PCB Layout爬電距離、電氣間隙的確定

摘要

爬電距離：沿絕緣表面測(cè)得的兩個(gè)導(dǎo)電零部件之間或?qū)щ娏悴考c設(shè)備防護(hù)界面之間的最短路徑。

電氣間隙：在兩個(gè)導(dǎo)電零部件之間或?qū)щ娏悴考c設(shè)備防護(hù)界面之間測(cè)得的最短空間距離。即在保證電氣性能穩(wěn)定和安全的情況下，通過空氣能實(shí)現(xiàn)絕緣的最短距離。

一般來說，爬電距離要求的數(shù)值比電氣間隙要求的數(shù)值要大，布線時(shí)須同時(shí)滿足這兩者的要求（即要考慮表面的距離，還要考慮空間的距離），開槽（槽寬應(yīng)大于1mm）只能增加表面距離即爬電距離而不能增加電氣間隙，所以當(dāng)電氣間隙不夠時(shí)，開槽是不能解決這個(gè)問題的，開槽時(shí)要注意槽的位置、長(zhǎng)短是否合適，以滿足爬電距離的要求。

元件及PCB 的電氣隔離距離：（電氣隔離距離指電氣間隙和爬電距離的綜合考慮）對(duì)于Ⅰ類設(shè)備的開關(guān)電源,在元件及PCB 板上的隔離距離如下：（下列數(shù)值未包括裕量）。

a、對(duì)于AC—DC 電源（以不含有PFC 電路及輸入額定電壓范圍為100-240V～為例）

b、對(duì)于AC—DC 電源（以含有PFC 電路及輸入額定電壓范圍為100-240V～為例）

c、對(duì)于DC—DC 電源（以輸入額定電壓范圍為36-76V 為例）

一、變壓器內(nèi)部的電氣隔離距離

變壓器內(nèi)部的電氣隔離距離是指變壓器兩邊的擋墻寬度的總和，如果變壓器擋墻的寬度為3mm，那么變壓器的電氣隔離距離值為6mm（兩邊的擋墻寬度相同）。如果變壓器沒有擋墻，那么變壓器的隔離距離就等于所用膠紙的厚度。另外，對(duì)于AC-DC 電源，變壓器初、次間繞組應(yīng)用三層膠紙隔離，DC-DC 電源，可只用二層膠紙隔離。下列數(shù)值未包括裕量：

注：變壓器的引腳如果沒有套上絕緣套管，那么在引腳處的隔離距離可能也僅為膠紙加擋墻的厚度，所以變壓器的引腳需要套上絕緣套管且套管要穿過擋墻。

空間距離(Creepage distance):在兩個(gè)導(dǎo)電組件之間或是導(dǎo)電組件與物體界面之間經(jīng)由空氣分離測(cè)得最短直線距離。

沿面距離(clearance):沿絕緣表面測(cè)得兩個(gè)導(dǎo)電組件之間或是導(dǎo)電組件與物體界面之間的最短距離。

沿面距離(clearance)不滿足標(biāo)準(zhǔn)要求距離時(shí)：PCB 板上可采取兩個(gè)導(dǎo)電組件之間開槽的方法，導(dǎo)電組件與外殼、可觸及部分之間距離不夠，則可將導(dǎo)電組件用絕緣材料包住。

將導(dǎo)電組件用絕緣材料包住既解決了空間距離(Creepage distance)也解決了沿面距離(clearance)問題，此方法一般用在電源板上變壓器和周邊組件之間距離不夠時(shí)，將變壓器包住。另外可在不影響產(chǎn)品功能的情況下適當(dāng)降低兩導(dǎo)體之間的電壓差。

二、電氣間隙的決定

根據(jù)測(cè)量的工作電壓及絕緣等級(jí)，即可決定距離。一次側(cè)線路之電氣間隙尺寸要求，見表3 及表4。二次側(cè)線路之電氣間隙尺寸要求通常：一次側(cè)交流部分：保險(xiǎn)絲前L—N≥2.5mm，L.N PE（大地）≥2.5mm，保險(xiǎn)絲裝置之后可不做要求，但盡可能保持一定距離以避免發(fā)生短路損壞電源。一次側(cè)交流對(duì)直流部分≥2.0mm。一次側(cè)直流地對(duì)大地≥2.5mm （一次側(cè)浮接地對(duì)大地）。一次側(cè)部分對(duì)二次側(cè)部分≥4.0mm，跨接于一二次側(cè)之間之元器件。二次側(cè)部分之電隙間隙≥0.5mm 即可。二次側(cè)地對(duì)大地≥1.0mm 即可。

