Pourquoi acheminer les entrefers pour l'isolation de la tension sur les PCB?

En apprenant la conception de circuits imprimés pour les alimentations, je vois souvent des cartes avec des espaces routés pour séparer les sections basse et haute tension de la disposition.

Pourquoi se donner la peine de router un entrefer lors de la gravure du cuivre devrait créer le même niveau d'isolement? La tension de claquage de l'air est-elle beaucoup plus élevée que FR4?

Je suppose que ces lacunes sont utilisées pour éviter les situations où le cuivre ne peut pas être gravé parfaitement.

Conception de PCB haute tension

Conception de PCB haute tension pour la prévention des arcs

Quelques raisons pour lesquelles:

1. Lorsque l'arc survient, il peut provoquer une carbonisation (alias "brûlure") sur la surface du PCB. Cela pourrait entraîner un court-circuit permanent. Il s'agit également de dommages irréversibles, contrairement à l'arc dans l'air (sauf en cas de problème). Ce serait particulièrement mauvais si une seule pointe haute tension créait un court-circuit permanent, alors toute source de tension "de bas niveau" aurait toujours un chemin de faible impédance disponible.
2. Vous avez la possibilité d'installer un écran à rigidité diélectrique élevée (quelque chose de bien meilleur que FR4 / soldermask, et meilleur que l'air).
3. La poussière / saleté peut s'accumuler sur la surface d'un panneau, ce qui réduit la rigidité diélectrique. Pas autant de problème (bien que cela puisse toujours être un problème) si cette surface n'est tout simplement pas là.
4. Dans le deuxième lien, ils ont fait des expériences où l'humidité avait un effet drastique sur la tension de claquage du soldermask, et un effet plus petit (mais potentiellement encore significatif) sur une fente. Leur meilleur résultat a été de retirer le masque de soldat et de couper une fente (aucun impact significatif sur les performances).
5. Toutes les erreurs de fuite involontaires seront supprimées par le routeur, bien que cela devrait vraiment être pris en compte lors de la conception, en particulier avec la CAO moderne. Le PCB peut ne pas fonctionner correctement si les pistes ont des circuits ouverts inattendus, et rendre une piste à courant élevé plus petite pourrait causer d'autres problèmes: P
6. Le dégagement d'air requis semble être plus petit que la ligne de fuite de surface requise.

Un aperçu rapide de certaines tables de lignes de fuite / de dégagement:

table de dégagement III

table de ligne IV

semble confirmer que creepage distance> clearance distance, en particulier avec des degrés de pollution plus élevés.

Le degré de pollution est une mesure de la façon dont l'environnement pourrait affecter votre PCB. Voir: Design for Dust .

Description des différents degrés de pollution (tableau 1):

1. Pas de pollution ou seulement une pollution sèche et non conductrice, qui n'a aucune influence sur la sécurité. Vous pouvez atteindre le degré de pollution 1 grâce à l'encapsulation ou à l'utilisation de composants hermétiquement scellés ou au revêtement conforme de PCB.
2. Pollution non conductrice où une condensation temporaire occasionnelle peut se produire. Il s'agit de l'environnement le plus courant et est généralement requis pour les produits utilisés dans les maisons, les bureaux et les laboratoires.
3. Pollution conductrice ou pollution sèche non conductrice, qui pourrait devenir conductrice en raison de la condensation attendue. Cela s'applique généralement aux environnements industriels. Vous pouvez utiliser des boîtiers de protection d'entrée (IP) pour atteindre le degré de pollution 3.
4. Pollution qui génère une conductivité persistante, telle que la pluie, la neige ou la poussière conductrice. Cette catégorie s'applique aux environnements extérieurs et n'est pas applicable lorsque la norme de produit spécifie une utilisation en intérieur.

Un entrefer a un niveau de claquage beaucoup plus élevé que les surfaces non cuivrées sur une carte de circuit imprimé. Il y a deux mécanismes en jeu - l'entrefer physique (dégagement) et ce qu'on appelle le «suivi» sur les surfaces des PCB (ligne de fuite).

Distance de fuite. Le fluage est le chemin le plus court entre deux parties conductrices (ou entre une partie conductrice et la surface limite de l'équipement) mesuré le long de la surface de l'isolant. Une ligne de fuite appropriée et adéquate protège contre le suivi, un processus qui produit un chemin partiellement conducteur de détérioration localisée à la surface d'un matériau isolant à la suite des décharges électriques sur ou à proximité d'une surface isolante. Le degré de suivi requis dépend de deux facteurs principaux: l'indice de suivi comparatif (CTI) du matériau et le degré de pollution dans l'environnement.

et,

Distance de dégagement. Le dégagement est la distance la plus courte entre deux parties conductrices (ou entre une partie conductrice et la surface limite de l'équipement) mesurée dans l'air. La distance de dégagement permet d'éviter la rupture diélectrique entre les électrodes causée par l'ionisation de l'air. Le niveau de claquage diélectrique est en outre influencé par l'humidité relative, la température et le degré de pollution de l'environnement.

Comme exemple pratique de l'entrefer sur la distance du PCB, j'ai conçu un bloc d'alimentation haute tension (50kV cc). Les étages de sortie étaient des tripleurs de diodes (sans importance pour cet exemple) mais le PCB qui montait les diodes et les condensateurs qui prenait 6kV et le transformait en 50kV devait avoir de gros trous autour des composants, ainsi le "creapage" à travers le circuit imprimé ne pouvait pas faire un direct ligne droite à travers la surface du PCB, il devait plutôt tisser autour des fentes et des trous, ce qui lui a donné des capacités de tension de claquage nettement plus élevées.

Il y a une question similaire sur l'échange de pile ici qui a des tableaux de tensions et de lacunes pour le creapage et le dégagement.