在電子產(chǎn)品的PCB布線時，導(dǎo)線之間合適的電氣間隙的設(shè)置是一件非常重要的工作，合適的線間間距的設(shè)置可以防止工作中的各有關(guān)導(dǎo)體之間發(fā)生閃爍或擊穿，并能順利通過有關(guān)產(chǎn)品安全標準的審核。在各產(chǎn)品工業(yè)標準和安全標準中，根據(jù)工作電壓和不同的應(yīng)用場合以及其他因素，對導(dǎo)體間的電氣間隙和爬電距離有著不同的規(guī)定，PCB布線工程師往往對此莫衷一是，無所適從。接下來就幫大家解決這一難題。

首先了解下基本概念：

安規(guī)常用術(shù)語

1）工作絕緣（功能絕緣） functional insulation

僅為設(shè)備正常工作所需的絕緣。所定義的功能絕緣并不防電擊的作用。

2）基本絕緣 basic insulation

對防電擊提供基本保護的絕緣。

3）附加絕緣 supplementary insulation

除基本絕緣以外施加的獨立的絕緣，用以在基本絕緣一旦失效時仍能防止電擊。

4）雙重絕緣 double insulation

由基本絕緣加上附加絕緣組合構(gòu)成的絕緣。

5）加強絕緣 reinforced insulation

一種單一的絕緣結(jié)構(gòu)，在本標準規(guī)定的條件下，其所提供的防電擊的保護相當于雙重絕緣。

6）一次電路 primary circuit

直接與AC電網(wǎng)電源連接的電路。例如：與AC電網(wǎng)電源連接的裝置，變壓器、電動機、其它負載裝置初級繞組，以及與電網(wǎng)連接的各種裝置。

7）二次電路 secondary circuit

不與一次電路直接連接，而是由變壓器、變換器或等效的隔離裝置供電或只用電池供電的一種電路。

8）電氣間隙 clearance

在兩個導(dǎo)電零部件之間或?qū)щ娏悴考c設(shè)備界面之間測得的最短空間距離。

9）爬電距離 creepage distance

沿絕緣表面測得的兩個導(dǎo)電零部件之間或?qū)щ娏悴考c設(shè)備界面之間的最短距離。

?10）海拔高度 altitude

設(shè)備工作所在位置相對海平面的落差。在IEC60950-1中，默認的設(shè)備工作的最大海拔高度為2000m，如果設(shè)計要求設(shè)備工作的最大海拔高度高于2000m，則設(shè)計電氣間隙的時候在2000下要求的最小電擊間隙的基礎(chǔ)上乘以一個系數(shù)，不同海拔對應(yīng)的系數(shù)關(guān)系如下表：

?11）污染等級 Pollution degree

設(shè)備運行時，由于灰塵等物質(zhì)在設(shè)備表面或內(nèi)部積累的程度，一般分為3級；

?12）材料類別 Material group

根據(jù)材料的CTI的大小，對材料進行的分類，具體分類可見下表：

?基于標準的安全要求如果我們設(shè)計的產(chǎn)品必須要得到某個安全認證機構(gòu)的承認，那么我們首先要考慮產(chǎn)品需要符合相應(yīng)安全認證機構(gòu)頒布的有關(guān)標準中所規(guī)定的絕緣和隔離要求。在這種情況下，我們就能夠根據(jù)有關(guān)標準的要求進行PCB布線的距離定義。例如，有的要按照UL60950，有的要求IPC9592等等。

對于常見的交流電供電或電池供電的信息技術(shù)設(shè)備，大都依從IEC/EN/UL60950這一標準，那么其PCB導(dǎo)線之間允許的最小的電氣間隙和爬電距離的要求將可以直接從IEC/EN/UL60950-1標準的表2K，2L和表2N中查到。附2K，2L，2N表。