附注：決定是否符合要求前，內(nèi)部零件應(yīng)先施于10N 力，外殼施以30N 力，以減少其距離，使確認(rèn)為最糟情況下，空間距離仍符合規(guī)定。

三、爬電距離的決定

通常：（1）一次側(cè)交流部分：保險(xiǎn)絲前L—N≥2.5mm，L.N 大地≥2.5mm，保險(xiǎn)絲之后可不做要求，但盡量保持一定距離以避免短路損壞電源。（2）一次側(cè)交流對(duì)直流部分≥2.0mm。（3）一次側(cè)直流地對(duì)地≥4.0mm ，如一次側(cè)地對(duì)大地。（4）一次側(cè)對(duì)二次側(cè)≥6.4mm，如光耦、Y 電容等元器零件腳間距≤6.4mm 要開槽。（5）二次側(cè)部分之間≥0.5mm 即可。（6）二次側(cè)地對(duì)大地≥2.0mm 以上。（7）變壓器兩級(jí)間≥8.0mm 以上。

四、絕緣穿透距離

應(yīng)根據(jù)工作電壓和絕緣應(yīng)用場(chǎng)合符合下列規(guī)定：——對(duì)工作電壓不超過50V（71V 交流峰值或直流值），無厚度要求；——附加絕緣最小厚度應(yīng)為0.4mm；——當(dāng)加強(qiáng)絕緣不承受在正常溫度下可能會(huì)導(dǎo)致該絕緣材料變形或性能降低的任何機(jī)械應(yīng)力時(shí)的，則該加強(qiáng)絕緣的最小厚度應(yīng)為0.4mm；如果所提供的絕緣是用在設(shè)備保護(hù)外殼內(nèi)，而且在操作人員維護(hù)時(shí)不會(huì)受到磕碰或擦傷，并且屬于如下任一種情況，則上述要求不適用于薄層絕緣材料，不論其厚度如何；——對(duì)附加絕緣，至少使用兩層材料，每一層材料都能通過對(duì)附加絕緣的抗電強(qiáng)度試驗(yàn)；——由三層材料構(gòu)成的附加絕緣，其中任意兩層材料的組合都能通過附加絕緣的抗電強(qiáng)度試驗(yàn)；——對(duì)加強(qiáng)絕緣，至少使用兩層材料，每一層材料都能通過對(duì)加強(qiáng)絕緣的抗電強(qiáng)度試驗(yàn)；——由三層絕緣材料構(gòu)成的加強(qiáng)絕緣，其中任意兩層材料的組合都能通過加強(qiáng)絕緣的抗電強(qiáng)度試驗(yàn)。

五、有關(guān)于布線工藝注意點(diǎn)

如電容等平貼元件，必須平貼，不用點(diǎn)膠。如兩導(dǎo)體在施以10N 力可使距離縮短，小于安規(guī)距離要求時(shí)，可點(diǎn)膠固定此零件，保證其電氣間隙。有的外殼設(shè)備內(nèi)鋪PVC 膠片時(shí)，應(yīng)注意保證安規(guī)距離（注意加工工藝）零件點(diǎn)膠固定注意不可使PCB 板上有膠絲等異物。在加工零件時(shí)，應(yīng)不引起絕緣破壞。

六、有關(guān)于防燃材料要求

熱縮套管V—1 或VTM—2 以上，PVC 套管V—1 或VTM—2 以上。鐵氟龍?zhí)坠躒—1 或VTM—2 以上，塑膠材質(zhì)如硅膠片，絕緣膠帶V—1 或VTM—2 以上PCB 板94V—1 以上。

七、有關(guān)于絕緣等級(jí)

（1）工作絕緣：設(shè)備正常工作所需的絕緣。（2）基本絕緣：對(duì)防電擊提供基本保護(hù)的絕緣。（3）附加絕緣：除基本絕緣以外另施加的獨(dú)立絕緣，用以保護(hù)在基本絕緣一旦失效時(shí)仍能防止電擊。（4）雙重絕緣：由基本絕緣加上附加絕緣構(gòu)成的絕緣。（5）加強(qiáng)絕緣：一種單一的絕緣結(jié)構(gòu)，在本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的條件下，其所提供的防電擊的保護(hù)等級(jí)相當(dāng)于雙重絕緣。

