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Tecnología PCB de alto voltaje, cómo diseñar para que se sienta satisfecho

Acerca de Tecnología PCB de alto voltaje, En ciertas aplicaciones, como la mayoría de los cargadores de pared y las fuentes de alimentación de las computadoras, la energía de entrada se toma del tomacorriente de la pared, que generalmente es de 220V. Se considera un voltaje más alto de lo normal para una PCB y, a menudo, se deben tener consideraciones especiales al diseñar una placa que tiene una línea de alto voltaje.

Este artículo cubrirá todo lo que necesita saber sobre PCB de alto voltaje.

1 PC PCB de alto voltaje y cosas que necesita saber sobre ellos

1.1 ¿Qué es un PCB de alto voltaje? 

En resumen, cualquier PCB que funcione a un voltaje mucho más alto que el voltaje normal del riel puede llamar a un PCB de voltaje medio o alto. Las placas como las fuentes de alimentación de red, los inversores, los cargadores de vehículos eléctricos, etc. entran en esta categoría.

No hay un número fijo sobre el cual la placa se consideraría de alto voltaje. Pero como regla general, podría considerar algo como 100 V, más allá de los cuales querría tener en cuenta reglas de diseño especiales.

Tecnología PCB de alto voltaje

Imagen 1: Una fuente de alimentación en modo conmutado de tensión de red

1.2 Rigidez dieléctrica 

La rigidez dieléctrica de un material es el campo eléctrico máximo que el material puede soportar sin perder sus propiedades aislantes.

Por lo general, este sería FR4 para la mayoría de los PCB.

Entonces, lo primero que debe verificar es la rigidez dieléctrica del material de su PCB.

FR4 clasificado para 300 mils / mil; sin embargo, los estándares de IPC recomendarán un espacio de 3.9 milésimas de pulgada para 80V.

A menudo es aconsejable dejar espacio para ello y, por lo tanto, seguir los estándares de IPC. 

1.3 Distancia de fuga 

La distancia de fuga es la distancia más corta entre dos partes conductoras a lo largo de la superficie de un material aislante sólido.

La base principal para la determinación de la distancia de fuga es el voltaje a largo plazo aplicado en los dos conductores. Con el tiempo, puede haber contaminación en el tablero, por lo que es aconsejable tener espacio para la cabeza adicional.

Las recomendaciones de distancia de fuga para la mayoría de los componentes y diseños generalmente se proporcionan en sus hojas de datos. Es uno de los parámetros importantes cuando se trata de PCB de alto voltaje. 

1.4 Liquidación 

El espacio libre es la distancia más corta en el aire entre dos partes conductoras. La rigidez dieléctrica del aire gobierna el espacio libre. El aire generalmente se descompone a aproximadamente 3KV por mm. Sin embargo, en condiciones de humedad y contaminación, este valor puede bajar mucho. Los estándares de IPC especifican diferentes distancias de espacio para los tipos de diseño.

La mayoría de los componentes ya son compatibles y están empaquetados en paquetes con un paso de clavijas lo suficientemente alto.

Por ejemplo, un Mosfet nominal de 600 V generalmente vendrá en un paquete TO-220 o TO-247.

Puede encontrar más información sobre la fuga y el despeje aquí:

https://youtu.be/B696dApeUeM

1.5 Máscara de soldadura 

La máscara de soldadura también actúa como aislante hasta cierto punto. Por lo tanto, para tableros con un paso de pines muy fino y alto voltaje entre pines. Es importante ir con un fabricante que pueda aplicar una máscara de soldadura entre los PCB y el PCB de paso fino.

Tecnología PCB de alto voltaje

Imagen 2: PCB con máscara de soldadura negra

2. Prácticas de diseño para PCB de alto voltaje 

2.1 Enrutamiento 

Siempre que se realicen trazas para PCB de alto voltaje, los siguientes puntos son los más importantes:

  1. Mantener un espacio libre entre las trazas que tienen una alta diferencia de voltaje entre ellas.
  2. Evitar giros y bordes bruscos, ya que pueden actuar como áreas del campo eléctrico concentrado.
  3. Evite ejecutar trazas de muy alto voltaje en las capas internas de la placa.
Tecnología PCB de alto voltaje

Imagen 3: Una placa de circuito impreso con una holgura de plano superior a la habitual

2.2 Planos poligonales 

Para todos los PCB de alto voltaje, la holgura del plano poligonal debe aumentarse a un valor seguro y a ciertas secciones de la placa.

Por ejemplo, si hay una traza que lleva 600V hacia un conector de borde en una placa, muchas veces, el diseño no tendrá un polígono vertido cerca de esa traza.

Además, los planos internos de una placa de circuito impreso multicapa no deben tener un voltaje muy alto o una distancia muy pequeña entre ellos. 

2.3 Capas internas 

Es posible hacer multicapas con voltaje medio en todas las capas. La consideración principal es el relleno adecuado de los espacios entre las capas. El grosor de la separación entre capas debe ser de al menos 0,005 “para mantener la integridad del medio de relleno, preimpregnado. Cualquier vacío o bolsa degradará seriamente el valor dieléctrico.

