Hochspannungstechnologie Leiterplatten, In gewissen Anwendungen wie Ladegeräten und Computernetzanschlüssen wird die aufgenommene Energie von der Steckdose bezogen, welche für gewöhnlich 220V besitzt. Dies wir als höher als übliche Spannung für eine Leiterplatte angesehen und oft müssen spezielle Erwägungen durchgeführt werden, wann immer eine Platte mit einer Starkstromleitung entworfen wird.
Diese Artikel deckt alles ab, was Sie über Hochspannungsleiterplatten wissen müssen.
1、Hochspannungsleiterplatten und was Sie über diese wissen müssen
1.1 Was ist eine Hochspannungsleiterplatte?
Kurz gesagt, jede Leiterplatte, die mit einer viel höheren Spannung läuft als die normale Versorgungsspannung, kann als eine mittlere oder Hochspannungsleiterplatte bezeichnet werden. Platten wie netzbetriebene Stromversorgungen, Wechselrichter, Ladegeräte für elektrische Vehikel, etc. fallen unter diese Kategorie.
Es gibt keine genauen Zahlen dafür, ab wann eine Platte unter die Kategorie Hochspannung fällt. Aber als fixe Daumenregel können Sie so um die 100V rechnen, ab denen Sie spezielle Entwurfsregeln berücksichtigen wollen.
Abbildung 1:Image 1: Ein Netzspannungs-Schaltnetzteil
1.2 Die elektrische Stärke
Die elektrische Stärke des Materials ist das maximale elektrische Feld, welches das Material aushalten kann, ohne dessen Isoliereigenschaften zu verlieren.
Für gewöhnlich wäre dies FR4 bei den meisten Leiterplatten.
Also das Wichtigste ist es, die elektrische Stärke Ihres Leiterplattenmaterials zu prüfen.
FR4 bewertet für 300 mils/mil, jedoch empfiehlt der Leiterplattenstandard Abstände von 3.9 mil bei 80V.
Es ist oft vernünftig, Platz dafür zu lassen und den Leiterplattenstandards zu folgen.
1.3 Kriechstromabstand
Der Kriechstromabstand ist die kürzeste Strecke zwischen zwei leitfähigen Teilen entlang der Oberfläche eines festen, isolierenden Materials.
Die Hauptgrundlage für die Bestimmung des Kriechstromabstandes bildet die auf zwei Leiter angewendete Dauerspannung. Nach einer Weile kann es zu Verunreinigungen auf der Platte kommen, daher ist es klug, zusätzlichen Freiraum zu haben.
Empfehlungen für den Kriechstromabstand der meisten Komponenten und Entwürfe werden für gewöhnlich in den Datenblättern geliefert. Es stellt einen der wichtigen Parameter für Hochspannungsleiterplatten dar.
1.4 Freiraum
Freiraum ist die kürzeste Distanz im Freien zwischen zwei Leitern dar. Die elektrische Stärke der Luft bestimmt den Freiraum. Luft versagt für gewöhnlich bei etwa 3KV pro mm. Unter feuchten oder verunreinigten Bedingungen kann dieser Wert jedoch weitaus tiefer ausfallen. Die Leiterplattenstandards legen unterschiedliche Freiraumentfernungen für Entwurfstypen fest.
Die meisten Komponenten sind bereits konform und in Verpackungen mit genügend hohem Stiftabstand.
Ein mit 600V bewertetes Mosfet zum Beispiel wird für gewöhnlich in einer TO-220 oder TO-247-Verpackung daherkommen..
Weitere Informationen zu Kriechstrom und Freiraum finden Sie hier:
1.5 Lötmaske
Die Lötmaske fungiert zu einem gewissen Maße auch als Isolierkörper. Also für Platten mit sehr feinem Stiftabstand und Hochspannung zwischen den Stiften. Es ist wichtig, mit einem Produzenten zusammenzuarbeiten, der eine Lötmaske zwischen den dünnen Stiften der Leiterplatte auftragen kann.
