Comentarios sobre las prácticas de aislamiento en una placa de circuito impreso de 5 V/red

Actualmente estoy diseñando una PCB para un proyecto que incluye el control PID de un calentador. El calentador funciona con la red eléctrica (220 V) y se controla mediante conmutación de cruce por cero para regular la potencia y minimizar EMI y THD. Ya diseñé múltiples PCB, también con red, pero nunca con voltajes bajos y altos en la misma placa. Por ahora ingrese la descripción de la imagen aquítengo un prototipo de diseño, donde hice las siguientes consideraciones de seguridad:

  • separación estricta (HV, lado izquierdo - LV, lado derecho, vea la línea en la capa de seda superior)
  • conexión HV-LV solo a través de optotransistor/-triac (U1 y U2) y un convertidor de conmutación U6 que incluye un transformador de aislamiento
  • mayor protección con MOV(R6), fusible (F1) y uso de un triac sin amortiguador Q1
  • los planos de cobre de la parte LV comienzan solo después de que el último todo se convierte a LV

Como realmente no tengo limitaciones de espacio, diseñé todo con mucha claridad (la cuadrícula es de 1 mm) y usé trazas de 2 mm para las líneas eléctricas de CA. Luego, el PCB se monta en una caja de metal conectada a PE o en una sin material de aislamiento. Mi principal preocupación es que hay tres enchufes JST en el lado de LV (U4,7,8) que se conectan a codificadores rotatorios, pantallas, etc., que son accesibles para el usuario. Si bien confío en el aislamiento de la placa de circuito impreso, todavía quería obtener una segunda versión del diseño, especialmente en lo que respecta a las conexiones a las funciones accesibles para el usuario. ¿Hay consideraciones adicionales que hacer en este caso?

¡Se agradece cualquier comentario sobre cualquier parte del diseño!

¿Qué dispositivos son U1, U2 y U6? Consideraría tratar a N con la tierra con el mismo respeto que tratas a L con la tierra.
¿La ubicación y el diseño de terminales de P1 y P2 son fijos? ¿O puedes moverlos un poco y podrías intercambiar L y N en uno?
No, P1 y P2 no son fijos, ¿los colocaría más separados? Sí, podría cambiarlo por uno (supongo que lo haría por pistas más cortas), pero la L de P1 todavía necesita pasar por el fusible.

Respuestas (2)

Tengo los siguientes comentarios sobre su diseño, clasificados aproximadamente por importancia:

  • Su rastro de PE es demasiado delgado. En el caso de un cortocircuito a tierra vivo aguas abajo de su tablero, corre el riesgo de vaporizar este rastro antes de que se dispare el fusible o un interruptor / GFCI. Desea trazas de red lo más cortas y gruesas posible; de estos PE es el más importante para la seguridad.
  • Podría aumentar la separación entre las diferentes trazas de red. El aislamiento HV - LV es la máxima prioridad, pero L-PE y N-PE también son importantes, y si puede manejarlo, la separación de LN también es buena. Apuntaría a un espacio libre de al menos 4 mm siempre que sea posible. Me doy cuenta de que eso no es posible en todas partes, pero hay espacio para mejorar.
  • Considere hacer una ranura en la PCB debajo de U1 y U2, entre el lado HV y LV. Esto aumenta aún más la fuga entre HV y LV.
  • Mantenga los rastros de la red lo más cortos y gruesos posible; para mantener baja la resistencia. En caso de falla, desea una resistencia baja para que un disyuntor/fusible se dispare de manera decisiva. Use trazas superiores e inferiores si corresponde. Tu trazo L es demasiado largo para mi gusto. Mantener los rastros cortos también ayuda con EMI. Priorizaría mantener los rastros "en la ruta de alimentación" (entre P1, P2, F1, Q1, R6) sobre aquellos "en la ruta de la señal" (que se ocupan de R1, R4, R5, U1, U2).
  • La holgura entre los pines de Q1 es particularmente baja. Me gusta usar una huella con las almohadillas más separadas y extender las patas del triac antes de soldar. Véase, por ejemplo, esta respuesta .
  • ¿Está utilizando grandes huellas para R1 y R5 para el espacio libre y la disipación de energía? También puede usar varias resistencias más pequeñas en serie para lograrlo. Use resistencias de valor similar, suponga que el voltaje se distribuye por igual sobre ellos para que pueda agregar sus clasificaciones de voltaje y reducir generosamente. Como un factor 3 más o menos.
Hola marcel, gracias por tu comentario! Definitivamente voy a volver a visitar el pcb con sus comentarios en mente. Especialmente el espacio libre del paquete TO220, también me pareció muy pequeño para empezar... R1 y R5 son para limitación de corriente y toman alrededor de 0.57W continuos cada uno (27kOhms cada uno) y los tengo clasificados para 2W. Pensé que esto sería suficiente. Además, no los quería demasiado pequeños, así que todavía puedo soldarlos fácilmente.

Imprimí PCB con división HV/LV y en su mayoría evité el problema superando con creces los requisitos de espacio libre/fuga y usé un transformador de aislamiento. Estoy seguro de que ya has buscado las distancias, pero aquí hay una referencia:

https://www.smpspowersupply.com/ipc2221pcbclearance.html

Además, si le preocupa que los picos exploten su equipo y vuelvan al usuario, puede agregar un fusible en línea donde entra el HV y luego un tiristor a tierra directamente después para desviar el fusible a tierra si hay un pico. Quemará el fusible para aislar el circuito.

Hola Kent, ¡gracias por tus comentarios! Para capturar picos de voltaje, ya coloqué un varistor en la entrada y hay un fusible en línea (f1), pero también es para la carga, por lo que probablemente sea alrededor de 10A-16A. Sin embargo, no estoy muy seguro de cómo se ve su combinación de fusible-tiristor, ¡pero me encantaría escuchar algo de elaboración!
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