Главная - Блог

Технология высоковольтных печатных плат: как разработать, чтобы Вы остались довольны

О Технология высоковольтных печатных плат, Есть такие устройства, как сетевые зарядные устройства, компьютерные блоки питания. Входная энергия в них берется из розетки, которая обычно составляет 220В. Это считается более высоким напряжением для печатной платы. Необходимо учитывать особые условия при проектировании платы, на которой есть линия высокого напряжения.

Эта статья расскажет обо всём, что Вам нужно знать о высоковольтных печатных платах.

1、Высоковольтные печатные платы и то, что Вам нужно знать о них

1.1 Что такое высоковольтная печатная плата?

Любая печатная плата, которая работает при более высоком напряжении, чем нормальное напряжение шины, может называться платой среднего или высокого напряжения. В эту категорию попадают: блоки питания с питанием от сети, инверторы, зарядные устройства для электромобилей и т. д.

Не существует фиксированного числа, по которому плата считалась бы высоковольтной. Но, как правило, Вы можете рассмотреть что-то вроде 100 В. При превышении которого Вы захотите принять во внимание особые правила проектирования.

Импульсный источник питания сетевого напряжения

Рисунок 1: Импульсный источник питания сетевого напряжения

1.2 Диэлектрическая прочность

Диэлектрическая прочность материала — это максимальное электрическое поле, которое материал может выдержать без потери своих изоляционных свойств.

Обычно для большинства печатных плат это FR4.

Итак, первое, что необходимо проверить, — диэлектрическую прочность материала Вашей печатной платы.

FR4 рассчитан на 300 мил. Однако стандарты IPC рекомендуют расстояние 3,9 мил для 80 В.

Часто имеет смысл оставить для этого место и, поэтому, следовать стандартам IPC.

1.3 Расстояние пути утечки

Расстояние пути утечки — это кратчайшее расстояние между двумя токопроводящими частями по поверхности твердого изоляционного материала.

Главнейшим основанием для определения длины пути утечки является длительное напряжение, приложенное к двум проводникам. Со временем на плате может появиться загрязнение, поэтому имеет смысл иметь дополнительный запас мощности.

Рекомендации по расстоянию пути утечки для большинства компонентов и компоновок обычно приводятся в их таблицах данных. Это один из важных параметров, когда речь идет о печатных платах высокого напряжения.

1.4 Зазор

Зазор — это кратчайшее расстояние в воздухе между двумя проводящими частями. Диэлектрическая прочность воздуха определяет зазор. Воздух обычно выходит из строя примерно при 3 кВ на мм. Однако в условиях влажности и загрязнения это значение может значительно снизиться. Стандарты IPC определяют различные зазоры для типов конструкции.

Большинство компонентов уже соответствуют требованиям и они упакованы в пакеты с достаточно большим шагом выводов.

Например, Mosfet с номинальным напряжением 600 В обычно поставляется в корпусах TO-220 или TO-247.

Более подробную информацию о пути утечки и зазоре можно найти здесь:

https://youtu.be/B696dApeUeM

1.5 Паяльная маска

Паяльная маска также в некоторой степени действует как изолятор. Так для плат с очень мелким шагом выводов и высоким напряжением между выводами. Важно обратиться к производителю, который может нанести паяльную маску между печатными платами с мелким шагом.

Технология высоковольтных печатных плат

Рисунок 2: Печатная плата с черной паяльной маской

2 Методы проектирования высоковольтных печатных плат

2.1 Маршрутизация

При прокладке дорожек для высоковольтных печатных плат наиболее важными являются следующие моменты:

1. Соблюдайте зазор между дорожками, между которыми имеется большая разница напряжений.

2. Избегайте резких поворотов и краев, так как они могут действовать как области усиленного электрического поля.

3. Избегайте появления на внутренних слоях платы очень высокого напряжения.

Технология высоковольтных печатных плат

Рисунок 3: Печатная плата с плоским зазором

2.2 Многоугольные плоскости

Для всех высоковольтных печатных плат зазор от плоскости многоугольника должен быть увеличен до безопасного значения и на некоторых участках платы.

Например, если есть дорожка, несущая 600 В к разъему печатной платы. Так, во многих случаях в конструкции не будет полигонной заливки рядом с этой дорожкой.

Кроме того, внутренние плоскости многослойной печатной платы не должны иметь очень высокое напряжение или очень небольшое расстояние между ними.

2.3 Внутренние слои

Изготовление многослойных материалов со средним напряжением на всех слоях возможно. Главное внимание уделяется правильному заполнению промежутков между слоями. Толщина разделения между слоями должна быть не менее 0,005 дюйма для сохранения целостности заполняющей среды, препрега. Любые пустоты или воздушные карманы серьезно ухудшат диэлектрическую проницаемость.

Стандартный многослойный препрег типа FR4 не подходит для работы со средним или высоким напряжением. Материал слишком быстро разрушается и не имеет однородной внутренней структуры. Избыточные микропустоты ухудшают диэлектрическую проницаемость, в результате чего ухудшаются характеристики.

