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Schede di circuiti ad alta tensione alimentare tecnologie avanzate, tra cui macchinari industriali, veicoli elettrici e molte altre tecnologie. energia rinnovabile sistemi. Ci sono ulteriori design fattori e parametri che è necessario considerare mentre progettazione HV PCB.
Che cos'è un circuito stampato ad alta tensione?
Come pensate che funzionino le auto elettriche veloci, i grandi telescopi e le lavatrici industriali? Perché hanno circuiti stampati ad alta tensione. I circuiti stampati ad alta tensione sono schede in grado di gestire la tensione oltre i 100V. La differenza tra un LV PCB e una scheda HV sono le considerazioni sulla progettazione. I PCB ad alta tensione sono progettati utilizzando standard rigorosi, più grandi autorizzazione e la dispersione, e materiali con una maggiore rigidità dielettrica.
Nel complesso, la PCB ad alta tensione è progettata per supportano l'alta tensione mantenendo la sicurezza e l'affidabilità in tutte le condizioni ambientali più difficili.
Materiali per PCB ad alta tensione
Quando si desidera selezionare il materiale giusto per il PCB ad alta tensione, un criterio di selezione chiamato CTI (Indice di tracciamento comparativo). Le CTI definiscono il tensione massima un PCB può sopportare prima di rompersi e creare una maggiore conduttività. Secondo il Standard IEC-60950Esistono valori specifici di CTI che rappresentano il giusto tipo di materiale utilizzato per i PCB ad alta tensione.
I materiali comuni ampiamente utilizzati nella produzione di PCB ad alta tensione comprendono.
- HVPF (Teflon ad alta tensione)
- BT epossidico
- Laminati rigidi a polimerizzazione fenolica
- Laminato Isola
Per scegliere il materiale più adatto alle vostre esigenze di tensione, potete considerare alcuni dei seguenti fattori.
- Durezza
- Resistenza alla trazione
- Resistenza ai prodotti chimici
- Espansione termica
- Rigidità dielettrica
Parametri di scorrimento e di distanza
in Progettazione di PCB HV
Una PCB HV efficace deve essere soddisfatta con la UL e norme IEC. C'è un distanza minima che dovrebbe essere incorporato tra i componenti per evitare danni. È qui che strisciamento e autorizzazione distanza entrare.
Liquidazione è il distanza minima che viene misurato tra due conduttori in aria. Il strisciamento è anche il distanza minima tra due conduttori. La distanza viene misurata lungo la superficie dell'isolamento che separa i conduttori. Se la distanza e la tensione di dispersione sono ridotte, può verificarsi un inarcamento tra i conduttori a causa della presenza di aria o di particelle di polvere.
Per evitare che tali errori si verifichino, considerate quanto segue.
- Tensione di picco
- Materiale di laminazione
- Ambiente operativo
- Tracce rivestite o nude
- Posizione del circuito
- Tracce sullo strato esterno o interno
Quando si può lavorare con l'alta tensione?
Standard UL-60950-1 "tavolo 2K-2N" indica i valori delle distanze minime per lo spazio libero e lo scorrimento rispetto a rivestimento e isolamento. Lo standard copre i dettagli del tipo di isolamento per evitare gli archi elettrici. Se vicino al circuito HV è presente un circuito operativo a bassa tensione, lo standard specifica i diversi tipi di isolamento.
Diamo quindi un'occhiata ai vari standard di sicurezza per i circuiti ad alta tensione.
Standard di sicurezza dei PCB ad alta tensione
Nel caso dei circuiti stampati ad alta tensione, la sicurezza è fondamentale. Per prevenire eventuali incidenti e danni, sono previsti specifici standard di sicurezza che sono definiti da diversi organi di governo.
- Per esempio, IPC-9259 Stati i requisiti del distanziamento per i componenti di potenza che funzionano con una tensione superiore a 100V.
- Allo stesso modo, un altro standard, UL-61010-1, specifica i requisiti evidenziando la sicurezza da considerare nella progettazione di apparecchiature di prova/laboratorio, comprese le macchine industriali.