電氣間隙是兩個導(dǎo)電體之間的空氣中最短的距離，而最小電氣絕緣間隙主要由表2J、2K和2L來確定。具體查表方法如下：

?1、根據(jù)交流電網(wǎng)電壓有效值和過電壓類別確認交流電網(wǎng)電源瞬態(tài)電壓（由附表Z和2J確定）；

?2、首先確定污染等級，在根據(jù)實測兩點峰值工作電壓B和上述確認的交流電網(wǎng)電源瞬態(tài)電壓值可確定最小電氣間隙為C1（由表2K確定）；

表2K一次電路絕緣以及一次電路與二次電路之間絕緣最小電氣間隙（海拔2000m以下）

3.確定污染等級后，再根據(jù)實測兩點峰值工作電壓B和電網(wǎng)電源瞬態(tài)電壓確認附加電氣間隙C2（由表2L確定）；

表2L一次電路的附加電氣間隙（適用于海拔2000m以下）

??4、如果B大于交流電網(wǎng)峰值則最小電氣間隙為C1+C2，如果B小于或等于交流電網(wǎng)峰值則最小電氣間隙就等于C1。

爬電距離是兩個導(dǎo)電體沿絕緣材料表面的最短距離，而最小爬電距離只由表格2N來確定；具體查表方法如下：

1、確定污染等級；

2、再根據(jù)實測工作電壓有效值和絕緣材料的材料組別確定最小爬電距離（由表2N確定）。

表2N最小爬電距離

?一次電路和二次電路之間的電壓測試方法

假如開關(guān)電源輸入有L、N和PE則測試圖如下圖1所示：

?

假如開關(guān)電源輸入只有L、N則測試圖如下圖2所示：

?

?實際上，電氣間隙和爬電距離的設(shè)置是和工作電壓，絕緣等級，污染等級，PCB材料等級，甚至和產(chǎn)品工作的海拔高度等等相關(guān)。查表時，我們首先要搞清楚上述因素的界定。

1.如何確定工作電壓？根據(jù)60950的解釋，我們在定義電氣間隙時，應(yīng)該使用峰值電壓和可能出現(xiàn)的外部瞬態(tài)電壓。而定義爬電距離時，則使用均方根值電壓。

2.如何確定絕緣等級？60950的表2H有詳細的定義。見下述圖示：

簡單地說來，在大多數(shù)應(yīng)用中，我們可以憑借以下簡單分析來進行絕緣等級的定義：?

? - 如果在絕緣被破壞的情況下，會對人體易接觸未接地的部件產(chǎn)生危險電壓的，絕緣等級應(yīng)該設(shè)置為加強絕緣。

? - 對于有連接保護地的導(dǎo)體，我們可以設(shè)置為基本絕緣。對于這個觀點，在PE，金屬外殼，金屬固定件周圍，我們一般都需要設(shè)置為基本絕緣。

3.如何確定污染等級？首先根據(jù)產(chǎn)品定義，大多數(shù)情況下定義為II級。可參考上面污染等級概念。

4.如何定義PCB的材料等級。可根據(jù)PCB的CTI指數(shù)，用60950的2.10.4.2進行定義。但大多數(shù)情況下，材料等級可以列為IIIa和IIIb。

5.如何定義雙重絕緣或加強絕緣的爬電距離？60950的表2N對爬電距離的定義僅適用于功能絕緣，基本絕緣以及增補絕緣。對于雙重絕緣和加強絕緣，應(yīng)該把表中查到的值乘以2.

6.海拔高度對電氣間隙的影響？海拔高度只對電氣間隙有影響，和爬電距離無關(guān)。對IEC61010的產(chǎn)品，要乘以基本概念Tabke A.2表的系數(shù)。對適用于其他標準的產(chǎn)品，也要小心備查海拔高度對電氣間隙設(shè)置的影響。

7.如何開槽增加Creepage？根據(jù)污染等級來定義，查60950表F-1。大多數(shù)情況下，開槽寬度不得小于1mm。但如果Creepage的查表值小于Clearance的查表值，開槽無用。

?基于產(chǎn)品安全運行的要求上述有關(guān)標準中對于電氣間隙和爬電距離的定義，是出于安全的考慮和需要。如果我們在PCB設(shè)計時遵循了標準中的規(guī)定，當然是件好事情，起碼在電氣安全上不用考慮會出現(xiàn)電擊現(xiàn)象。但是在實際工作中，PCB的設(shè)計往往受到產(chǎn)品體積和尺寸的限制，完全按照標準的規(guī)定去設(shè)置導(dǎo)線之間的間距，往往使PCB布線難以在希望的空間和尺寸內(nèi)得以實現(xiàn)而陷入困境。

