如何设计高压 PCB：8 个最佳技巧和注意事项

如何设计高压 PCB：8 个最佳技巧和注意事项

高压电路板（PCB）是指工作电压高于典型轨电压的电路板，常见于主电源、逆变器和电动汽车充电器等设备中。设计高压PCB需要特别注意介电强度、爬电距离、间隙距离等关键参数，以确保电路板的安全性和可靠性。本文将详细介绍高压PCB设计的8个最佳技巧和注意事项。

1. 高压PCB设计原理

设计高压PCB时，需要特别注意以下几点：

路由

在布线时需要特别注意以下关键方面：

• 在电压差较大的走线之间保持足够的间隙
• 避免使用尖锐的弯折或边缘，因为它们可能产生高电场
• 电路板的内层不应走高压走线

多边形平面

所有高压PCB上的多边形平面间隙应提高到安全量，特定电路板区域也应提高。经常看到多边形倾倒在迹线附近，向电路板上的边缘连接发送 600V，但并非总是如此。多层PCB的内部平面也应保持合理的电压和彼此之间的距离，以防止短路。

层中层

中压可用于所有级别以创建多层。最重要的是如何很好地填充各个层之间的空隙。预浸料要求层分离厚度至少为 005 英寸，以确保填充介质的完整性。如果存在任何空隙或凹坑，介电值将显着降低。传统类型的多层预浸料 FR4 不适用于中压或高压操作。材料内部结构缺乏均匀性，导致分解过快。由于微孔，介电额定值降低。

2. 需要考虑的 EMI 因素

高压PCB因为它们可能产生的频率范围很广而闻名。在大多数情况下，保持环路区域较短并缝合尽可能多的地平面是减少环路区域的最有效方法。金属板也可用于绝缘高压部件。

高频变压器

在大多数高压板上，几乎通常使用带有变压器的开关模式电路来产生高压。在这些情况下，您必须遵守变压器的铁芯绝缘水平。关于 PCB 布局，接地层最好在主侧和副侧之间分开。在初级侧和次级侧之间的电路板上应该有一个带有切口的相当大的隔离间隙。

Mosfets/晶体管/开关

大多数时候，高压设备将采用正确的封装以承受间距之间的高压。如果您知道电压会相当高，那么选择具有最大引脚间距的设备仍然是明智的。如果没有空间限制，一个常见的例子是选择 TO-247 设备而不是 TO-220。类似的示例也可以应用于 SMD 设备。

无源元件

在选择无源元件时，元件尺寸至关重要，因为它直接取决于它能承受的电压。因此，让我们假设该设计在 SMD 电阻器之间有 300V。那么选择像 1206 这样的封装比 0402 更可取。有时需要将许多这样的组件串联起来以减轻它们之间的电压应力

用于隔离的切口和槽

高压板的任何高压元件附近都必须有切口或隔离孔。这些孔和电路板切口是充电器和电源等消费品的众多安全要求所必需的。高湿度地点和可能发生污染的情况可能会受益于这些品质。电路板的机械层是大多数隔离槽和切口所在的位置。

3. 开发高压PCB的材料

标准 FR-4 的低介电强度使其不适合用于高压电路板。当成本不是问题时，较高的介电强度是可取的。高电压额定材料的几个例子如下：

• 英国电信环氧树脂
• 聚酰亚胺
• 岛

完成董事会

高压电路板整理是一个经常被忽视但至关重要的考虑因素。焊盘的表面质量和任何可见痕迹是首要考虑因素。最终板应该没有不规则，甚至在整个表面上。高压垫上的尖点或其他缺陷可能会产生过强的电场并导致电弧。

4. 设计高压PCB的基本注意事项

通过采取一些预防措施，您可以避免与高压印刷电路板有关的任何严重后果。以下是上述所有信息的关键：

路由

当设计一个高压线路板, 坚持使用可靠的路由方法是至关重要的。设计电路时，电压差较大的导体之间最好留一点空间。由于电场集中度高，建议避免锋利的边缘。在电路板的内层运行高压走线也是一个很大的禁忌。

