Зачем прокладывать воздушные зазоры для изоляции напряжения на печатных платах?

Узнав о дизайне печатных плат для блоков питания, я часто вижу платы с проложенными зазорами, чтобы отделить части схемы низкого и высокого напряжения.

Зачем пытаться проложить воздушный зазор, когда травление меди должно создавать такой же уровень изоляции? Напряжение пробоя воздуха намного выше, чем у FR4?

Я предполагаю, что такие промежутки используются, чтобы избежать ситуаций, когда медь не может быть выгравирована идеально.

Высоковольтная конструкция печатной платы

Высоковольтная конструкция печатной платы для предотвращения дуги

Несколько причин почему:

1. Когда происходит дуга, это может вызвать карбонизацию (также называемую «горение») на поверхности печатной платы. Это может привести к постоянному короткому замыканию. Это также необратимый урон, когда дуги в воздухе нет (если что-то не так). Это было бы особенно плохо, если один скачок высокого напряжения создавал постоянное короткое замыкание, тогда любой источник напряжения «низкого уровня» все еще имел бы доступный путь с низким импедансом.
2. У вас есть возможность установить экран с высокой диэлектрической прочностью (что-то намного лучше, чем FR4 / паяльная маска, и лучше, чем воздух).
3. Пыль / грязь могут накапливаться на поверхности доски, снижая электрическую прочность. Не такая большая проблема (хотя все еще может быть проблемой), если этой поверхности просто нет.
4. Во второй ссылке они провели несколько экспериментов, в которых влажность оказала сильное влияние на напряжение пробоя паяльной маски и оказала меньшее (хотя потенциально все еще существенное) влияние на щель. Их лучшим результатом было удаление паяльной маски и разрезание слота (без существенного снижения производительности).
5. Все непреднамеренные ошибки утечки будут устранены маршрутизатором, хотя на самом деле это следует учитывать на этапе проектирования, особенно в современных САПР. Печатная плата может работать некорректно, если на дорожках неожиданно разомкнуты цепи, а уменьшение тока большой силы тока может привести к другим проблемам: P
6. Требуемый воздушный зазор, по-видимому, меньше, чем необходимое для поверхности расстояние утечки.

Краткий обзор некоторых таблиц утечки / клиренса:

таможенная таблица III

таблица утечки IV

кажется, подтверждает это creepage distance> clearance distance, особенно с более высокими степенями загрязнения.

Степень загрязнения - это мера влияния окружающей среды на вашу печатную плату. Смотрите: Дизайн для пыли .

Описание различных степеней загрязнения (таблица 1):

1. Отсутствие загрязнения или только сухое непроводящее загрязнение, которое не влияет на безопасность. Вы можете достичь степени загрязнения 1 путем герметизации или использования герметически закрытых компонентов или с помощью конформного покрытия печатных плат.
2. Непроводящее загрязнение, где возможна временная конденсация. Это наиболее распространенная среда, которая обычно требуется для продуктов, используемых в домах, офисах и лабораториях.
3. Проводящее загрязнение или сухое непроводящее загрязнение, которое может стать проводящим вследствие ожидаемой конденсации. Это обычно относится к промышленной среде. Вы можете использовать защитные кожухи (IP) для достижения степени загрязнения 3.
4. Загрязнение, которое генерирует постоянную проводимость, такое как дождь, снег или проводящая пыль. Эта категория применяется к наружной среде и не применяется, когда стандарт продукта определяет использование в помещении.

Воздушный зазор имеет намного более высокий уровень пробоя, чем непокрытые поверхности на печатной плате. В игре два механизма - физический воздушный зазор (клиренс) и так называемый «трекинг» на поверхностях печатных плат (creepage).

Расстояние утечки. Течение утечки - это кратчайший путь между двумя проводящими частями (или между проводящей частью и ограничивающей поверхностью оборудования), измеряемый вдоль поверхности изоляции. Надлежащее и адекватное расстояние утечки защищает от прослеживания, процесса, который создает частично проводящий путь локализованного разрушения на поверхности изоляционного материала в результате электрических разрядов на поверхности изоляции или вблизи нее. Требуемая степень отслеживания зависит от двух основных факторов: сравнительного индекса отслеживания (CTI) материала и степени загрязнения окружающей среды.

а также,

Клиренс Расстояние. Зазор - это кратчайшее расстояние между двумя проводящими частями (или между проводящей частью и ограничивающей поверхностью оборудования), измеренное по воздуху. Зазор позволяет предотвратить пробой диэлектрика между электродами, вызванный ионизацией воздуха. На уровень пробоя диэлектрика также влияют относительная влажность, температура и степень загрязнения окружающей среды.

В качестве практического примера воздушного зазора на расстоянии печатной платы я однажды разработал высоковольтный блок питания (50 кВ постоянного тока). Выходные каскады были диодными тройниками (неважно для этого примера), но на печатной плате, на которой монтировались диоды и конденсаторы, которые потребляли 6 кВ и превращали его в 50 кВ, должны были быть большие отверстия вокруг компонентов, поэтому «утечка» на монтажной плате не могла сделать прямой прямая линия на поверхности печатной платы, скорее, она должна была переплетаться вокруг прорезей и отверстий, и это дало ей значительно более высокое напряжение пробоя.

Существует аналогичный вопрос об обмене стека здесь, который имеет таблицы напряжений и зазоров для расслоения и очистки.