安全距离及其相关安全要求
安全距离包括电气间隙(空间距离),爬电距离(沿面距离)和绝缘穿透距离
1、电气间隙:两相邻导体或一个导体与相邻电机壳表面的沿空气测量的最短距离。
2、爬电距离:两相邻导体或一个导体与相邻电机壳表面的沿绝绝缘表面测量的最短距离。
电气间隙的决定:
根据测量的工作电压及绝缘等级,即可决定距离
一次侧线路之电气间隙尺寸要求,见表3及表4
二次侧线路之电气间隙尺寸要求见表5
但通常:一次侧交流部分:保险丝前L—N≥2.5mm,L.N PE(大地)≥2.5mm,保险丝装置之后可不做要求,但尽可能保持一定距离以避免发生短路损坏电源。
一次侧交流对直流部分≥2.0mm
一次侧直流地对大地≥2.5mm (一次侧浮接地对大地)
一次侧部分对二次侧部分≥4.0mm,跨接于一二次侧之间之元器件
二次侧部分之电隙间隙≥0.5mm即可
二次侧地对大地≥1.0mm即可
附注:决定是否符合要求前,内部零件应先施于10N力,外壳施以30N力,以减少其距离,使确认为最糟情况下,空间距离仍符合规定。
爬电距离的决定:
根据工作电压及绝缘等级,查表6可决定其爬电距离
但通常:(1)、一次侧交流部分:保险丝前L—N≥2.5mm,L.N 大地≥2.5mm,保险丝之后可不做要求,但尽量保持一定距离以避免短路损坏电源。
(2)、一次侧交流对直流部分≥2.0mm
(3)、一次侧直流地对地≥4.0mm如一次侧地对大地
(4)、一次侧对二次侧≥6.4mm,如光耦、Y电容等元器零件脚间距≤6.4mm要开槽。
(5)、二次侧部分之间≥0.5mm即可
(6)、二次侧地对大地≥2.0mm以上
(7)、变压器两级间≥8.0mm以上
3、绝缘穿透距离:
应根据工作电压和绝缘应用场合符合下列规定:
——对工作电压不超过50V(71V交流峰值或直流值),无厚度要求;
——附加绝缘最小厚度应为0.4mm;
——当加强绝缘不承受在正常温度下可能会导致该绝缘材料变形或性能降低的任何机械应力时的,则该加强绝缘的最小厚度应为0.4mm。
如果所提供的绝缘是用在设备保护外壳内,而且在操作人员维护时不会受到磕碰或擦伤,并且属于如下任一种情况,则上述要求不适用于不论其厚度如何的薄层绝缘材料;
——对附加绝缘,至少使用两层材料,其中的每一层材料能通过对附加绝缘的抗电强度试验;或者:
——由三层材料构成的附加绝缘,其中任意两层材料的组合都能通过附加绝缘的抗电强度试验;或者:
——对加强绝缘,至少使用两层材料,其中的每一层材料能通过对加强绝缘的抗电强度试验;或者:
——由三层绝缘材料构成的加强绝缘,其中任意两层材料的组合都能通过加强绝缘的抗电强度试验。
4、有关于布线工艺注意点:
如电容等平贴元件,必须平贴,不用点胶
如两导体在施以10N力可使距离缩短,小于安规距离要求时,可点胶固定此零件,保证其电气间隙。
有的外壳设备内铺PVC胶片时,应注意保证安规距离(注意加工工艺)
零件点胶固定注意不可使PCB板上有胶丝等异物。
在加工零件时,应不引起绝缘破坏。
5、有关于防燃材料要求:
热缩套管 V—1或VTM—2以上;PVC套管 V—1或VTM—2以上
铁氟龙套管 V—1或VTM—2以上;塑胶材质如硅胶片,绝缘胶带V—1或VTM—2以上
PCB板 94V—1以上
6、有关于绝缘等级
(1)、工作绝缘:设备正常工作所需的绝缘
(2)、基本绝缘:对防电击提供基本保护的绝缘
(3)、附加绝缘:除基本绝缘以外另施加的独立绝缘,用以保护在基本绝缘一旦失效时仍能防止电击
(4)、双重绝缘:由基本绝缘加上附加绝缘构成的绝缘
