ทำไมต้องมีช่องว่างอากาศสำหรับการแยกแรงดันไฟฟ้าบน PCB

เรียนรู้เกี่ยวกับการออกแบบ PCB สำหรับอุปกรณ์ไฟฟ้าฉันมักเห็นบอร์ดที่มีช่องว่างที่กำหนดเส้นทางเพื่อแยกส่วนแรงดันไฟฟ้าต่ำและสูงของโครงร่าง

ทำไมปัญหาของการหาช่องว่างของอากาศเมื่อแกะสลักทองแดงออกไปควรสร้างความโดดเดี่ยวในระดับเดียวกัน? แรงดันพังทลายของอากาศสูงกว่า FR4 หรือไม่

ฉันคิดว่าช่องว่างดังกล่าวถูกใช้เพื่อหลีกเลี่ยงสถานการณ์ที่ทองแดงอาจไม่ถูกสลักออกไปอย่างสมบูรณ์แบบ

การออกแบบ PCB แรงดันสูง

การออกแบบ PCB ไฟฟ้าแรงสูงสำหรับการป้องกันส่วนโค้ง

เหตุผลสองสามประการ:

1. เมื่ออาร์คโอเวอร์เกิดขึ้นอาจทำให้เกิดคาร์บอไนเซชัน (หรือที่เรียกว่า "การเผาไหม้") บนพื้นผิว PCB ซึ่งอาจส่งผลในระยะสั้นถาวร นี่เป็นความเสียหายที่กลับคืนไม่ได้โดยที่ส่วนโค้งในอากาศไม่ได้เป็นอย่างนั้น สิ่งนี้จะไม่ดีโดยเฉพาะอย่างยิ่งถ้ามีเข็มไฟฟ้าแรงสูงเพียงเส้นเดียวสร้างแบบสั้นถาวรจากนั้นแหล่งแรงดันไฟฟ้า "ระดับต่ำ" ใด ๆ จะยังคงมีเส้นทางอิมพีแดนซ์ต่ำ
2. คุณมีตัวเลือกในการติดตั้งเกราะป้องกันความเป็นฉนวนสูง (ดีกว่า FR4 / soldermask และดีกว่าอากาศ)
3. ฝุ่น / สิ่งสกปรกสามารถสะสมบนพื้นผิวบอร์ดลดความเป็นฉนวน ไม่เป็นปัญหามาก (แม้ว่าจะยังคงเป็นปัญหาอยู่) หากพื้นผิวนั้นไม่อยู่ที่นั่น
4. ในลิงค์ที่สองพวกเขาทำการทดลองบางอย่างที่ความชื้นมีผลอย่างมากต่อแรงดันพังทลายของ Soldermask และผลกระทบที่เล็กลง ผลลัพธ์ที่ดีที่สุดของพวกเขามาจากการลบ soldermask และตัดช่อง (ไม่มีผลกระทบอย่างมีนัยสำคัญ)
5. ความผิดพลาดของ creepage ที่ไม่ตั้งใจใด ๆ จะถูกลบออกโดยเราเตอร์ แต่จริงๆแล้วมันควรจะติดอยู่ในขั้นตอนการออกแบบโดยเฉพาะกับ CAD ที่ทันสมัย PCB อาจทำงานไม่ถูกต้องหากแทร็กมีวงจรเปิดที่ไม่คาดคิดและการสร้างแทร็กที่มีกระแสสูงน้อยอาจทำให้เกิดปัญหาอื่น ๆ : P
6. ระยะห่างของอากาศที่ต้องการนั้นเล็กกว่าพื้นผิวที่ต้องการ

ดูอย่างรวดเร็วบางตาราง creepage / เคลียร์:

ตารางการกวาดล้าง III

ตาราง creepage IV

ดูเหมือนว่าจะยืนยันว่าcreepage distance> clearance distanceโดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อระดับมลพิษสูงขึ้น

ระดับมลภาวะเป็นตัวชี้วัดว่าสภาพแวดล้อมอาจส่งผลกระทบต่อ PCB ของคุณอย่างไร ดู: การออกแบบฝุ่น

คำอธิบายขององศา polution ต่างๆ (ตารางที่ 1):