El preimpregnado estándar tipo FR4 multicapa no es adecuado para trabajos de media o alta tensión. El material se descompone demasiado rápido y no presenta una estructura interna homogénea. Los microhuecos en exceso degradan la clasificación dieléctrica, lo que resulta en un rendimiento deficiente. 

2.4 Consideraciones sobre EMI 

Los PCB de alto voltaje son conocidos por emitir perturbaciones en un amplio espectro.

Lo más importante para minimizarlos es tener un área de bucle pequeña y extensiva mediante costuras al plano del suelo siempre que sea posible.

Además, los componentes de alto voltaje también se pueden encapsular y luego proteger con una hoja metálica.

PCB

Imagen 4: A bordo con costuras extensas

3. Selection Selección de componentes 

3.1 Transformadores de alta frecuencia 

La mayoría de las placas de alto voltaje casi siempre implicarán un circuito de modo de conmutación con un transformador para producir el alto voltaje. En estos casos, debe cumplir con el nivel de aislamiento del núcleo del transformador.

Con respecto al diseño de la placa de circuito impreso, el plano de tierra idealmente debería separarse entre el lado primario y el lado secundario. Debe haber un gran espacio de aislamiento con cortes en el tablero entre los lados primario y secundario. 

3.2 Mosfets / Transistores / Interruptores 

La mayoría de las veces, los dispositivos vendrán en el paquete correcto clasificado para soportar el alto voltaje entre pasos.

Incluso entonces, es una buena práctica elegir el dispositivo con el paso de pines más grande si sabe que los voltajes serían bastante altos. Un ejemplo común será elegir un dispositivo TO-247 en lugar de un TO-220 si no hay limitaciones de espacio. También se pueden aplicar ejemplos similares para dispositivos SMD.

Mosfets / Transistores / Interruptores 

Imagen 5: Transistores en diferentes paquetes

3.3 Componentes pasivos 

Al seleccionar componentes pasivos, el tamaño del componente es crucial, ya que depende directamente del voltaje que puede tolerar. Entonces, digamos que el diseño tiene 300 V entre una resistencia SMD. Entonces sería mucho mejor elegir un paquete como 1206 en lugar de 0402. A menudo es un requisito colocar varios de estos componentes en serie para reducir la tensión de voltaje en ellos. 

4. características especiales de la placa 

4.1 Ranuras de aislamiento y recortes 

La mayoría de las placas de alto voltaje requieren ranuras de aislamiento y cortes de placa cerca de cualquier sección de la placa que transporta alto voltaje.

En muchos dispositivos de consumo como cargadores y fuentes de alimentación, estas ranuras y recortes de placa son obligatorios para aprobar ciertos estándares de seguridad. Estas características añaden una capa adicional de seguridad y ayudarían en entornos de alta humedad y casos en los que es probable que exista contaminación.

Las ranuras de aislamiento y los recortes generalmente deberán definirse en una capa mecánica de la placa. 

4.2 Material de la placa 

El FR-4 estándar no es un buen material para tableros de alto voltaje ya que tiene baja rigidez dieléctrica.

Siempre que el costo no sea una limitación, es mejor optar por un material de cartón con una mayor rigidez dieléctrica. Algunos de los materiales clasificados para alto voltaje son:

  1. BT Epoxi
  2. Poliimida

3. Isla 

4.3 Acabado de la placa 

El factor más ignorado e importante cuando se trata de PCB de alto voltaje es el acabado de la placa. Incluye principalmente el acabado de la superficie de las almohadillas y cualquier rastro expuesto. Principalmente, el tablero terminado debe tener un acabado liso, libre de golpes y debe estar uniforme en toda la superficie.

Cualquier imperfección en las almohadillas de alto voltaje, como puntas afiladas, puede resultar en una región de alto campo eléctrico, que luego puede causar arcos. 

5. Lo que ofrece OurPCB

Tiempo de respuesta rápido 

Tenemos un tiempo de respuesta súper rápido de solo 24 horas para tablas de dos capas y solo 48 horas para tablas de cuatro capas. Es uno de los factores más importantes para los equipos de ingeniería que prueban rápidamente prototipos de placas. 

Amplia variedad de opciones 

Para la fabricación de tableros, OurPCB tiene una amplia selección de diferentes parámetros. Incluye el tipo de material de PCB que desea utilizar, el acabado de la superficie junto con opciones para agregar identificadores únicos para sus placas.

OurPCB También puede fabricar tableros de hasta 32 capas. 

Sistema de cotización en línea 

Finalmente, OurPCB también tiene un sistema de cotización en línea que calcula automáticamente el precio de su PCB después de que cargue sus archivos Gerber e ingrese los datos requeridos. 

6. Conclusión 

Una PCB de alto voltaje es algo que necesita precisión tanto en el diseño de la placa como en las etapas de fabricación. Si sigue todas las reglas y prácticas generales para las reglas de alta presión, entonces es fácil conseguir una tabla de trabajo que dure mucho tiempo.

OurPCB ofrece el equilibrio perfecto entre precio y calidad y una variedad de opciones de fabricación que pueden ser adecuadas para tableros de alto voltaje.

Para obtener más información, comuníquese con OurPCB a través de su sitio web:

https://www.wellpcb.com/

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