(5)、加强绝缘:一种单一的绝缘结构,在本标准规定的条件下,其所提供的防电击的保护等级相当于双重绝缘
各种绝缘的适用情形如下:
A、操作绝缘oprational insulation
a、介于两不同电压之零件间
b、介于ELV电路(或SELV电路)及接地的导电零件间。
B、基本绝缘 basic insulation
a、介于具危险电压零件及接地的导电零件之间;
b、介于具危险电压及依赖接地的SELV电路之间;
c、介于一次侧的电源导体及接地屏蔽物或主电源变压器的铁心之间;
d、做为双重绝缘的一部分。
C、补充绝缘 supplementary insulation
a、一般而言,介于可触及的导体零件及在基本绝缘损坏后有可能带有危险电压的零件之间,如:
Ⅰ、介于把手、旋钮,提柄或类似物的外表及其未接地的轴心之间。
Ⅱ、介于第二类设备的金属外壳与穿过此外壳的电源线外皮之间。
Ⅲ、介于ELV电路及未接地的金属外壳之间。
b、做为双重绝缘的一部分
D、双重绝缘
Double insulation Reinforced insulation
一般而言,介于一次侧电路及
a、可触及的未接地导电零件之间,或
b、浮接(floating)的SELV的电路之间或
c、TNV电路之间
双重绝缘=基本绝缘+补充绝缘
注:ELV线路:特低电压电路
在正常工作条件下,在导体之间或任一导体之间的交流峰值不超过42.4V或直流值不超过60V的二次电路。
SELV电路:安全特低电压电路。
作了适当的设计和保护的二次电路,使得在正常条件下或单一故障条件下,任意两个可触及的零部件之间,以及任意的可触及零部件和设备的保护接地端子(仅对I类设备)之间的电压,均不会超过安全值。
TNV:通讯网络电压电路
在正常工作条件下,携带通信信号的电路。
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1.原理图常见错误:
(1)ERC报告管脚没有接入信号:
a. 创建封装时给管脚定义了I/O属性;
b.创建元件或放置元件时修改了不一致的grid属性,管脚与线没有连上;
c. 创建元件时pin方向反向,必须非pin name端连线。
(2)元件跑到图纸界外:没有在元件库图表纸中心创建元件。
(3)创建的工程文件网络表只能部分调入pcb:生成netlist时没有选择为global。
(4)当使用自己创建的多部分组成的元件时,千万不要使用annotate.
2.PCB中常见错误:
(1)网络载入时报告NODE没有找到:
a. 原理图中的元件使用了pcb库中没有的封装;
b. 原理图中的元件使用了pcb库中名称不一致的封装;
c. 原理图中的元件使用了pcb库中pin number不一致的封装。如三极管:sch中pin number 为e,b,c, 而pcb中为1,2,3。
(2)打印时总是不能打印到一页纸上:
a. 创建pcb库时没有在原点;
b. 多次移动和旋转了元件,pcb板界外有隐藏的字符。选择显示所有隐藏的字符, 缩小pcb, 然后移动字符到边界内。
(3)DRC报告网络被分成几个部分:
表示这个网络没有连通,看报告文件,使用选择CONNECTED COPPER查找。
另外提醒朋友尽量使用WIN2000, 减少蓝屏的机会;多几次导出文件,做成新的DDB文件,减少文件尺寸和PROTEL僵死的机会。如果作较复杂得设计,尽量不要使用自动布线。
