Diseño de PCB de alto voltaje

Quiero diseñar una PCB de 4 capas con los siguientes niveles de voltaje. TIERRA, 5V, 3.3V y 80V. En el circuito hay algunos MOSFET que funcionan con 3,3 V y un interruptor MOSFET de 80 V (la corriente requerida es un nivel muy bajo de uA). Lo que hace que, en general, en la placa de circuito impreso, haya señales de 80 V y 3,3 V cerca una de la otra (en algunos lugares, menos de 20 milésimas de pulgada).

Para la protección mantuve 80V en la capa inferior. Y los otros niveles de voltaje y señales están en la capa superior y segunda. Y mantengo la tercera capa completamente molida.

Traté de representar el diseño con la imagen simple a continuación.

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Ahora me preocupa el voltaje de ruptura de CC en algún lugar de mi PCB. Para un circuito de este tipo, donde se usa un voltaje diferente de alto y bajo, no tengo mucha experiencia. No estoy seguro acerca de mi estructura, ¿es lo suficientemente segura? ¿Hay algún artículo o fuente donde pueda encontrar información útil sobre este tema? ¿Tiene algún consejo para un diseño de PCB de este tipo? Si hay falta de información requerida para la pregunta por favor pregunte.

No olvide que las vías van hasta el final. Entonces, donde sea que tenga una vía que conecte las capas 1 y 2, eso también pasará a la capa 4 y requerirá un espacio libre.

Respuestas (3)

La separación de alto voltaje es un tema complejo. Demasiados factores y estándares a considerar.

En su caso, seguiría el "Estándar genérico en circuito de placa impresa" IPC-2221A. Según la tabla 6-1. "Espaciado de conductores eléctricos" para una diferencia de 80V entre conductores tenemos:

Capas internas --> 0,1 mm (3,9 mils)

Capas externas sin recubrimiento -->0,6 mm (24 mils)

Capas externas recubiertas --> 0,13 mm (5 mils)

IPC-2221A es un estándar propietario y no puedo reproducir la tabla completa aquí.

Estos números no son obligatorios, solo indican una autorización mínima. Yo usaría números más grandes.

Nótese, como se ha dicho antes, las vías de alta potencia. Deben mantener la holgura en el lado de "baja tensión".

La acumulación me parece bastante sensata, pero tenga en cuenta los pines en los componentes THT de alta potencia. Deberían mantener la autorización.

La separación de 20 mils entre los 80 V y otras señales de bajo voltaje o GND no es suficiente espacio libre. Recientemente realicé un trabajo de diseño de PCB que tiene un riel de alimentación de 84V. He tenido que asegurarme de que las distancias entre cualquier red de 84 V y otras señales superen los 47 mils y preferiblemente incluso más. Puedo referirme a alguna información de respaldo sobre esta cantidad de autorización, pero no tengo acceso a esta información en este momento. (Volveré y actualizaré mañana).

En mi caso, también tomé el curso de acción para poner toda la capa de 84V y rastrear las conexiones en una capa interna. El razonamiento para hacer esto fue porque la máscara de soldadura es bastante delgada y se puede rayar fácilmente y exponer el alto voltaje en las capas externas a posibles cortocircuitos. También tuve que preocuparme un poco más por esto porque el riel de 84 V en este diseño tiene que admitir AMPS en lugar de uA.

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Aquí está la información que prometí con respecto a las pautas de autorización de PCB. En esa página hay una pequeña calculadora ingeniosa que ayuda con las autorizaciones de rastreo recomendadas.

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Sin embargo, las capas internas tienen capacidades de manejo de corriente mucho más bajas, ¿usó pistas muy gruesas? ¿O los vertidos de cobre?
Mi avión de 84 V era un avión completo con los recortes de cobre necesarios para proporcionar espacios libres alrededor de elementos como vías y conductores de conectores de orificio pasante. La placa con las capas de alimentación interna también se está construyendo con cobre extra grueso en cada capa. El cobre extra grueso también exige espacios libres bastante amplios, incluso para las líneas de señal normales y las conexiones de bajo voltaje.
Edité la respuesta con información adicional sobre las pautas de autorización.

El voltaje de ruptura de FR4 es más de 300 V/mil. La fuga (espacios libres en la superficie) puede ser más preocupante, especialmente si la PCB puede estar en un mal ambiente (polvo + humedad, por ejemplo, o moho).

Si es posible, coloque conductores de "protección" conectados a tierra entre trazas de 80 V y trazas de 3,3 V si tienen que estar adyacentes en una superficie, y trate de limitar la corriente en la línea de 80 V antes de tener trazas cercanas u otro espacio estrecho de cobre a cobre. .

Aquí hay un buen manual sobre el diseño de PCB de voltaje medio y alto (aunque su aplicación se encuentra en el rango de bajo voltaje , por lo que no es directamente aplicable). Obviamente, puedes olvidarte de corona, por ejemplo.

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