Abbildung 2: Eine Leiterplatte mit schwarzer Lötmaske
2、 Entwurfspraktiken für Hochspannungsleiterplatten
2.1 Leitweglenkung
Wann immer Sie Spuren für Hochspannungsleiterplatten erstellen, sind folgende Punkte ferner von Bedeutung:
1.Platz zwischen den Spuren mit Hochspannung dazwischen zu lassen.
2.Jegliche scharfe Kurven und Kanten vermeiden, da diese als Bereiche konzentriertem elektrischen Feldes agieren könnten.
3.Vermeiden Sie das Betreiben von Hochspannungsspuren auf den inneren Schichten der Platte.
Abbildung 3: Eine Leiterplatte mit höhr als normalem Ebenenabstand.
2.2 Polygonflächen
Bei allen Hochspannungsleiterplatten sollte der Flächenfreiraum auf einen sicheren Wert erhöht werden und auf gewisse Bereiche der Platte.
Wenn es beispielsweise eine Spur gibt, welche 600V in Richtung eines Randsteckers auf der Platte schickt, dann würde der Entwurf oftmals keinen Polygon-Guss nahe der Spur besitzen.
Ebenso sollten die Flächen einer vielschichtigen Leiterplatte keine große Hochspannung oder einen sehr geringen Abstand zwischen sich haben.
2.3 Innere Schichten
Es ist möglich, mehrere Schichten mit einer mittleren Spannung auf allen Schichten zu erschaffen. Die wesentliche Überlegung besteht in dem angemessenen Füllen der Freiräume zwischen den Schichten. Die Dicke der Abtrennung zwischen den Schichten muss mindestens .005“ betragen, um das Füllen der Integrität des Mediums zu bewahren, vorimprägnierte Fasern. Jegliche Leerräume oder Taschen werden deie Dielektrizitätszahl ernsthaft herabsenken.
Der Standard für vorimprägnierte Faser FR4-Typ Vielschichten ist nicht für mittlere oder Hochspannungsarbeiten gedacht. Das Material bricht zu schnell zusammen und beinhaltet keine homogene interne Struktur. Die überschüssigen Mikrohohlräume werten die dielektrische Belastbarkeit ab, was zu schlechter Performance führt.
2.4 EMV Überlegungen
Hochspannungsleiterplatten sind für das Emittieren von Störungen im weiten Spektrum berüchtigt.
Die wichtigste Sache zur Minimierung dieser ist das Vorhandensein eines Schleifenbereichs und ein umfangreiches Wege nähen zur Grundfläche, wann immer möglich.
Zusätzlich können die Hochspannungskomponenten eingetopft und anschließend mit einem Metallblatt abgeschirmt werden.
Abbildung 4: Eine Platte mit umfangreichem Via nähen.
3、Komponentenauswahl
3.1 Hochfrequenztransformatoren
Die meisten Hochspannungsleiterplatten werden meist alle einen Wechselmodus-Schaltkreis samt Transformator zur Erzeugung der Hochspannung beinhalten. In diesen Fällen müssen Sie sich nach dem Kern-Isolationsgrad des Transformators richten.
Bezüglich des Leiterplattenlayouts sollte die Grundfläche idealerweise zwischen der ersten und zweiten seite trennen. Es sollte eine große Isolationslücke mit Ausschnitten auf der Platte zwischen den ersten und zweiten Seiten vorhanden sein.
3.2 Mosfets/Transistoren/Schalter
Die meiste Zeit über befinden sich die Hochspannungsgeräte in der korrekten Verpackung, bewertet zum Widerstehen der Hochspannung zwischen den Steigungen.
Selbst dann stellt es eine gute Methode dar, das Gerät mit dem höchsten Stiftabstand, wenn Sie wissen, dass die Spannung etwas hoch ausfallen würde. Ein gewöhnliches Beispiel wäre das Nehmen eines TO-247-Gerätes anstelle eines TO-220, wenn es keine Platzbegrenzungen gibt. Gleiche Beispiele können ebenso auf gleiche SMD-Geräte angewendet werden.