2.4 Рекомендации по электромагнитным помехам

Печатные платы высокого напряжения известны тем, что излучают помехи в широком спектре.

Самая важная вещь, чтобы свести помехи к минимуму — необходимо иметь небольшую площадь петли и обширное заземление, где это возможно.

Кроме того, компоненты высокого напряжения также могут быть залиты, а затем экранированы металлическим листом.

Технология высоковольтных печатных плат

Рисунок 4: Борт с обширной прошивкой

3Выбор компонентов

3.1 Высокочастотные трансформаторы

Большинство плат высокого напряжения почти всегда включают схему переключения с трансформатором для выработки высокого напряжения. В этих случаях необходимо соблюдать уровень изоляции жил трансформатора.

Что касается компоновки печатной платы, в идеале заземляющая поверхность должна разделяться между первичной и вторичной сторонами. Между первичной и вторичной сторонами на плате должен быть большой изоляционный зазор с вырезами.

3.2 МОП-транзисторы/Транзисторы/Переключатели

В большинстве случаев высоковольтные устройства поставляются в правильной упаковке, рассчитанной на выдерживание высокого напряжения между питчем.

Даже в этом случае рекомендуется выбирать устройство с наибольшим шагом выводов, если Вы знаете, что напряжение будет довольно высоким. Типичным примером будет выбор устройства TO-247 вместо TO-220, если нет ограничений по месту. Подобные примеры можно применить и к SMD-устройствам.

Транзисторы в разных корпусах

Рисунок 5: Транзисторы в разных корпусах

3.3 Пассивные компоненты

При выборе пассивных компонентов решающее значение имеет их размер, поскольку он напрямую зависит от допустимого напряжения. Допустим, в схеме между резистором SMD 300 В. Тогда было бы гораздо лучше выбрать корпус типа 1206, а не 0402. Часто требуется соединить несколько таких компонентов последовательно, чтобы снизить напряжение на них.

4Специальные функции платы

4.1 Изоляционные прорези и вырезы

Для большинства высоковольтных плат требуются гнезда для изоляции и вырезы в плате рядом с любой секцией платы, которая находится под высоким напряжением.

Во многих потребительских устройствах, таких как зарядные устройства и блоки питания. Эти слоты и вырезы в плате являются обязательными для соответствия определенным стандартам безопасности. Эти функции добавляют дополнительный уровень безопасности и могут помочь в условиях высокой влажности и в случаях, когда возможно загрязнение.

Изоляционные прорези и вырезы обычно приходится определять на механическом слое платы.

4.2 Материал платы

Стандартный FR-4 не является хорошим материалом для высоковольтных плат, так как он имеет низкую диэлектрическую прочность.

Если стоимость не является ограничением, лучше выбрать материал платы с более высокой диэлектрической прочностью. Некоторые из материалов, рассчитанных на высокое напряжение:

1.BT Эпоксидная смола

2.Полиимидная

3.Изола

4.3 Отделка платы

Когда речь идет о высоковольтных печатных платах, самым недооцененным и важным фактором является их отделка. В основном это касается обработки поверхности колодок и любых открытых следов. В основном готовая плата должна иметь гладкую поверхность, без неровностей и ровную по всей поверхности.

Любые дефекты на высоковольтных площадках, острые концы дорожек, могут привести к образованию области высокого электрического поля, что может вызвать искрение.

5Что предлагает OurPCB

Быстрое выполнение работ

У нас очень быстрое время обработки — всего 24 часа для двухслойных плат и всего 48 часов для четырехслойных плат. Это один из самых важных факторов для инженерных групп, которые быстро тестируют прототипы плат.

 Широкий выбор параметров

Для изготовления плат OurPCB использует широкий выбор различных параметров. Он включает в себя тип материала печатной платы, который Вы хотите использовать, отделку поверхности. А также опции для добавления уникальных идентификаторов для ваших плат.

Наша печатная плата также может производить платы до 32 слоев.

Система онлайн-предложений

Наконец, OurPCB также имеет онлайн-систему котировок, которая автоматически рассчитывает цену Вашей печатной платы. Это происходит после того, как Вы загрузите файлы Gerber и введете необходимые данные.

6Заключение

Печатная плата высокого напряжения требует точности как на этапе компоновки платы, так и на этапах производства. Если следовать всем правилам и общим практикам для правил высокого давления, то получить рабочую плату, которая прослужит долгое время, легко.

Наша печатная плата предлагает идеальный баланс между ценой и качеством и множеством вариантов изготовления, которые могут подходить для высоковольтных плат.

Для получения дополнительной информации свяжитесь с OurPCB через их веб-сайт:

https://pcbrussia.com/

Hommer Zhao
Привет, я Хоммер, основатель WellPCB. На сегодняшний день у нас более 4000 клиентов по всему миру. Если у вас возникнут какие-либо вопросы, вы можете связаться со мной. Заранее спасибо.

Услуги