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高压电路板和安全标准
高压电路板和安全标准
高压电路板中的爬电和电气间隙注意事项
您的主板所针对的系统或产品必须符合IEC或UL标准。承受危险电压的导体之间允许的最小距离将包括较大的安全裕度，具体取决于：
峰值工作电压和层压材料。阅读我们有关如何选择PCB材料和层压板进行制造的文章。
操作环境（湿度，微粒和高度）。
电路位置是相对于人类进入还是接近，以及所涉及的走线是在内部还是外部？
外层所需的间距还取决于走线是带涂层的还是裸露的。
如果间隙太小，则瞬态过电压事件可能会导致导体之间产生电弧。这实际上是瞬时故障，直到再次发生此类过电压事件时才发生。由于爬电距离不足而导致的故障可能需要更长的时间才能发生。
如果您的系统或产品需要符合国际安全标准，那么确定要使用的间距很简单。查找与产品类别相关的标准，并遵守有关应用程序详细信息的列表值。例如，IEC-60950-1（第二版）是要咨询的，要在国际上出售的大多数IT产品的文档，这些产品由交流电源或电池供电，并应用于这些产品的一次侧和直流二次侧电路。该标准的第2.10.3节定义了所需的间隙。因此，过电压，包括瞬变和设备内部产生的峰值电压，不会引起故障。一系列表格，从2J到2M，说明了如何根据您的申请的详细信息计算间隙。接下来，第2.10节。图4说明了如何确定爬电距离。
高压电路中的电气间隙与爬电距离
爬电和间隙注意事项
电气间隙和爬电距离有什么区别？间隙是通过空气测量的两个导体之间的最短距离。爬电距离是两个导体之间沿着绝缘体表面分开的最短距离。如果间隙或爬电距离太小，则导体之间可能会发生电气故障。如果间隙太小，则瞬态过电压事件可能会导致导体之间产生电弧，尤其是在空气中或潮湿的环境中。这实际上是瞬时故障，直到再次发生此类过电压事件时才发生。由于爬电距离不足而导致的故障可能需要更长的时间才能发生。
随着时间的流逝，通常是由于灰尘堆积和湿气，电流从一个导体泄漏到另一导体的路径（换句话说，一条轨道）会形成并导致它们之间的绝缘材料表面逐渐破裂。产生这种现象的机制不是电压尖峰（尽管可能会造成这种情况），而是持续存在高电压以及比较跟踪指数（CTI）太低的绝缘材料。
CTI是作为绝缘体的材料的量度，并表示为在标准测试下材料表面破裂的电压。PCB层压板制造商会发布其产品的CTI数据。为方便起见，击穿电压分为六类：对于600V及更高的耐压值，最高额定值为0；对于低于100V的额定值，最低额定值为5。例如，常规FR4的相对跟踪指数为175至249V，将其置于类别3中。
常规FR4的相对跟踪指数范围为175至249伏。
高压电路的安全标准
所有电气安全标准的首要目标是防止任何电击危险。假设没有人在电路通电时靠近电路。在这种情况下，承受危险电压的导体之间的电气间隙和爬电距离应为最小值，以确保电路正常工作且不会劣化。IEC-60950-1指定了五种递增级别的强制绝缘，这些强制绝缘与电路相对于人的接触点，电压和操作环境的物理位置有关。自然，避免电击或电路退化的危险的最佳策略是使空间走线尽可能远，但通常，该距离将不满足爬电距离的要求。在这些情况下该怎么办？
如果转向具有更好CTI的材料是不可行的，则在两条走线之间的空间中布线一个槽会增加爬电距离。沿着层压板表面从一条迹线到另一条迹线的泄漏必须围绕气隙行进。或者，可以在空间中放置绝缘材料的垂直屏障，这将同时增加爬电距离和电气间隙。
在考虑布局的爬电距离和电气间隙要求时，请记住已组装的高压电路板上的间距。即使带电元件的未绝缘边缘和相邻元件的边缘之间的爬电距离足够，它们之间的距离也可能太小而无法满足间隙要求。此外，在组装过程中可能需要一些操作才能满足间隙要求。例如，使用灌封化合物将功率半导体封装上的引线与附近的某些组件隔离。
如果您的项目不需要遵循特定的安全标准，则可以使用最新版本的IPC-2221（PCB设计的通用标准）来获取电气间隙和爬电距离指南。无论如何，请与您的PCB制造商和组装商就合适的材料进行咨询和设计替代方案，这将帮助您以最低的成本获得满足您的性能目标的安全产品。
我们快速浏览涉及危险电压量的高压电路板布局的基础知识，只是一个机会，可以在您开始旅程时指出一些有用且希望熟悉的指南。
高压电路板上的爬电和电气间隙是所有安全措施的重要组成部分。这就是为什么设计工程师必须在整个设计阶段都达到产品安全标准，以免发生任何故障的原因。爬电距离和间隙的概念不仅适用于PCB，还适用于放置在PCB上的组件。