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浪涌方案中PCB布线要点解析

浪涌方案中PCB布线要点解析
一、注意PCB布线中设计浪涌电流的大小

在测试的时候,经常会碰到原先设计的 PCB 无法满足浪涌的需求。一般工程师设计的时候,只考虑到了系统功能性的设计,比如系统实际工作时只需承载1A 的电流,设计时就按这个去设计,但有可能系统需要的浪涌设计,瞬态浪涌电流要达到3KA(1.2/50us&8/20us),那么现在我按1A的实际工作电流去设计的话,是否可以达到上述瞬态浪涌的能力了?实际有经验的工程是告诉我们这是不可能的,那么怎么办才好?下面有一个计算的方式可以作为PCB布线承载瞬间电流的一个依据:

例如:0.36mm宽度的1oz铜箔,厚度35um的线条中一个40us矩形电流浪涌,zui大浪涌电流约为580A。如果要做一个5KA(8/20us) 的防护设计,那么前端的PCB 布线的合理应该是2 oz铜箔0.9mm宽度.为安全器件可以将宽度适当放宽。

二、注意浪涌端口元器件布局时应有的安全间距

浪涌端口的设计除了我们要按正常的工作电压设计的安全间距外,我们还要考虑瞬态浪涌的安全间距。

关于正常工作电压设计时的安全间距我们可以参考UL60950的相关规范。另外我们以UL在UL796标准中规定了印制线路板耐压的测试标准是40V/mil或1.6KV/mm。这一数据指导在PCB导线之间设置能够承受Hipot的耐压试验的安全间距非常有用。

举例,根据60950-1表5B的规定,500V的工作电压之间的导体应该要满足1740Vrms的耐压试验,而1740Vrms的峰值应该是1740X1.414=2460V。根据40V/mil的设置标准, 可以计算出PCB两导体之间的间距应该不小于2460/40=62mil或1.6mm。

而浪涌除了上面正常的注意事外,还要注意施加浪涌的大小,和保护器件的特性来增加安全间距,以1.6mm的间距计算,其zui大截止的爬电电压为2460V,如果我们浪涌的电压高达6KV,甚至是12KV ,那么这个安全间距是否增加要取决于浪涌过压保护器件的特性,这也是我们工程师经常在实验遇到浪涌爬电时巨大的响声。

以陶瓷放电管为例,在要求1740V的耐压时,我们选择的器件应该是2200V的,而他在上述浪涌的情况下,其放电的尖峰电压高达4500V,此时按照上面的计算方式,我们的安全间距是:4500/1600*1mm=2.8125mm.

三、注意PCB中过压防护器件的位置

防护器件的位置主要设置在被保护端口的前端位置,特别是该端口具有多个分支或者回路的时候,如果设置旁路或者是靠后的位置,其保护的效果性能将大大减小。现实中我们有时候因为位置不够,或者为了布局的美观性,这些问题时常被遗忘。

四、注意大电流回流路径

大电流回流路径一定要靠近电源地或者是外壳的大地,路径越长,回流阻抗越大,瞬态电流引起的地电平升高的幅度就越大,这个电压对诸多芯片的影响是极大的,同时也是系统复位、锁死的真凶。

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