PCB 布局设计中的 PCB 爬电距离和间隙标准

PCB 布局设计中的 PCB 爬电距离和间隙标准

印刷电路板上的高压部件。

篝火很多，比如篝火或者壁炉，可以提高生产力，温馨甚至浪漫。 但是，您永远不会在 PCB 上看到起火现象。 如果 PCB 设计不适合高电压，这可能是一个真正的风险。 在某些情况下，设计不当的电路板可能会产生静电放电，从而损坏电路板和组件，并可能引起火灾。

为了避免这个问题，从事高压应用的PCB设计人员在设计时应特别注意裸金属导体之间的分离。 有两种方法可以测量该距离，即爬电距离和电气间隙，保持它们之间所需的距离非常重要。 在这里我们将了解PCB爬电距离和间隙标准之间的差异，以及避免高压问题或PCB意外燃烧所需采取的步骤。 电路板组装及电路板加工厂家讲解满足PCB爬电距离和电气间隙标准的设计方法

PCB爬电距离和电气间隙的区别

如果金属之间的距离太近，传导高电压的印刷电路板可能会受到暴露金属之间的静电放电的影响。 这种放电可能会损坏电路板及其元件。 对于 PCB 设计人员来说，观察电路板上金属导体之间的适当间距非常重要。 电路板上的导体间距可以通过两种方法测量：爬电距离和电气间隙：

爬电距离：是指电路板或绝缘材料表面两导体之间的距离。

间隙：这是两个导体之间通过空气的视线距离。

在电压高于30VAC或60VDC的高压电路中，必须遵守爬电距离和电气间隙间隔的规则，以防止两导体之间意外产生电弧。 一般来说，这两个测量值是相同的，就像两个元件焊盘或电路板可触及部分上其他暴露的金属区域之间的距离一样。 但在某些情况下，两种测量方法会有所不同，具体取决于元件的放置位置或裸板的轮廓是否异常。 如下图所示，爬电距离是指两个元件焊盘之间的电路板表面之间的距离。 另一方面，该间隙是左侧部件的金属散热器与右侧部件的缓冲垫之间的气隙。

如侧上图所示，PCB 上的爬电距离和电气间隙示例

接下来，我们将研究在哪里可以找到这些爬电距离和电气间隙标准。

PCB 爬电距离和间隙标准是什么？

PCB爬电距离和电气间隙标准的计算需要考虑不同的因素，包括工作电压、污染程度（电路板上的灰尘和冷凝物）以及要评估的电路类型。 计算爬电距离的另一个重要因素是用于构造原始板的层材料。 电压会在电路板表面形成导电通路，从而损害其绝缘性能。 某些电路板材料比其他电路板更能抵抗这种影响。 比较漏电起痕指数（CTI）定义了每种材料的电阻值； 数字越大，抗穿刺能力越大。 例如，FR-4的默认CTI值为175，而其他更专业的材料的CTI值可以高达600。

PCB爬电距离和电气间隙标准相关的文件有很多，主要文件是IPC-2221。 这是一个通用标准，涵盖许多不同的设计规则，包括高压电路所需的间距。 这些限制由直流或交流电压水平、内层、有涂层或无涂层的外层以及基材材料来描述。 除了 IPC-2221 之外，您还可以在这些标准中找到其他信息：

• IPC-9592：该标准比 IPC-2221 更具体，因为它定义了高于 100 伏的电源转换设备的间距要求。
  

• UL-61010-1：这些标准规定了电气测试和实验室设备以及其他工业设备设计中的安全要求。
  

• UL-60950-1：该标准适用于各种设备的高低压应用。

这些标准将为设置 PCB 所需的间隙提供坚实的基础，以保护 PCB 免受可能在两个不同导体之间产生电弧的过压事件的影响。 模拟设计中的功率分布并使用这些结果来帮助设置布局的物理属性也很重要。

电路板上电源元件的布局

如何使用这些标准来设计PCB布局

满足间距要求后，电路板将需要适当的爬电距离和电气间隙。 下一步是在 PCB 布局系统的设计规则中设置这些值。 可以为金属之间的间隙设置规则和约束，无论是布线、焊盘、覆铜还是三者的任意组合之间。 您还需要为组件占用的空间设置正确的间距，特别是对于承载大量电压的较大组件。 在某些情况下，您甚至可以在特定空间周围设置独特的避让间隙，以解决散热器和其他异常配置的问题。 所有这些规则将帮助您在所需的高压组件之间保持必要的间距。

当您在布局中放置组件时，请确保在考虑零件的所有方面时考虑它们。 这将包括可能悬于零件上方的任何金属导体（例如散热器），特别是如果您无法在零件周围设置独特的回避区域。 在布局期间，您还需要确保对组件放置的任何编辑或更改不会超出您在零件之间仔细设置的间距。 即使将组件旋转 90 度也会导致形状异常的零件违反电压间隙。

这是放置间距时要考虑的另外两种技术：

为了帮助保持正确的间距，请尝试将高压组件放置在电路板的一侧，将低压组件放置在另一侧。 在某些情况下，高压部件之间的间距规则可能不像低压部件那么严格。

爬电需要另一种解决方案，因为将部件放置在电路板的另一侧不会为您提供整个电路板表面所需的隔离。 相反，您可能需要安装绝缘屏障或在板上切割凹槽或槽。 电路板轮廓的变化将增加电压必须在整个表面上传播的距离，从而为您提供所需的爬电距离。

幸运的是，您的 PCB 设计工具有许多可以提供帮助的功能。 我们将在接下来的内容中对其进行介绍。

依靠PCB布局工具的强大功能

设置设计规则和约束是确保布局符合 PCB 爬电距离和间隙标准的最佳方法。 PCB 编辑器中的约束管理器可以使用特定的封装来设置，以封装间隙，以保持高压部件的正确爬电距离。 此外，您可以为电源和接地网格创建网格类，并为其分配必要的间距。