạnh đến điện áp đánh thủng của chất hàn và hiệu ứng nhỏ hơn (mặc dù có khả năng vẫn còn đáng kể) trên một khe. Kết quả tốt nhất của họ là từ việc loại bỏ sellermask và cắt một khe cắm (không có hiệu suất đáng kể).
5. Bất kỳ lỗi vô ý nào của creep sẽ bị loại bỏ bởi bộ định tuyến, mặc dù thực sự điều này cần được bắt gặp trong giai đoạn thiết kế, đặc biệt là với CAD hiện đại. PCB có thể không hoạt động đúng nếu các bản nhạc có mạch mở bất ngờ và làm cho bản nhạc dòng cao nhỏ hơn có thể gây ra các vấn đề khác: P
6. Yêu cầu giải phóng mặt bằng không khí dường như nhỏ hơn khoảng cách bề mặt yêu cầu bề mặt.

Một cái nhìn nhanh về một số bảng creepage / giải phóng mặt bằng:

bảng thông quan III

bảng leo núi IV

dường như xác nhận rằng creepage distance> clearance distance, đặc biệt là với mức độ ô nhiễm cao hơn.

Mức độ ô nhiễm là thước đo về cách môi trường có thể ảnh hưởng đến PCB của bạn. Xem: Thiết kế cho bụi .

Mô tả các mức độ cảnh báo khác nhau (bảng 1):

1. Không ô nhiễm hoặc chỉ ô nhiễm khô, không dẫn điện, không ảnh hưởng đến an toàn. Bạn có thể đạt được mức độ ô nhiễm 1 thông qua việc đóng gói hoặc sử dụng các thành phần kín kín hoặc thông qua lớp phủ PCB phù hợp.
2. Ô nhiễm không dẫn điện, nơi thỉnh thoảng ngưng tụ có thể xảy ra. Đây là môi trường phổ biến nhất và thường được yêu cầu cho các sản phẩm được sử dụng trong gia đình, văn phòng và phòng thí nghiệm.
3. Ô nhiễm dẫn điện hoặc ô nhiễm không dẫn điện khô, có thể trở thành dẫn điện do ngưng tụ dự kiến. Điều này thường áp dụng cho môi trường công nghiệp. Bạn có thể sử dụng vỏ bảo vệ xâm nhập (IP) để đạt được mức độ ô nhiễm 3.
4. Ô nhiễm tạo ra độ dẫn dai dẳng, như mưa, tuyết hoặc bụi dẫn điện. Danh mục này áp dụng cho môi trường ngoài trời và không áp dụng khi tiêu chuẩn sản phẩm chỉ định sử dụng trong nhà.

Một khe hở không khí có mức độ phá vỡ cao hơn nhiều so với các bề mặt không được mạ đồng trên bảng mạch. Có hai cơ chế đang chơi - khe hở không khí vật lý (khe hở) và cái được gọi là "theo dõi" trên bề mặt PCB (dây leo).

Khoảng cách leo. Creepage là con đường ngắn nhất giữa hai phần dẫn điện (hoặc giữa một phần dẫn điện và bề mặt giới hạn của thiết bị) được đo dọc theo bề mặt của vật liệu cách nhiệt. Khoảng cách dây leo thích hợp và đầy đủ bảo vệ chống lại sự theo dõi, một quá trình tạo ra đường dẫn suy giảm cục bộ một phần trên bề mặt vật liệu cách điện do sự phóng điện trên hoặc gần bề mặt cách điện. Mức độ theo dõi cần thiết phụ thuộc vào hai yếu tố chính: chỉ số theo dõi so sánh (CTI) của vật liệu và mức độ ô nhiễm trong môi trường.

và,

Khoảng cách giải phóng mặt bằng. Khoảng hở là khoảng cách ngắn nhất giữa hai phần dẫn điện (hoặc giữa phần dẫn điện và bề mặt giới hạn của thiết bị) được đo qua không khí. Khoảng cách giải phóng mặt bằng giúp ngăn ngừa sự cố điện môi giữa các điện cực gây ra bởi sự ion hóa không khí. Mức độ sự cố điện môi bị ảnh hưởng hơn nữa bởi độ ẩm, nhiệt độ và mức độ ô nhiễm trong môi trường.

Như một ví dụ thực tế về khe hở không khí trên khoảng cách PCB, tôi đã từng thiết kế một PSU điện áp cao (50kV dc). Các giai đoạn đầu ra là bộ ba diode (không quan trọng trong ví dụ này), nhưng PCB gắn các điốt và tụ điện mất 6kV và biến nó thành 50kV phải có các lỗ lớn xung quanh các thành phần do đó "creapage" trên bảng mạch không thể tạo ra trực tiếp đường thẳng trên bề mặt PCB, thay vào đó nó phải dệt xung quanh các khe và lỗ và điều này mang lại cho nó khả năng điện áp cao hơn đáng kể.

Có một câu hỏi tương tự về trao đổi ngăn xếp ở đây có các bảng điện áp và khoảng trống cho creapage và giải phóng mặt bằng.