八、爬電距離的確定

首先需要確定絕緣的種類：基本絕緣：一次電路與保護(hù)地。工作絕緣① ：一次電路內(nèi)部，二次電路內(nèi)部。工作絕緣② ：輸入部分（輸入繼電器之前）內(nèi)部，二次電路與保護(hù)地。加強(qiáng)絕緣：一次電路與二次電路；輸入部分與一次電路；充電板輸出與內(nèi)部線路再查看線路，確定線路之間的電壓差。表一：爬電距離最后，從下表中查出對(duì)應(yīng)的爬電距離。表二爬電距離（適用于基本絕緣、工作絕緣② 、加強(qiáng)絕緣）

九、電氣間隙的確定

首先需要確定絕緣的種類：基本絕緣：一次電路與保護(hù)地。工作絕緣① ：一次電路內(nèi)部，二次電路內(nèi)部。工作絕緣② ：輸入部分（輸入繼電器之前）內(nèi)部，二次電路與保護(hù)地。加強(qiáng)絕緣：一次電路與二次電路；輸入部分對(duì)一次電路；充電板輸出與內(nèi)部電路再查看線路，確定線路之間的電壓差。最后，從下表中查出對(duì)應(yīng)的電氣間隙。表三電氣間隙（適用于一次電路與二次電路間、一次電路內(nèi)、輸入電路、輸入電路與其他電路）

表四電氣間隙（適用于二次電路內(nèi)）

十、設(shè)定爬電距離及電氣間隙的基本步驟

1、確定電氣間隙步驟確定工作電壓峰值和有效值；確定設(shè)備的供電電壓和供電設(shè)施類別；根據(jù)過電壓類別來確定進(jìn)入設(shè)備的瞬態(tài)過電壓大??；'確定設(shè)備的污染等級(jí)（一般設(shè)備為污染等級(jí)2）；確定電氣間隙跨接的絕緣類型（功能絕緣、基本絕緣、附加絕緣、加強(qiáng)絕緣）。

2、確定爬電距離步驟確定工作電壓的有效值或直流值；確定材料組別（根據(jù)相比漏電起痕指數(shù)，其劃分為：Ⅰ組材料，Ⅱ組材料，Ⅲa組材料, Ⅲb 組材料。注：如不知道材料組別，假定材料為Ⅲb 組）；確定污染等級(jí)；確定絕緣類型（功能絕緣、基本絕緣、附加絕緣、加強(qiáng)絕緣）。

3、確定電氣間隙要求值根據(jù)測(cè)量的工作電壓及絕緣等級(jí)，查表（ 4943：2H 和2J 和2K，60065-2001表：表8 和表9 和表10） 檢索所需的電氣間隙即可決定距離；作為電氣間隙替代的方法，4943 使用附錄G 替換，60065-2001 使用附錄J 替換。GB 8898-2001：電器間隙考慮的主要因素是工作電壓，查圖9 來確定。（對(duì)和電壓有效值在220-250V 范圍內(nèi)的電網(wǎng)電源導(dǎo)電連接的零部件，這些數(shù)值等于354V峰值電壓所對(duì)應(yīng)的那些數(shù)值：基本絕緣3.0mm ,加強(qiáng)絕緣6.0mm）

4、確定爬電距離要求值根據(jù)工作電壓、絕緣等級(jí)及材料組別，查表(GB 4943 為表2L，65-2001 中為表11）確定爬電距離數(shù)值，如工作電壓數(shù)值在表兩個(gè)電壓范圍之間時(shí)，需要使用內(nèi)差法計(jì)算其爬電距離。GB 8898-2001 其判定數(shù)值等于電氣間隙，如滿足下列三個(gè)條件，電氣間隙和爬電距離加強(qiáng)絕緣可減少2mm,基本絕緣可減少1mm：1）這些爬電距離和電氣間隙會(huì)受外力而減小，但它們不處在外殼的可觸及導(dǎo)電零部件與危險(xiǎn)帶電零部件之間；2）它們靠剛性結(jié)構(gòu)保持不變；3）它們的絕緣特性不會(huì)因設(shè)備內(nèi)部產(chǎn)生的灰塵而受到嚴(yán)重影響。注意：但直接與電網(wǎng)電源連接的不同極性的零部件間的絕緣，爬電距離和電氣間隙不允許減小?；窘^緣和附加絕緣即使不滿足爬電距離和電氣間隙的要求，只要短路該絕緣，設(shè)備仍滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，則是可以接受的（ 8898 中4.3.1 條）。GB 4943 中只有功能絕緣的電氣間隙和爬電距離可以減小，但必須滿足標(biāo)準(zhǔn)5.3.4 規(guī)定的高壓或短路試驗(yàn)。

5、確定爬電距離和電氣間隙注意可動(dòng)零部件應(yīng)使其處在最不利的位置；爬電距離值不能小于電氣間隙值；承受了機(jī)械應(yīng)力試驗(yàn)。