根據(jù)60950-1中5.3.4節(jié)的內(nèi)容，工程師們這時往往會傾向于利用只要通過短路試驗，電氣間隙和爬電距離可以縮小的定義，來對初級電路中那些不要求點擊防護部分的PCB進行密集布線。但是，在利用5.3.4節(jié)的定義的時候，記著不要無節(jié)制地應(yīng)用，一定要記著能夠通過60950短路的試驗條件，即：

?- 短路產(chǎn)生的熱量不能引起產(chǎn)品附近棉花紙的燃燒；

?- 短路產(chǎn)生的熱量不能引起基本絕緣，增補絕緣或加強絕緣的破壞從而帶來點擊的危險。

所以，對于開放式結(jié)構(gòu)或開通風(fēng)窗的產(chǎn)品，設(shè)計時最好采用帶滅弧功能的保險絲管產(chǎn)品或在玻璃保險管上配上防護套管防止短路試驗時熔斷的保險絲管芯引燃棉花紙。

除了考慮滿足標準安全要求，PCB的布線間距的設(shè)置還要考慮如何讓產(chǎn)品的功能穩(wěn)定可靠。如果一味追求60950-15.3.4款的運用來縮小PCB線的間距，在進行標準安全檢查時，你雖然可以通過短路試驗來獲得安全標準認證機構(gòu)的認可，但是產(chǎn)品會不會因此而容易在某些應(yīng)用條件下引起較高概率的閃爍和電擊穿而影響產(chǎn)品的可靠性？

所以，雖然你的PCB布線設(shè)計通過了5.3.4中的短路試驗，獲得了安全標準的承認，但是從產(chǎn)品功能和可靠性方面來考慮，你還得需要進行5.2.2中表5B規(guī)定的電氣絕緣強度試驗，俗稱打高壓或Hi-pot試驗。只有通過了Hi-pot試驗，這樣你布出的PCB才能在標準安全，空間節(jié)省和產(chǎn)品可靠性之間得到兼顧和平衡。

這帶來了一個新的問題，布線間距和試驗?zāi)蛪褐g會是一個什么樣的關(guān)系呢？有關(guān)指導(dǎo)PCB布線的文獻中鮮有這樣的定義或描述。UL的專家在鍍銀PCB板的分析試驗中發(fā)現(xiàn)，平行導(dǎo)體之間的耐壓和導(dǎo)體間距完全是一個線性函數(shù)關(guān)系，和導(dǎo)體表面處理工藝沒有關(guān)系。根據(jù)這一實驗，UL規(guī)定了印制線路板耐壓的測試標準是40V/mil或1.6KV/mm。這一數(shù)據(jù)對指導(dǎo)在PCB導(dǎo)線之間設(shè)置能夠承受Hipot的耐壓試驗的安全間距非常有用。

舉例說，根據(jù)60950-1表5B的規(guī)定，500V的工作電壓之間的導(dǎo)體應(yīng)該要滿足1740Vrms的峰值應(yīng)該是740X1.414=2460V。根據(jù)40V/mil的設(shè)置標準，可以計算出PCB兩導(dǎo)體之間的間距應(yīng)該不小于2460/40=62mil或1.6mm。

對于哪些不要求遵守60950或其他安全標準的產(chǎn)品，設(shè)計工程師可以參考IPC-2221表6.1來進行PCB導(dǎo)線之間的電氣間隙設(shè)置，見以下表格。IPC-2221是在世界上被廣泛接受的一個商業(yè)或工業(yè)產(chǎn)品的PCB通用標準。

IPC-2221，表6.1：

?另外根據(jù)最新頒布的IPC-9592，

?一個用于電源變換器電路的IPC指導(dǎo)標準，推薦了PCB導(dǎo)線之間的間距應(yīng)該依從一個線性公式：SPACING（mm）=0.6+Vpeak*0.005

還有個UL840這個上面的要求稍微低一些，見下表：

?通過比較后，我們可以看出60950的表5B，UL840和UL40V/mil的耐壓測試標準對PCB線間間距的計算結(jié)果最小，也就是條件最為寬松，見下圖。

然而，畢竟IPC-2221和IPC-9592要照顧的產(chǎn)品范圍更為廣泛，能遵守其中的PCB線間間距的定義，產(chǎn)品的安全余量和對其他安全標準的適應(yīng)性相對而言就更有把握。

另附UL840部分參考表格，供大家參考。

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的开关电源之PCB安规设计规范的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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