- Infine, c'è UL-60950-1 che si riferisce ad applicazioni a bassa e alta tensione che coprono un'ampia gamma di prodotti elettronici.
Suggerimenti per la progettazione di PCB HV
I circuiti stampati ad alta tensione devono essere progettati in modo da poter gestire tensioni fino a KV. Quando si creano queste schede, è importante seguire alcune linee guida.
- Ci dovrebbe essere assenza di spigoli e di curve strette nei circuiti stampati perché questo può portare a danni fatali. Le curve strette possono causare correnti di dispersione e archi, danneggiando ulteriormente la scheda e i componenti circostanti.
- Assicurarsi che il consiglio non contiene bave una volta completato l'instradamento.
- Il consiglio deve contengono una finitura liscia per evitare archi e lampi.
- Quando si seleziona l'opzione peso del rame, assicurarsi che il peso sia in grado di sopportare un'alta tensione e un'alta corrente.
- La selezione del materiale deve essere effettuata utilizzando il metodo Indice di tracciamento comparativo (CTI) e assicurarsi che la scheda rientri nella categoria definita da Categoria del livello di prestazione (PLC).
Capire l'arco elettrico ad alta tensione
Nell'utilizzo di PCB HV, si verifica un fenomeno particolare chiamato "Arco elettrico ad alta tensione". In un ambiente ad alta tensione, quando la tensione raggiunge una certa soglia, il mezzo isolante come l'aria sarà sfondatagenerando così un arco elettrico.
- Spaziatura delle linee sul pannello, materiali isolantie altri fattori influiscono direttamente sul verificarsi o meno di un arco voltaico per i PCB HV. Ad esempio, il più piccola l'interlineapiù è probabile che si formi un forte campo elettrico ad alta tensione, facendo saltare gli elettroni verso l'altro conduttore e innescando un arco.
- Inoltre, nella scheda HV, la stabilità del alimentazione è l'elemento più importante. Se la fluttuazione dell'alimentazione è elevata, l'alta tensione istantanea può essere superiore al limite che la linea PCB e i componenti possono sopportare, innescando così un arco elettrico.
Danni da arco elettrico ad alta tensione
- Arco voltaico in HV genera temperature molto elevate, luci intense e potenti radiazioni elettromagnetiche.che sono molto pericolosi per il personale. Se si verifica un arco voltaico nei PCB HV durante la manutenzione o il collaudo, gli operatori possono subire ustioni nel corpo e negli occhi, danni alle funzioni corporee dovuti alle radiazioni elettromagnetiche.
- Inoltre, l'enorme energia sprigionata da un arco voltaico può causare danni irreparabili a precisione componenti sui PCB HV.
Alta tensione CC
Interruttore automatico
- Interruttori automatici in corrente continua ad alta tensione svolgono un ruolo importante nel sistema ad alta tensione in corrente continua in cui è prevista la collocazione di circuiti stampati ad alta tensione. Gli interruttori DC può interrompere rapidamente il circuito quando rileva condizioni anomale che possono innescare un arco voltaico, come ad esempio un cortocircuito o un sovraccarico di tensione nel circuito della PCB, e inibire la generazione di archi elettrici.
- Pertanto, il sezionatore CC può impedire la reazione a catena causato dall'arco voltaico, interrompendo il circuito in tempo e stabilizzando così l'intero sistema ad alta tensione.
- Tuttavia, vale la pena di notare che la tensione e la corrente nominale dell'interruttore devono soddisfare anche i parametri operativi del PCB HV. Se il La tensione nominale è troppo bassa e la corrente di guasto è elevataNon può funzionare correttamente e non è in grado di proteggere il PCB HV dal rischio di arco elettrico.
Categorie di arco elettrico in base al diagramma di tensione
- Il diagramma di tensione dell'arco elettrico è suddiviso in diverse categorie di arco elettrico, a seconda del livello di tensioneOgni categoria corrisponde a caratteristiche diverse di un arco voltaico, come il range di rilascio dell'energia, la probabilità di un flash e così via. Può essere utilizzato come base importante a valutare il rischio di arco voltaico di PCB HV a diverse tensioni.
