Po co kierować szczeliny powietrzne do izolacji napięcia na płytkach drukowanych?

Ucząc się o projektowaniu płytek drukowanych do zasilaczy, często widzę płytki z trasowanymi przerwami do oddzielania sekcji układu niskiego i wysokiego napięcia.

Po co męczyć się z rozruchem szczeliny powietrznej, gdy wytrawianie miedzi powinno stworzyć ten sam poziom izolacji? Czy napięcie przebicia powietrza jest znacznie wyższe niż FR4?

Zakładam, że takie luki są stosowane, aby uniknąć sytuacji, w których miedź może nie zostać idealnie wytrawiona.

Konstrukcja PCB wysokiego napięcia

Wysokonapięciowa konstrukcja PCB do zapobiegania łuku

Kilka powodów, dla których:

1. Gdy dochodzi do łuku elektrycznego, może to powodować karbonizację (inaczej „spalanie”) na powierzchni płytki drukowanej. Może to spowodować trwałe zwarcie. Jest to również nieodwracalne uszkodzenie, w którym nie występuje łuk w powietrzu (chyba że coś innego pójdzie nie tak). Byłoby to szczególnie złe, gdyby pojedynczy skok wysokiego napięcia spowodował trwałe zwarcie, wówczas każde źródło napięcia „niskiego poziomu” nadal miałoby dostępną ścieżkę niskiej impedancji.
2. Masz możliwość zainstalowania osłony o wysokiej wytrzymałości dielektrycznej (coś znacznie lepszego niż FR4 / maska ​​lutownicza i lepszego niż powietrze).
3. Kurz / brud może gromadzić się na powierzchni płyty, zmniejszając wytrzymałość dielektryczną. Nie stanowi to większego problemu (choć nadal może być problemem), jeśli tej powierzchni po prostu nie ma.
4. W drugim łączu przeprowadzili pewne eksperymenty, w których wilgotność miała drastyczny wpływ na napięcie przebicia maski lutowniczej i mniejszy (choć potencjalnie wciąż znaczący) wpływ na szczelinę. Ich najlepszy wynik polegał na usunięciu maski lutowniczej i wycięciu szczeliny (brak znaczącego spadku wydajności).
5. Wszelkie niezamierzone błędy pełzania zostaną usunięte przez router, choć tak naprawdę powinno to zostać wykryte na etapie projektowania, szczególnie w przypadku nowoczesnych programów CAD. Płytka drukowana może nie działać poprawnie, jeśli ścieżki mają nieoczekiwane otwarte obwody, a zmniejszenie ścieżki wysokoprądowej może spowodować inne problemy: P
6. Wymagany prześwit wydaje się być mniejszy niż wymagana powierzchnia upływu na powierzchni.

Szybkie spojrzenie na niektóre tabele pełzania / odprawy:

tabela prześwitów III

tabela pełzania IV

wydaje się to potwierdzać creepage distance> clearance distance, zwłaszcza przy wyższych stopniach zanieczyszczenia.

Stopień zanieczyszczenia jest miarą wpływu środowiska na płytkę drukowaną. Zobacz: Design for Dust .

Opis różnych stopni zanieczyszczenia (tabela 1):

1. Bez zanieczyszczeń lub tylko suche, nieprzewodzące zanieczyszczenia, które nie mają wpływu na bezpieczeństwo. Stopień zanieczyszczenia 1 można osiągnąć poprzez hermetyzację lub zastosowanie hermetycznie zamkniętych elementów lub poprzez powlekanie zgodne z PCB.
2. Zanieczyszczenia nieprzewodzące, w których może wystąpić sporadyczna tymczasowa kondensacja. Jest to najczęstsze środowisko i na ogół jest wymagane w przypadku produktów używanych w domach, biurach i laboratoriach.
3. Zanieczyszczenie przewodzące lub suche nieprzewodzące zanieczyszczenie, które może stać się przewodzące z powodu spodziewanej kondensacji. Zasadniczo dotyczy to środowisk przemysłowych. W celu uzyskania stopnia zanieczyszczenia 3 można zastosować obudowy chroniące przed wnikaniem (IP).
4. Zanieczyszczenia, które generują trwałe przewodnictwo, takie jak deszcz, śnieg lub przewodzący pył. Ta kategoria dotyczy środowisk zewnętrznych i nie ma zastosowania, gdy norma produktu określa zastosowanie w pomieszczeniach.

Szczelina powietrzna ma znacznie wyższy poziom przebicia niż nieosłonięte powierzchnie na płytce drukowanej. Istnieją dwa mechanizmy - fizyczna szczelina powietrzna (prześwit) i tak zwane „śledzenie” na powierzchniach PCB (pełzanie).

Droga upływu. Pełzanie to najkrótsza droga między dwiema częściami przewodzącymi (lub między częścią przewodzącą a powierzchnią ograniczającą urządzenia) mierzona wzdłuż powierzchni izolacji. Właściwa i odpowiednia droga upływu chroni przed śledzeniem, procesem, który wytwarza częściowo przewodzącą ścieżkę miejscowego pogorszenia na powierzchni materiału izolacyjnego w wyniku wyładowań elektrycznych na lub w pobliżu powierzchni izolacyjnej. Wymagany stopień śledzenia zależy od dwóch głównych czynników: porównawczego wskaźnika śledzenia (CTI) materiału i stopnia zanieczyszczenia środowiska.

i,

Odległość prześwitu. Luz to najkrótsza odległość między dwiema częściami przewodzącymi (lub między częścią przewodzącą a powierzchnią ograniczającą urządzenia) zmierzona przez powietrze. Odległość prześwitu pomaga zapobiegać uszkodzeniom dielektrycznym między elektrodami spowodowanym jonizacją powietrza. Na poziom przebicia dielektryka ma również wpływ wilgotność względna, temperatura i stopień zanieczyszczenia środowiska.

Jako praktyczny przykład szczeliny powietrznej na odcinku PCB kiedyś zaprojektowałem zasilacz wysokonapięciowy (50 kV prądu stałego). Stopniami wyjściowymi były triplery diodowe (nieważne w tym przykładzie), ale płytka drukowana mocująca diody i kondensatory, które pobrały 6 kV i przekształciły ją w 50 kV, musiały mieć duże otwory wokół komponentów, dlatego „załamanie” na płytce drukowanej nie mogło spowodować bezpośredniego prosta linia na powierzchni płytki drukowanej, musiała raczej tkać się wokół szczelin i otworów, co dawało jej znacznie wyższe możliwości napięcia przebicia.

Podobne pytanie dotyczy wymiany stosów , która zawiera tabele napięć i przerw dla marszczenia i luzu.