Abbildung 5: Transistoren mit verschiedenen Gehäusen
3.3 Passive Komponenten
Bei der Auswahl passiver Komponenten ist die Größe der Komponenten entscheidend, das da diese direkt von der Spannung abhängig sind, die diese tolerieren können. Also sagen wir, der Entwurf besitzt 300V zwischen einem SMD-Widerstand. Dann wäre es deutlich besser, ein Gehäuse wie 1206 anstelle von 0402 auszuwählen. Es ist oft erforderlich, mehrere solcher Komponenten in Reihe zu schalten, um Spannungsschwankungen zwischen ihnen zu vermeiden.
4、Spezielle Platteneigenschaften
4.1 Isolationssteckplätze und Ausschnitte
Die meisten Hochspannungsleiterplatten erfordern Isolationssteckplätze und Plattenausschnitte nahe jedes Plattenbereichs, der Starkstrom führt.
In vielen Verbrauchergeräten wie Ladegeräten und Netzteilen sind diese Steckplätze und Ausschnitte Pflicht, um gewisse Sicherheitssandards zu erfüllen. Diese Eigenschaften fügen eine Extraschicht Sicherheit hinzu und sind hilfreich in hoch-feuchten Umgebungen und in Fällen, wo Verschmutzung wahrscheinlich ist.
Isolationssteckplätze und Ausschnitte müssen für gewöhnlich auf einer mechanischen Schicht der Platte definiert werden.
4.2 Plattenmaterial
Standard R4 stellt kein gutes Material für Hochspannungsleiterplatten dar aufgrund von dessen geringen Spannungsfestigkeit.
Sollten die Kosten keine Beschränkung darstellen, ist es besser, sich für ein Material mit höherer Spannungsfestigkeit zu entscheiden. Einige der als Hochspannungsmaterialien bewerteten Materialien sind:
1.BT Epoxid
2.Polyimid
3.Isola
4.3 Plattenfertigstellung
Der am häufigsten unterschätzte Faktor bei Hochspannungsleiterplatten ist die Plattenfertigstellung. Dies beinhaltet hauptsächlich die Oberflächenbeschaffenheit auf den Pads und jegliche offene Spuren. Grundsätzlich sollte die fertige Platte eine glatte Oberfläche ohne jegliche Beulen besitzen und eben entlang der gesamten Oberfläche ausfallen.
Jegliche Unvollkommenheiten bei den Hochspannungskissen, so wie beispielsweise spitze Punkte können zu einem Bereich mit einem hohen elektrischen Feld führen, was wiederum zu Wölbung führen kann.
5、Was OurPCB bietet
Schnelle Umschlagszeit
Wir haben eine super schnelle Umschlagszeit von nur 24 Stunden für zweischichtige Platten und nur 48 Stunden für vierschichtige Platten. Dies ist einer der wichtigsten Faktoren für Technikerteams, die schnell Prototypenplatten austesten wollen.
Große Auswahl an Optionen
Für die Plattenherstellung besitzt OurPCB eine weite Auswahl verschiedener Parameter. Dies beinhaltet die Art des Leiterplattenmaterials, welches Sie verwenden wollen, die Oberflächenbehandlung, zusammen mit Möglichkeiten zum Hinzufügen einzigartiger Identifizierer für Ihre Platten.
OurPCB kann ebenfalls Platten mit bis zu 32 Schichten anfertigen.
Onlinesystem Kostenvoranschlag
Zu guter Letzt besitzt OurPCB ein Onlinesystem für Kostenvoranschläge, welche automatisch den Preis Ihrer Leiterplatte berechnet, nachdem Sie die Gerber-Dateien hochgeladen und die benötigten Daten eingegeben haben.
6、Fazit
Eine Hochspannungsleiterplatte ist etwas, was Präzision sowohl beim Plattenlayout als auch in den Herstellungsstadien erfordert. Wenn Sie alle Regeln und gängigen Praktiken bezüglich Hochdruckregeln befolgen, dann haben Sie gute Aussichten auf eine funktionierende Platte mit langer Lebensdauer.
OurPCB bietet die perfekte Balance zwischen Preis und Qualität und eine Vielzahl and Herstellungsoptionen, die für Hochspannungsplatten geeignet sein mögen.
Für weitere Informationen, kontaktieren Sie OurPCB über deren Website:
