PCB Layout爬電距離、電氣間隙的確定
發(fā)布時(shí)間:2019-10-09 責(zé)任編輯:wenwei
【導(dǎo)讀】一般來說,爬電距離要求的數(shù)值比電氣間隙要求的數(shù)值要大,布線時(shí)須同時(shí)滿足這兩者的要求(即要考慮表面的距離,還要考慮空間的距離),開槽(槽寬應(yīng)大于1mm)只能增加表面距離即爬電距離而不能增加電氣間隙,所以當(dāng)電氣間隙不夠時(shí),開槽是不能解決這個(gè)問題的,開槽時(shí)要注意槽的位置、長短是否合適,以滿足爬電距離的要求。
爬電距離:沿絕緣表面測得的兩個(gè)導(dǎo)電零部件之間或?qū)щ娏悴考c設(shè)備防護(hù)界面之間的最短路徑。
電氣間隙:在兩個(gè)導(dǎo)電零部件之間或?qū)щ娏悴考c設(shè)備防護(hù)界面之間測得的最短空間距離。即在保證電氣性能穩(wěn)定和安全的情況下,通過空氣能實(shí)現(xiàn)絕緣的最短距離。
一般來說,爬電距離要求的數(shù)值比電氣間隙要求的數(shù)值要大,布線時(shí)須同時(shí)滿足這兩者的要求(即要考慮表面的距離,還要考慮空間的距離),開槽(槽寬應(yīng)大于1mm)只能增加表面距離即爬電距離而不能增加電氣間隙,所以當(dāng)電氣間隙不夠時(shí),開槽是不能解決這個(gè)問題的,開槽時(shí)要注意槽的位置、長短是否合適,以滿足爬電距離的要求。
元件及PCB 的電氣隔離距離:(電氣隔離距離指電氣間隙和爬電距離的綜合考慮)對于Ⅰ類設(shè)備的開關(guān)電源(本公司的大部分開關(guān)電源均為Ⅰ類設(shè)備),在元件及PCB 板上的隔離距離如下:(下列數(shù)值未包括裕量)。
a、對于AC—DC 電源(以不含有PFC 電路及輸入額定電壓范圍為100-240V~為例)
b、對于AC—DC 電源(以含有PFC 電路及輸入額定電壓范圍為100-240V~為例)
c、對于DC—DC 電源(以輸入額定電壓范圍為36-76V 為例)
一、變壓器內(nèi)部的電氣隔離距離:
變壓器內(nèi)部的電氣隔離距離是指變壓器兩邊的擋墻寬度的總和,如果變壓器擋墻的寬度為3mm,那么變壓器的電氣隔離距離值為6mm(兩邊的擋墻寬度相同)。如果變壓器沒有擋墻,那么變壓器的隔離距離就等于所用膠紙的厚度。另外,對于AC-DC 電源,變壓器初、次間繞組應(yīng)用三層膠紙隔離,DC-DC 電源,可只用二層膠紙隔離。下列數(shù)值未包括裕量:
注:變壓器的引腳如果沒有套上絕緣套管,那么在引腳處的隔離距離可能也僅為膠紙加擋墻的厚度,所以變壓器的引腳需要套上絕緣套管且套管要穿過擋墻。
空間距離(Creepage distance):在兩個(gè)導(dǎo)電組件之間或是導(dǎo)電組件與物體界面之間經(jīng)由空氣分離測得最短直線距離;
沿面距離(clearance):沿絕緣表面測得兩個(gè)導(dǎo)電組件之間或是導(dǎo)電組件與物體界面之間的最短距離.