1. ไม่มีมลภาวะหรือแห้งเท่านั้นและไม่ก่อให้เกิดมลภาวะซึ่งไม่มีผลต่อความปลอดภัย คุณสามารถบรรลุระดับมลพิษ 1 ผ่านการห่อหุ้มหรือการใช้ส่วนประกอบที่ปิดผนึกอย่างแน่นหนาหรือผ่านการเคลือบตามมาตรฐานของ PCB
2. มลภาวะแบบไม่เหนี่ยวนำซึ่งอาจเกิดการควบแน่นชั่วคราวเป็นครั้งคราว นี่คือสภาพแวดล้อมที่พบบ่อยที่สุดและโดยทั่วไปจำเป็นสำหรับผลิตภัณฑ์ที่ใช้ในบ้านสำนักงานและห้องปฏิบัติการ
3. มลพิษทางนำไฟฟ้าหรือมลพิษแบบไม่แห้งแล้งซึ่งอาจกลายเป็นสื่อกระแสไฟฟ้าเนื่องจากการควบแน่นที่คาดไว้ โดยทั่วไปจะใช้กับสภาพแวดล้อมอุตสาหกรรม คุณสามารถใช้การป้องกันทางเข้า (IP) เพื่อให้ได้ระดับมลพิษ 3
4. มลพิษที่ทำให้เกิดการนำไฟฟ้าที่คงที่เช่นฝนหิมะหรือฝุ่นนำไฟฟ้า หมวดหมู่นี้ใช้กับสภาพแวดล้อมกลางแจ้งและไม่สามารถใช้ได้เมื่อมาตรฐานผลิตภัณฑ์ระบุการใช้ภายในอาคาร

ช่องว่างอากาศมีระดับการแยกย่อยที่สูงกว่าพื้นผิวที่ไม่มี coppered บนแผงวงจร มีสองกลไกในการเล่นคือ - ช่องว่างอากาศทางกายภาพ (ระยะห่าง) และสิ่งที่เรียกว่า "การติดตาม" บนพื้นผิว PCB (คืบหน้า)

ระยะทาง Creepage Creepage เป็นเส้นทางที่สั้นที่สุดระหว่างสองส่วนที่นำไฟฟ้า (หรือระหว่างส่วนที่นำไฟฟ้าและพื้นผิวที่มีขอบเขตของอุปกรณ์) ที่วัดตามพื้นผิวของฉนวน ระยะ Creepage ที่เหมาะสมและเพียงพอป้องกันการติดตามกระบวนการที่สร้างเส้นทางการดำเนินการบางส่วนของการเสื่อมสภาพที่มีการแปลบนพื้นผิวของวัสดุฉนวนเนื่องจากการปล่อยไฟฟ้าบนหรือใกล้กับพื้นผิวฉนวน ระดับของการติดตามที่จำเป็นขึ้นอยู่กับปัจจัยหลักสองประการ: ดัชนีการติดตามเปรียบเทียบ (CTI) ของวัสดุและระดับของมลพิษในสิ่งแวดล้อม

และ,

ระยะทางกวาดล้าง การกวาดล้างเป็นระยะทางที่สั้นที่สุดระหว่างสองส่วนที่นำไฟฟ้า (หรือระหว่างส่วนที่เป็นตัวนำและพื้นผิวที่มีขอบเขตของอุปกรณ์) ที่วัดผ่านอากาศ ระยะห่างของการกวาดล้างช่วยป้องกันการสลายอิเล็กทริกระหว่างอิเล็กโทรดที่เกิดจากการแตกตัวเป็นไอออนของอากาศ ระดับการแยกอิเล็กทริกจะได้รับอิทธิพลเพิ่มเติมจากความชื้นสัมพัทธ์อุณหภูมิและระดับมลพิษในสภาพแวดล้อม

ในฐานะที่เป็นตัวอย่างของช่องว่างอากาศในระยะทางที่เป็นประโยชน์ผมเคยออกแบบ PSU แรงดันสูง (50kV dc) ขั้นตอนเอาท์พุทเป็นไดโอด triplers (ไม่สำคัญสำหรับตัวอย่างนี้) แต่ PCB ที่ติดตั้งไดโอดและตัวเก็บประจุที่ใช้ 6kV และเปลี่ยนเป็น 50kV ต้องมีรูขนาดใหญ่รอบ ๆ ส่วนประกอบดังนั้น "creapage" บนแผงวงจรไม่สามารถสร้างได้โดยตรง เป็นเส้นตรงข้ามพื้นผิว PCB ค่อนข้างจะต้องพันรอบช่องและสิ่งนี้ทำให้ความสามารถในการแยกแรงดันไฟฟ้าสูงขึ้นอย่างมีนัยสำคัญ

มีคำถามคล้ายกันในการแลกเปลี่ยนสแต็คที่นี่ซึ่งมีตารางแรงดันและช่องว่างสำหรับการแตกและการกวาดล้าง