PCBの電圧分離のためにエアギャップを配線する理由

電源用のPCB設計について学習すると、レイアウトの低電圧セクションと高電圧セクションを分離するために配線されたギャップのあるボードがよく見られます。

銅をエッチングで除去して同じレベルの絶縁を作成する必要がある場合、なぜエアギャップを配線するという問題に直面しますか？空気の絶縁破壊電圧はFR4よりもはるかに高いですか？

このようなギャップは、銅が完全にエッチングで除去されない状況を回避するために使用されると思います。

高電圧PCB設計

アーク防止のための高電圧PCB設計

いくつかの理由：

1. アークオーバーが発生すると、PCB表面の炭化（別名「燃焼」）を引き起こす可能性があります。これにより、永久ショートが発生する可能性があります。これは不可逆的なダメージでもありますが、空中でのアークオーバーは他の何かがうまくいかない限りはそうではありません。これは、単一の高電圧スパイクが永続的な短絡を引き起こした場合、特に悪いことになります。その場合、「低レベル」電圧源では、利用可能な低インピーダンス経路が依然としてあります。
2. 高誘電体シールド（FR4 /ソルダーマスクよりもはるかに優れた、空気よりも優れたもの）を取り付けるオプションがあります。
3. ほこり/汚れはボード表面に蓄積し、絶縁耐力を低下させる可能性があります。その表面がそこになければ、それほど問題ではありません（それでも問題になる可能性があります）。
4. 2番目のリンクでは、湿度がはんだマスクの絶縁破壊電圧に劇的な影響を与え、スロットにはより小さい（潜在的には重要ですが）影響を与えるいくつかの実験を行いました。最良の結果は、はんだマスクを削除してスロットを切断したことです（パフォーマンスに大きな影響はありません）。
5. 偶発的な沿面ミスはルーターによって削除されますが、特に最新のCADでは、設計段階で実際にこれを捕捉する必要があります。トラックに予期しない開回路がある場合、PCBは正しく動作しない可能性があり、高電流トラックを小さくすると他の問題が発生する可能性があります：P
6. 必要な空間距離は、表面の必要な表面沿面距離よりも小さいようです。

いくつかの沿面距離/クリアランステーブルを簡単に見てみましょう。

クリアランステーブルIII

沿面表IV

汚染度が高い場合は特に、creepage distance> を確認するようclearance distanceです。

汚染度は、環境がPCBにどのように影響するかを示す尺度です。参照：ダストの設計。

さまざまな汚染度の説明（表1）：

1. 汚染なし、または乾燥した非導電性汚染のみで、安全性に影響を与えません。汚染度1は、カプセル化または密閉コンポーネントの使用、またはPCBのコンフォーマルコーティングにより達成できます。
2. 一時的な結露が発生する可能性がある非導電性の汚染。これは最も一般的な環境であり、一般に家庭、オフィス、および研究所で使用される製品に必要です。
3. 導電性汚染または乾燥した非導電性汚染。予想される結露により導電性になる可能性があります。これは一般に産業環境に適用されます。侵入保護（IP）エンクロージャーを使用して、汚染度3を達成できます。
4. 雨、雪、導電性ダストなど、永続的な導電性を生成する汚染。このカテゴリは屋外環境に適用され、製品規格で屋内使用が指定されている場合は適用されません。

エアギャップの絶縁破壊レベルは、回路基板の非銅面よりもはるかに高くなります。2つのメカニズムがあります-物理的なエアギャップ（クリアランス）とPCB表面での「トラッキング」（クリープ）です。

沿面距離。沿面距離は、絶縁体の表面に沿って測定した2つの導電性部品間（または導電性部品と機器の境界面の間）の最短経路です。適切で適切な沿面距離は、絶縁表面上またはその近くでの放電の結果として絶縁材料の表面に局所的な劣化の部分的な伝導経路を生成するプロセスである追跡を防ぎます。必要な追跡の程度は、2つの主要な要因に依存します。材料の比較追跡指数（CTI）と環境の汚染の程度です。

そして、

クリアランス距離。クリアランスとは、空気を介して測定した2つの導電性部品間（または導電性部品と機器の境界面の間）の最短距離です。クリアランス距離は、空気のイオン化によって引き起こされる電極間の絶縁破壊を防ぐのに役立ちます。絶縁破壊レベルは、相対湿度、温度、環境の汚染度によってさらに影響を受けます。

PCB距離にわたる空隙の実際的な例として、私はかつて高電圧PSU（50kV dc）を設計しました。出力段はダイオードトリプラー（この例では重要ではありません）でしたが、6kVから50kVに変換するダイオードとコンデンサを取り付けるPCBには、コンポーネントの周囲に大きな穴が必要でした。 PCB表面を横切る直線ではなく、スロットと穴の周りに織り込む必要があり、これにより大幅に高いブレークダウン電圧能力が得られました。

スタック交換にも同様の問題があり、ここで creapageとのクリアランスのための電圧とのギャップのテーブルを持っています。