沿面距離(clearance)不滿足標(biāo)準(zhǔn)要求距離時(shí):PCB 板上可采取兩個(gè)導(dǎo)電組件之間開槽的方法,導(dǎo)電組件與外殼、可觸及部分之間距離不夠,則可將導(dǎo)電組件用絕緣材料包住。
將導(dǎo)電組件用絕緣材料包住既解決了空間距離(Creepage distance)也解決了沿面距離(clearance)問題,此方法一般用在電源板上變壓器和周邊組件之間距離不夠時(shí),將變壓器包住。
另外可在不影響產(chǎn)品功能的情況下適當(dāng)降低兩導(dǎo)體之間的電壓差。
二、電氣間隙的決定:
根據(jù)測量的工作電壓及絕緣等級(jí),即可決定距離
一次側(cè)線路之電氣間隙尺寸要求,見表3 及表4
二次側(cè)線路之電氣間隙尺寸要求通常:一次側(cè)交流部分:保險(xiǎn)絲前L—N≥2.5mm,L.N PE(大地)≥2.5mm,保險(xiǎn)絲裝置之后可不做要求,但盡可能保持一定距離以避免發(fā)生短路損壞電源。
一次側(cè)交流對直流部分≥2.0mm
一次側(cè)直流地對大地≥2.5mm (一次側(cè)浮接地對大地)
一次側(cè)部分對二次側(cè)部分≥4.0mm,跨接于一二次側(cè)之間之元器件
二次側(cè)部分之電隙間隙≥0.5mm 即可
二次側(cè)地對大地≥1.0mm 即可
附注:決定是否符合要求前,內(nèi)部零件應(yīng)先施于10N 力,外殼施以30N 力,以減少其距離,使確認(rèn)為最糟情況下,空間距離仍符合規(guī)定。
三、爬電距離的決定:
通常:
(1)、一次側(cè)交流部分:保險(xiǎn)絲前L—N≥2.5mm,L.N 大地≥2.5mm,保險(xiǎn)絲之后可不做要求,但盡量保持一定距離以避免短路損壞電源。
(2)、一次側(cè)交流對直流部分≥2.0mm
(3)、一次側(cè)直流地對地≥4.0mm 如一次側(cè)地對大地
(4)、一次側(cè)對二次側(cè)≥6.4mm,如光耦、Y 電容等元器零件腳間距≤6.4mm 要開槽。
(5)、二次側(cè)部分之間≥0.5mm 即可
(6)、二次側(cè)地對大地≥2.0mm 以上
(7)、變壓器兩級(jí)間≥8.0mm 以上
四、絕緣穿透距離:
應(yīng)根據(jù)工作電壓和絕緣應(yīng)用場合符合下列規(guī)定:
——對工作電壓不超過50V(71V 交流峰值或直流值),無厚度要求;
——附加絕緣最小厚度應(yīng)為0.4mm;
——當(dāng)加強(qiáng)絕緣不承受在正常溫度下可能會(huì)導(dǎo)致該絕緣材料變形或性能降低的任何機(jī)械應(yīng)力時(shí)的,則該加強(qiáng)絕緣的最小厚度應(yīng)為0.4mm。
如果所提供的絕緣是用在設(shè)備保護(hù)外殼內(nèi),而且在操作人員維護(hù)時(shí)不會(huì)受到磕碰或擦傷,并且屬于如下任一種情況,則上述要求不適用于不論其厚度如何的薄層絕緣材料;
——對附加絕緣,至少使用兩層材料,其中的每一層材料能通過對附加絕緣的抗電強(qiáng)度試驗(yàn);
——由三層材料構(gòu)成的附加絕緣,其中任意兩層材料的組合都能通過附加絕緣的抗電強(qiáng)度試驗(yàn);
——對加強(qiáng)絕緣,至少使用兩層材料,其中的每一層材料能通過對加強(qiáng)絕緣的抗電強(qiáng)度試驗(yàn);
——由三層絕緣材料構(gòu)成的加強(qiáng)絕緣,其中任意兩層材料的組合都能通過加強(qiáng)絕緣的抗電強(qiáng)度試驗(yàn)。
五、有關(guān)于布線工藝注意點(diǎn):
如電容等平貼元件,必須平貼,不用點(diǎn)膠
如兩導(dǎo)體在施以10N 力可使距離縮短,小于安規(guī)距離要求時(shí),可點(diǎn)膠固定此零件,保證其電氣間隙。
有的外殼設(shè)備內(nèi)鋪PVC 膠片時(shí),應(yīng)注意保證安規(guī)距離(注意加工工藝)零件點(diǎn)膠固定注意不可使PCB 板上有膠絲等異物。
在加工零件時(shí),應(yīng)不引起絕緣破壞。
六、有關(guān)于防燃材料要求:
熱縮套管V—1 或VTM—2 以上;PVC 套管V—1 或VTM—2 以上
鐵氟龍?zhí)坠躒—1 或VTM—2 以上;塑膠材質(zhì)如硅膠片,絕緣膠帶V—1 或VTM—2 以上
PCB 板94V—1 以上
七、有關(guān)于絕緣等級(jí)
(1)、工作絕緣:設(shè)備正常工作所需的絕緣
(2)、基本絕緣:對防電擊提供基本保護(hù)的絕緣
(3)、附加絕緣:除基本絕緣以外另施加的獨(dú)*立絕緣,用以保護(hù)在基本絕緣一旦失效時(shí)仍能防止電擊
(4)、雙重絕緣:由基本絕緣加上附加絕緣構(gòu)成的絕緣
(5)、加強(qiáng)絕緣:一種單一的絕緣結(jié)構(gòu),在本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的條件下,其所提供的防電擊的保護(hù)等級(jí)相當(dāng)于雙重絕緣
八、爬電距離的確定:
首先需要確定絕緣的種類:
基本絕緣:一次電路與保護(hù)地
工作絕緣① :一次電路內(nèi)部;二次電路內(nèi)部
工作絕緣② :輸入部分(輸入繼電器之前)內(nèi)部,二次電路與保護(hù)地
加強(qiáng)絕緣:一次電路與二次電路;輸入部分與一次電路;充電板輸出與內(nèi)部線路再查看線路,確定線路之間的電壓差
表一:爬電距離
最后,從下表中查出對應(yīng)的爬電距離
表二爬電距離(適用于基本絕緣、工作絕緣② 、加強(qiáng)絕緣)
九、電氣間隙的確定:
首先需要確定絕緣的種類:
基本絕緣:一次電路與保護(hù)地
工作絕緣① :一次電路內(nèi)部;二次電路內(nèi)部
工作絕緣② :輸入部分(輸入繼電器之前)內(nèi)部,二次電路與保護(hù)地
加強(qiáng)絕緣:一次電路與二次電路;輸入部分對一次電路;充電板輸出與內(nèi)部電路再查看線路,確定線路之間的電壓差
最后,從下表中查出對應(yīng)的電氣間隙
表三電氣間隙(適用于一次電路與二次電路間、一次電路內(nèi)、輸入電路、輸入電路與其他電路)
表四電氣間隙(適用于二次電路內(nèi))
十、設(shè)定爬電距離及電氣間隙的基本步驟
1、確定電氣間隙步驟
確定工作電壓峰值和有效值;
確定設(shè)備的供電電壓和供電設(shè)施類別;
根據(jù)過電壓類別來確定進(jìn)入設(shè)備的瞬態(tài)過電壓大??;
確定設(shè)備的污染等級(jí)(一般設(shè)備為污染等級(jí)2);
確定電氣間隙跨接的絕緣類型(功能絕緣、基本絕緣、附加絕緣、加強(qiáng)絕緣)。
2、確定爬電距離步驟
確定工作電壓的有效值或直流值;
確定材料組別(根據(jù)相比漏電起痕指數(shù),其劃分為:Ⅰ組材料,Ⅱ組材料,Ⅲa組材料, Ⅲb 組材料。注:如不知道材料組別,假定材料為Ⅲb 組);
確定污染等級(jí);
確定絕緣類型(功能絕緣、基本絕緣、附加絕緣、加強(qiáng)絕緣)。
3、確定電氣間隙要求值
根據(jù)測量的工作電壓及絕緣等級(jí),查表( 4943:2H 和2J 和2K,60065-2001表:表8 和表9 和表10) 檢索所需的電氣間隙即可決定距離;作為電氣間隙替代的方法,4943 使用附錄G 替換,60065-2001 使用附錄J 替換。
GB 8898-2001:電器間隙考慮的主要因素是工作電壓,查圖9 來確定。(對和電壓有效值在220-250V 范圍內(nèi)的電網(wǎng)電源導(dǎo)電連接的零部件,這些數(shù)值等于354V峰值電壓所對應(yīng)的那些數(shù)值:基本絕緣3.0mm ,加強(qiáng)絕緣6.0mm)
4、確定爬電距離要求值
根據(jù)工作電壓、絕緣等級(jí)及材料組別,查表(GB 4943 為表2L,65-2001 中為表11)確定爬電距離數(shù)值,如工作電壓數(shù)值在表兩個(gè)電壓范圍之間時(shí),需要使用內(nèi)差法計(jì)算其爬電距離。
GB 8898-2001 其判定數(shù)值等于電氣間隙,如滿足下列三個(gè)條件,電氣間隙和爬電距離加強(qiáng)絕緣可減少2mm,基本絕緣可減少1mm:
1)這些爬電距離和電氣間隙會(huì)受外力而減小,但它們不處在外殼的可觸及導(dǎo)電零部件與危險(xiǎn)帶電零部件之間;
2)它們靠剛性結(jié)構(gòu)保持不變;
3)它們的絕緣特性不會(huì)因設(shè)備內(nèi)部產(chǎn)生的灰塵而受到嚴(yán)重影響。
*注意:但直接與電網(wǎng)電源連接的不同極性的零部件間的絕緣,爬電距離和電氣間隙不允許減小?;窘^緣和附加絕緣即使不滿足爬電距離和電氣間隙的要求,只要短路該絕緣,設(shè)備仍滿足標(biāo)準(zhǔn)要求,則是可以接受的( 8898 中4.3.1 條)。
*GB 4943 中只有功能絕緣的電氣間隙和爬電距離可以減小,但必須滿足標(biāo)準(zhǔn)5.3.4 規(guī)定的高壓或短路試驗(yàn)。
5、確定爬電距離和電氣間隙注意
可動(dòng)零部件應(yīng)使其處在最不利的位置;
爬電距離值不能小于電氣間隙值;
承受了機(jī)械應(yīng)力試驗(yàn)。
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