- Come si evince dalle descrizioni precedenti, grafici della tensione d'arco può essere di grande aiuto e potrebbe avere un importante ruolo di riferimento HV PCB design e la manutenzione dei dispositivi di selezione. In base alle diverse tabelle di tensione delle categorie di arco voltaico, si potrà scegliere il dispositivo di protezione necessario. Prendiamo come esempio fusibili, protezioni da sovratensione, tra gli altri.
- Grafici delle tensioni d'arco elettrico per gli aggiornamenti HV su PCB: l'ingegnere deve utilizzarli per decidere se la nuova tensione operativa deve sostituire l'equipaggiamento protettivo esistente o la modifica dei parametri di progettazione del PCB deve essere sviluppato per garantire un'efficace prevenzione dell'arco voltaico in diverse condizioni di tensione.
Punti salienti e barriere tecniche
in Circuito ad alta tensione
Ottimizzazione dei transistor di potenza
I transistor HV GaN a commutazione rapida sfidano la Layout del PCB per quanto riguarda la comprensione e la gestione dell'impedenza parassita per il corretto funzionamento del circuito e per evitare che EMI.
L'impedenza parassita, che garantisce il funzionamento del circuito ed evita le EMI, le strategie di ottimizzazione da comprendere e gestire, includono:
- Considerando i componenti parassiti con percorsi correnti e percorsi di ritorno,
- Ottimizzazione dell'induttanza di layout mediante utilizzando strati dielettrici sottili,
- Selezione di pacchetti raffreddati dall'alto, eseguendo l'ottimizzazione del layout dell'azionamento del gate,
- Percorsi di ritorno planari evitare i disturbi della corrente capacitiva,
- Mantenere compatti i nodi di commutazione per ridurre la capacità e la radiazione.
Layout della scheda del controllore AC-DC
Considerazione sul layout: I problemi di rumore e stabilità dei convertitori di potenza richiedono una riflessione sul layout e sul cablaggio della scheda. Ad esempio, con il controllore integrato NCP1937Poiché le diverse parti del gate driver possono essere attivate/disattivate in modo arbitrario, è necessario prestare particolare attenzione a quanto segue deve essere dato al percorso corrente e messa a terra punti per evitare l'interazione con il rumore.
Tecnologia di ramatura a impulsi per un elevato rapporto d'aspetto
Vantaggi tecnici: Di fascia alta multistrato bordo produzione, quando il consiglio spessore e rapporto di apertura di 20:1 o più, alto rapporto d'aspetto tecnologia di placcatura in rame ad impulsi capacità di placcatura profonda, placcatura uniforme, alta efficienza produttiva, è il processo migliore.
Standard internazionale dei circuiti stampati
Importanza e modalità di attuazione: Gli standard internazionali svolgono un ruolo importante nel garantire la qualità e l'affidabilità dei PCB, non solo per quanto riguarda i materiali, la progettazione e il processo, ma anche per un'ampia gamma di applicazioni. È possibile garantire la conformità studiando documenti standard quali IPC-2221, IPC-A-600facendo riferimento a specifiche come IPC-6012.
Conclusione
I circuiti stampati ad alta tensione sono sempre più richiesti a causa della applicazioni che possono soddisfare. Il funzionamento di un circuito stampato ad alta tensione deve essere ottimizzato in modo tale che funzioni esattamente come progettato e segua i requisiti di sicurezza. standard di sicurezza per evitare qualsiasi inconveniente.
Domande frequenti
A1: Dipende. Innanzitutto, la bassa resistenza del telaio della scheda di circuito è stata progettata principalmente per efficiente dissipazione del calore o circuiti a bassa impedenza.
Viene utilizzato principalmente in circuiti ad alta frequenza e corrente elevata applicazioni. Nel primo caso, una base circuitale a bassa resistenza può ridurre il segnale attenuazione e migliorare la qualità e la velocità di trasmissione del segnalementre nei circuiti che devono trasportare correnti elevate, una base di circuito a bassa resistenza può ridurre la perdita di energia e quindi migliorare l'efficienza.
In breve, se la dissipazione del calore è soddisfatta o in situazioni di corrente elevata, può avere una bassa resistenza.
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