层内层

每层具有中压的多层 PCB 也是必不可少的。填充层与层之间的间隙时，必须小心。PCB 设计要求每一层的分隔厚度为 005 英寸以保持整体平衡。高压 PCB 中的任何孔洞或不必要的间隙都会影响介电值。

几何多边形

还应安全地增加多边形平面间隙高压PCB秒。多层 PCB 的内部平面必须适当分离并具有高电压。因此，电流可以不间断地流过整个电路板。

面积

您可能听说过带有高压的 PCB 会释放各种电磁干扰。如果接地层的环路面积有限，则可以减少干扰。

5. 高压 PCB 设计：为什么要控制爬电距离和电气间隙？

并非所有 PCB 都需要设计为与高压 PCB 具有相同的间距。如果您设计的是高密度PCB，尤其是高压电路板，那么就需要多加注意，因为高密度会使间距更加复杂。

在高压PCB的设计中，合理的间距非常重要，因为PCB元器件上的电压使得相邻的导电元器件更容易产生电弧，一旦产生电弧，就会给安全带来严重的隐患。产品和用户。为了减少电弧带的产生和来临的风险，在设计高压PCB时需要重点关注间距，间距是否合理主要包括电气间隙和爬电距离。

什么是间隙距离？

间隙电压是指在电器中具有电位差的两相邻导体之间穿过空气的最短距离，即沿空气测量的两相邻导体或一根导体与相邻电机外壳表面之间的最短距离。如果PCB上相邻元件之间的间隙太小，一旦超过规定电压，PCB上相邻导电元件之间可能会产生电弧。

但是，间隙没有标准距离，它会随着 PCB 材料、电压和环境的不同而变化。其中，环境的影响非常大，比如湿度会导致空气击穿电压发生变化，可能更容易产生拉弧。灰尘是另一个因素，积聚在 PCB 顶部的灰尘会缩短导体之间的距离，从而产生电弧。电弧会危害产品和用户安全，因此 PCB 间距是设计高压 PCB 时要考虑的关键参数。

什么是爬电路径？

与电气间隙类似，爬电距离用于测量 PCB 上导体之间沿绝缘材料表面的最短距离，而不是空气中的距离。PCB 材料和环境也会影响爬电距离，与间隙距离类似，水分和灰尘会缩短爬电距离。我们在设计高压高密度PCB时，完全满足爬电距离可能并不容易，因为改变PCB的走线并不是满足爬电距离的优先考虑。我们通常可以在设计中增加表面距离或其他技巧，例如轨道之间。在它们之间添加槽或垂直隔离栅可以有效增加爬电距离，而无需改变 PCB 上的走线布局。

6. 设计高压 PCB 时如何确定间距和材料

由于高压PCB设计的因素很多，所以我们在设计高压PCB时，最好从源头上杜绝安全隐患。我们可以参考一些标准指南，例如：

• IPC-2221 是 PCB 设计间隙和爬电距离指南的通用标准。
• IEC-60950-1。IEC 版本是任何具有交流电源或电池电源的 IT 产品的标准。

常见问题

说到PCB，什么是高压？

非正式地，100V 或以上的 PCB 被认为是高电压，尽管没有确定的数字。

PCB可以承受的最大电压是多少？

在设计和制造低压印刷电路时，材料并不重要，因为所有印刷电路材料都能承受高达 1000 伏的电压。

PCB过孔能承载多少电流？

使用 0.35 毫米的钻头，您可以安全地传输 2 安培的电流。用焊料填充它们也可以降低它们的电阻。

PCB 走线能有多热？

为防止 PCB 随着时间的推移褪色和变弱，更常见的做法是允许 20-30°C 的温度范围。如果内部温度超过 105 摄氏度，UL 认证可能会很困难。

结论

规划和制造高压线路板需要高度的准确性。如果您遵循高压准则的所有规定和基本做法，您就可以获得一块经久耐用的电路板。此外，选择一个可靠的PCB制造商在高压设备的情况下非常重要。因此，质量差的设计或材料会大大增加发生事故的可能性。