Circuit imprimé haute tension fonctionne à des tensions supérieures à la tension de rail typique. L'alimentation secteur, les onduleurs et les chargeurs EV sont des exemples de ce type de carte. La haute tension n'a pas de seuil prédéterminé. Un bon point de départ serait 100 volts pour les cartes de circuits imprimés - c'est la plage normale de tension.
Cependant, plus de 100 volts nécessitent des considérations supplémentaires qui devraient être prises en compte dans la conception du PCB, en particulier pour un usage industriel. Sinon, votre PCB peut prendre feu, votre appareil peut être cassé ou cela peut entraîner tout autre accident.
- Résistance diélectrique
Rigidité diélectrique est le plus grand champ électrique qu'un matériau puisse endurer avant de perdre ses qualités isolantes. Pour la plupart des PCB, FR4 serait le meilleur choix. La rigidité diélectrique de votre matériau PCB doit d'abord être vérifiée.
Bien que le matériau FR4 soit certifié pour 300 millimètres par mil, les réglementations IPC exigent 3.9 millimètres pour 80V. Il est généralement bon de laisser certaines zones de flottement et de respecter les spécifications IPC.
- Rampage à distance
Lorsque deux éléments conducteurs sont situés à la surface d'un matériau isolant, la ligne de fuite est la distance la plus courte qui les sépare. La tension à long terme fournie aux deux conducteurs est le facteur le plus important déterminant la ligne de fuite.
La contamination du tableau peut se produire avec le temps. C'est donc une bonne idée d'avoir une marge supplémentaire. Les fiches techniques de la plupart des composants et des configurations fournissent souvent des recommandations pour les lignes de fuite. Quand cela vient à Circuit imprimé haute tension, c'est une considération importante.
- Distance à dégager
Lorsque deux conducteurs sont suffisamment proches pour se toucher, cela s'appelle un dégagement. La rigidité diélectrique de l'air est ce qui détermine le dégagement. 3KV par mm est le taux typique auquel l'air se décompose. Lorsque de l'humidité et des contaminants sont présents, ce nombre peut être considérablement inférieur. Selon le type de conception, les normes IPC prescrivent des distances de dégagement variables.
Les boîtiers avec un pas de broche suffisamment élevé pour la plupart des composants sont déjà compatibles. Par exemple, un Mosfet de 600 V sera souvent emballé dans un TO-220 ou TO-247.
- Solder Mask
L'isolation est également assurée par le masque de soudure. En conséquence, ils sont idéaux pour une utilisation sur des cartes de circuits imprimés avec des pas de broche extrêmement petits et des tensions élevées sur les broches. Pour les PCB à pas fin, il est essentiel d'avoir un fabricant capable de placer un masque de soudure entre les deux PCB.
Principes de conception de circuits imprimés haute tension
Les choses suivantes doivent être gardées à l'esprit avant de concevoir PCB haute tensions:
- Routage
Ce sont les aspects les plus critiques à garder à l'esprit lors du routage PCB haute tension traces:
- Maintenir un écart entre les traces avec une grande différence de tension.
- Ne pas utiliser de mélodies ou d'arêtes vives car elles peuvent avoir un champ électrique élevé
- Dans les couches les plus internes de la carte de circuit imprimé, ne faites passer aucune trace à haute tension
- Polygones Plans
Le dégagement du plan polygonal sur tous les circuits imprimés haute tension doit être augmenté à une valeur sûre, et des zones de carte spécifiques doivent également être augmentées. Il est courant de voir un polygone couler près d'une trace, envoyant 600V vers une connexion de bord sur une carte, mais pas toujours.
Les plans intérieurs d'un PCB multicouche doivent également être maintenus à une tension et à une distance raisonnables les uns des autres pour éviter les courts-circuits.
- Couches dans la couche
La moyenne tension peut être utilisée à tous les niveaux pour créer des multicouches. Ce qui compte le plus, c'est la façon dont vous remplissez les vides entre les différentes couches. Le préimprégné nécessite une épaisseur de séparation de couche d'au moins 005″ pour assurer l'intégrité du milieu de remplissage. La valeur diélectrique sera considérablement réduite s'il y a des vides ou des poches.
Un préimprégné multicouche FR4 de type classique n'est pas adapté aux fonctionnements en moyenne ou haute tension. Il y a un manque d'uniformité dans la structure interne du matériau, ce qui le fait se décomposer trop rapidement. Il y a une diminution de la cote diélectrique due aux microvides.
Facteurs EMI à prendre en compte
PCB haute tension sont renommés en raison de la large gamme de fréquences qu'ils peuvent produire. Pour la plupart, garder la zone de boucle courte et coudre autant que possible le plan de masse est le moyen le plus efficace de les réduire. Une tôle métallique peut également être utilisée pour isoler les composants haute tension.
- Transformateurs à Hautes Fréquences
Un circuit à découpage avec un transformateur est presque généralement utilisé pour générer une haute tension sur la plupart des cartes haute tension. Vous devez respecter le niveau d'isolation du noyau du transformateur dans ces situations. Le plan de masse doit de préférence être divisé entre les côtés principal et secondaire en ce qui concerne la disposition du PCB. Il doit y avoir un espace d'isolation substantiel avec des découpes sur la carte entre les côtés primaire et secondaire.
- Mosfets/Transistors/Commutateurs
La plupart du temps, les appareils haute tension seront livrés dans le bon emballage pour tolérer la haute tension entre les hauteurs.
Il est toujours judicieux de choisir l'appareil avec le plus grand pas de broche si vous savez que les tensions seraient plutôt élevées. Un exemple fréquent sera de choisir un appareil TO-247 au lieu d'un TO-220 s'il n'y a pas de limites d'espace. Des exemples similaires peuvent également être appliqués aux dispositifs SMD.
- Composants passifs
Lors du choix des composants passifs, la taille du composant est primordiale car elle dépend directement de la tension qu'il peut supporter. Supposons donc que la conception ait 300 V entre une résistance SMD. Il serait alors préférable de sélectionner un boîtier comme 1206 plutôt que 0402. Il est parfois nécessaire de placer de nombreux composants de ce type en série pour atténuer les contraintes de tension entre eux.
- Découpes et fentes pour l'isolation
Il doit y avoir des découpes ou des trous d'isolation à proximité de tout composant haute tension d'un tableau haute tension. Ces trous et découpes de carte sont requis par de nombreuses exigences de sécurité dans les biens de consommation tels que les chargeurs et les blocs d'alimentation.
Les endroits très humides et les situations où la contamination est une possibilité pourraient bénéficier de ces qualités. La couche mécanique de la carte est l'endroit où la plupart des fentes d'isolation et des découpes seront situées.
Matériel pour le développement de circuits imprimés haute tension
La faible rigidité diélectrique de la norme FR-4 la rend inadaptée à une utilisation dans les circuits imprimés haute tension. La rigidité diélectrique plus élevée est préférable lorsque le coût n'est pas un problème. Quelques exemples de matériaux à haute tension sont les suivants ;
- Époxy BT
- Polyimide
- Île
- Finition du plateau
Circuit imprimé haute tension la finition est une considération souvent négligée mais essentielle. La qualité de surface des plaquettes et toute trace visible sont les principales considérations. La planche finale doit être dépourvue d'irrégularités et uniforme sur toute la surface.
Des pointes acérées ou d'autres défauts dans les pastilles haute tension peuvent créer un champ électrique trop fort et provoquer des arcs électriques.
Précautions de base pour la conception de circuits imprimés haute tension
En adoptant certaines précautions, vous pouvez éviter tout résultat grave concernant la carte de circuit imprimé haute tension. Voici l'essentiel de toutes les informations mentionnées ci-dessus :
- Routage
Lors de la conception d'un PCB haute tension, il est essentiel de s'en tenir aux méthodes de routage éprouvées. Lors de la conception d'un circuit, il est préférable d'avoir un peu d'espace entre les conducteurs avec de grandes différences de tension. En raison de la concentration élevée du champ électrique, il est conseillé d'éviter les arêtes vives. Exécuter des traces haute tension dans les couches intérieures de la carte est également un grand non-non.
- Calques à l'intérieur d'un calque
Un circuit imprimé multicouche avec moyenne tension sur chaque couche est également essentiel. Lors du remplissage des espaces entre les couches, des précautions doivent être prises. La conception des circuits imprimés nécessite que la séparation de chaque couche soit de 005″ d'épaisseur pour préserver l'équilibre global. Tout trou ou espace inutile dans les circuits imprimés haute tension affecte la valeur diélectrique.
- Polygones géométriques
Le dégagement du plan polygonal doit également être augmenté en toute sécurité dans tous haute tension PCBs. Les plans internes d'un PCB multicouche doivent être correctement séparés et avoir une tension élevée. Ainsi, l'électricité peut circuler sans interruption dans tout le circuit imprimé.
- Région
Vous avez peut-être entendu parler de PCB à haute tension dégageant diverses perturbations électromagnétiques. Les perturbations peuvent être réduites si le plan de masse a une zone de boucle limitée.
Conception de circuits imprimés haute tension : pourquoi contrôler les lignes de fuite et les distances de dégagement ?
Tous les PCB n'ont pas besoin d'être conçus avec le même espacement que les PCB haute tension. Si votre produit fonctionne avec des tensions supérieures à 30 VAC ou 60 VDC, nous ferions mieux de considérer sérieusement l'espacement de conception des PCB. Si vous concevez un PCB haute densité, en particulier une carte de circuit imprimé haute tension, vous devez faire plus attention car la haute densité rendra l'espacement plus compliqué.
Dans la conception d'un circuit imprimé haute tension, un espacement raisonnable est très important, car la tension sur les composants du circuit imprimé facilite la génération d'arcs par les composants conducteurs adjacents, et une fois que l'arc se produit, il entraînera de graves dangers cachés pour la sécurité de produits et utilisateurs. Afin de réduire la génération de ceintures d'arc et le risque de venir, vous devez vous concentrer sur l'espacement lors de la conception de PCB haute tension, et si l'espacement est raisonnable, cela inclut principalement le dégagement et la ligne de fuite.
Qu'est-ce qu'une distance de dégagement ?
La tension d'écart fait référence à la distance la plus courte dans l'air entre deux conducteurs adjacents avec la différence de potentiel dans les appareils électriques, c'est-à-dire la distance la plus courte mesurée dans l'air entre deux conducteurs adjacents ou un conducteur et la surface du carter de moteur adjacent. Si l'écart entre les composants adjacents sur le PCB est trop petit, un arc peut se produire entre les composants conducteurs adjacents sur le PCB une fois que la tension spécifiée est dépassée.
Cependant, il n'y a pas de distance standard pour le dégagement, qui varie selon le matériau du PCB, la tension et l'environnement. Parmi eux, l'influence de l'environnement est très importante, par exemple, l'humidité entraînera un changement de la tension de claquage de l'air, ce qui peut être plus sujet aux arcs. La poussière est un autre facteur, et la poussière qui s'accumule sur le PCB peut réduire la distance entre les conducteurs, produisant des arcs électriques.
Les arcs peuvent mettre en danger la sécurité des produits et des utilisateurs. L'espacement des PCB est donc un paramètre clé à prendre en compte lors de la conception de PCB haute tension.
Qu'est-ce que le chemin Creepage ?
Semblable au dégagement, la ligne de fuite est utilisée pour mesurer la distance la plus courte le long de la surface du matériau isolant entre les conducteurs sur un PCB au lieu de la distance dans l'air. Le matériau et l'environnement des PCB affectent également les lignes de fuite et, comme pour les distances de dégagement, l'humidité et la poussière peuvent réduire les lignes de fuite.
Lorsque nous concevons un PCB haute tension haute densité, il peut ne pas être facile de respecter pleinement la ligne de fuite, car le changement de la piste du PCB n'est pas une priorité pour respecter la ligne de fuite. Nous pouvons généralement augmenter la distance de surface ou d'autres astuces dans la conception, comme entre les pistes. L'ajout de fentes ou de barrières d'isolation verticales entre elles peut augmenter efficacement la ligne de fuite sans modifier la disposition des pistes sur le PCB.
Comment déterminer l'espacement et les matériaux lors de la conception de circuits imprimés haute tension
Étant donné qu'il existe de nombreux facteurs différents dans la conception de PCB haute tension, il est préférable d'éliminer les risques potentiels pour la sécurité à la source lorsque nous concevons des PCB haute tension. Nous pouvons nous référer à certaines directives standard, telles que :
IPC-2221, est une norme générale pour le dégagement de conception de PCB et le guidage de la distance de fuite.
CEI-60950-1. La version IEC est la norme pour tout produit informatique alimenté par secteur ou par batterie.
QFP
En ce qui concerne les PCB, qu'est-ce qui constitue une haute tension ?
Officieusement, un PCB avec 100V ou plus est considéré comme haute tension, bien qu'il n'y ait pas de nombre établi.
Quelle est la tension maximale qu'un PCB peut supporter ?
Le matériau importe peu lors de la conception et de la fabrication d'un circuit imprimé basse tension, car tous les matériaux des circuits imprimés peuvent supporter jusqu'à 1000 Volts.
Les vias PCB peuvent transporter combien de courant?
À l'aide d'une perceuse de 0.35 mm, vous pouvez transférer en toute sécurité 2 ampères d'électricité. Les remplir de soudure peut également diminuer leur résistance.
À quelle température les traces de PCB peuvent-elles atteindre ?
Pour protéger le PCB de la décoloration et de l'affaiblissement au fil du temps, il est plus courant de permettre une plage de température de 20 à 30 °C. Les certifications UL peuvent être difficiles si la température intérieure dépasse 105 degrés Celsius.
Conclusion
La planification et la fabrication d'un PCB haute tension nécessitent une grande précision. Vous pouvez simplement acquérir une planche durable si vous suivez toutes les réglementations et pratiques de base pour les directives à haute pression.
De plus, le choix d'un fabricant de PCB fiable est très important dans le cas d'appareils à haute tension. Par conséquent, les risques d'accidents augmentent beaucoup avec une conception ou un matériau de mauvaise qualité.
