PCB 布局設計中的 PCB 爬電距離和間隙標準

印刷電路板上的高壓部件。

篝火很多，比如篝火或者壁爐，可以提高生產力，溫馨甚至浪漫。 但是，您永遠不會在 PCB 上看到起火現象。 如果 PCB 設計不適合高電壓，這可能是一個真正的風險。 在某些情況下，設計不當的電路板可能會產生靜電放電，從而損壞電路板和組件，并可能引起火災。

為了避免這個問題，從事高壓應用的PCB設計人員在設計時應特別注意裸金屬導體之間的分離。 有兩種方法可以測量該距離，即爬電距離和電氣間隙，保持它們之間所需的距離非常重要。 在這里我們將了解PCB爬電距離和間隙標準之間的差異，以及避免高壓問題或PCB意外燃燒所需采取的步驟。 電路板組裝及電路板加工廠家講解滿足PCB爬電距離和電氣間隙標準的設計方法

PCB爬電距離和電氣間隙的區別

如果金屬之間的距離太近，傳導高電壓的印刷電路板可能會受到暴露金屬之間的靜電放電的影響。 這種放電可能會損壞電路板及其元件。 對于 PCB 設計人員來說，觀察電路板上金屬導體之間的適當間距非常重要。 電路板上的導體間距可以通過兩種方法測量：爬電距離和電氣間隙：

爬電距離：是指電路板或絕緣材料表面兩導體之間的距離。

間隙：這是兩個導體之間通過空氣的視線距離。

在電壓高于30VAC或60VDC的高壓電路中，必須遵守爬電距離和電氣間隙間隔的規則，以防止兩導體之間意外產生電弧。 一般來說，這兩個測量值是相同的，就像兩個元件焊盤或電路板可觸及部分上其他暴露的金屬區域之間的距離一樣。 但在某些情況下，兩種測量方法會有所不同，具體取決于元件的放置位置或裸板的輪廓是否異常。 如下圖所示，爬電距離是指兩個元件焊盤之間的電路板表面之間的距離。 另一方面，該間隙是左側部件的金屬散熱器與右側部件的緩沖墊之間的氣隙。

如側上圖所示，PCB 上的爬電距離和電氣間隙示例

接下來，我們將研究在哪里可以找到這些爬電距離和電氣間隙標準。

PCB 爬電距離和間隙標準是什么？

PCB爬電距離和電氣間隙標準的計算需要考慮不同的因素，包括工作電壓、污染程度（電路板上的灰塵和冷凝物）以及要評估的電路類型。 計算爬電距離的另一個重要因素是用于構造原始板的層材料。 電壓會在電路板表面形成導電通路，從而損害其絕緣性能。 某些電路板材料比其他電路板更能抵抗這種影響。 比較漏電起痕指數（CTI）定義了每種材料的電阻值； 數字越大，抗穿刺能力越大。 例如，FR-4的默認CTI值為175，而其他更專業的材料的CTI值可以高達600。

PCB爬電距離和電氣間隙標準相關的文件有很多，主要文件是IPC-2221。 這是一個通用標準，涵蓋許多不同的設計規則，包括高壓電路所需的間距。 這些限制由直流或交流電壓水平、內層、有涂層或無涂層的外層以及基材材料來描述。 除了 IPC-2221 之外，您還可以在這些標準中找到其他信息：

• IPC-9592：該標準比 IPC-2221 更具體，因為它定義了高于 100 伏的電源轉換設備的間距要求。
  

• UL-61010-1：這些標準規定了電氣測試和實驗室設備以及其他工業設備設計中的安全要求。
  

• UL-60950-1：該標準適用于各種設備的高低壓應用。

這些標準將為設置 PCB 所需的間隙提供堅實的基礎，以保護 PCB 免受可能在兩個不同導體之間產生電弧的過壓事件的影響。 模擬設計中的功率分布并使用這些結果來幫助設置布局的物理屬性也很重要。

電路板上電源元件的布局

如何使用這些標準來設計PCB布局

滿足間距要求后，電路板將需要適當的爬電距離和電氣間隙。 下一步是在 PCB 布局系統的設計規則中設置這些值。 可以為金屬之間的間隙設置規則和約束，無論是布線、焊盤、覆銅還是三者的任意組合之間。 您還需要為組件占用的空間設置正確的間距，特別是對于承載大量電壓的較大組件。 在某些情況下，您甚至可以在特定空間周圍設置獨特的避讓間隙，以解決散熱器和其他異常配置的問題。 所有這些規則將幫助您在所需的高壓組件之間保持必要的間距。

當您在布局中放置組件時，請確保在考慮零件的所有方面時考慮它們。 這將包括可能懸于零件上方的任何金屬導體（例如散熱器），特別是如果您無法在零件周圍設置獨特的回避區域。 在布局期間，您還需要確保對組件放置的任何編輯或更改不會超出您在零件之間仔細設置的間距。 即使將組件旋轉 90 度也會導致形狀異常的零件違反電壓間隙。

這是放置間距時要考慮的另外兩種技術：

為了幫助保持正確的間距，請嘗試將高壓組件放置在電路板的一側，將低壓組件放置在另一側。 在某些情況下，高壓部件之間的間距規則可能不像低壓部件那么嚴格。

爬電需要另一種解決方案，因為將部件放置在電路板的另一側不會為您提供整個電路板表面所需的隔離。 相反，您可能需要安裝絕緣屏障或在板上切割凹槽或槽。 電路板輪廓的變化將增加電壓必須在整個表面上傳播的距離，從而為您提供所需的爬電距離。

幸運的是，您的 PCB 設計工具有許多可以提供幫助的功能。 我們將在接下來的內容中對其進行介紹。

依靠PCB布局工具的強大功能

設置設計規則和約束是確保布局符合 PCB 爬電距離和間隙標準的最佳方法。 PCB 編輯器中的約束管理器可以使用特定的封裝來設置，以封裝間隙，以保持高壓部件的正確爬電距離。 此外，您可以為電源和接地網格創建網格類，并為其分配必要的間距。