在PCB设计中,布线是完成产品设计的重要步骤,可以说前面的准备工作都是为它而做的, 在整个PCB中,以布线的设计过程限定最高,技巧最细、工作量最大。PCB布线有单面布线、 双面布线及多层布线。布线的方式也有两种:自动布线及交互式布线,在自动布线之前, 可以用交互式预先对要求比较严格的线进行布线,输入端与输出端的边线应避免相邻平行, 以免产生反射干扰。必要时应加地线隔离,两相邻层的布线要互相垂直,平行容易产生寄生耦合。
自动布线的布通率,依赖于良好的布局,布线规则可以预先设定, 包括走线的弯曲次数、导通孔的数目、步进的数目等。一般先进行探索式布经线,快速地把短线连通, 然后进行迷宫式布线,先把要布的连线进行全局的布线路径优化,它可以根据需要断开已布的线。 并试着重新再布线,以改进总体效果。
对目前高密度的PCB设计已感觉到贯通孔不太适应了, 它浪费了许多宝贵的布线通道,为解决这一矛盾,出现了盲孔和埋孔技术,它不仅完成了导通孔的作用, 还省出许多布线通道使布线过程完成得更加方便,更加流畅,更为完善,PCB 板的设计过程是一个复杂而又简单的过程,要想很好地掌握它,还需广大电子工程设计人员去自已体会, 才能得到其中的真谛。
1 电源、地线的处理
既使在整个PCB板中的布线完成得都很好,但由于电源、 地线的考虑不周到而引起的干扰,会使产品的性能下降,有时甚至影响到产品的成功率。所以对电、 地线的布线要认真对待,把电、地线所产生的噪音干扰降到最低限度,以保证产品的质量。
对每个从事电子产品设计的工程人员来说都明白地线与电源线之间噪音所产生的原因, 现只对降低式抑制噪音作以表述:
众所周知的是在电源、地线之间加上去耦电容。
尽量加宽电源、地线宽度,最好是地线比电源线宽,它们的关系是:地线>电源线>信号线,通常信号线宽为:0.2~0.3mm,最经细宽度可达0.05~0.07mm,电源线为1.2~2.5 mm
对数字电路的PCB可用宽的地导线组成一个回路, 即构成一个地网来使用(模拟电路的地不能这样使用)
用大面积铜层作地线用,在印制板上把没被用上的地方都与地相连接作为地线用。或是做成多层板,电源,地线各占用一层。
2、数字电路与模拟电路的共地处理
现在有许多PCB不再是单一功能电路(数字或模拟电路),而是由数字电路和模拟电路混合构成的。因此在布线时就需要考虑它们之间互相干扰问题,特别是地线上的噪音干扰。
数字电路的频率高,模拟电路的敏感度强,对信号线来说,高频的信号线尽可能远离敏感的模拟电路器件,对地线来说,整人PCB对外界只有一个结点,所以必须在PCB内部进行处理数、模共地的问题,而在板内部数字地和模拟地实际上是分开的它们之间互不相连,只是在PCB与外界连接的接口处(如插头等)。数字地与模拟地有一点短接,请注意,只有一个连接点。也有在PCB上不共地的,这由系统设计来决定。
3、信号线布在电(地)层上
在多层印制板布线时,由于在信号线层没有布完的线剩下已经不多,再多加层数就会造成浪费也会给生产增加一定的工作量,成本也相应增加了,为解决这个矛盾,可以考虑在电(地)层上进行布线。首先应考虑用电源层,其次才是地层。因为最好是保留地层的完整性。
4、大面积导体中连接腿的处理
在大面积的接地(电)中,常用元器件的腿与其连接,对连接腿的处理需要进行综合的考虑,就电气性能而言,元件腿的焊盘与铜面满接为好,但对元件的焊接装配就存在一些不良隐患如:①焊接需要大功率加热器。②容易造成虚焊点。所以兼顾电气性能与工艺需要,做成十字花焊盘,称之为热隔离(heat shield)俗称热焊盘(Thermal),这样,可使在焊接时因截面过分散热而产生虚焊点的可能性大大减少。多层板的接电(地)层腿的处理相同。
5、布线中网络系统的作用
在许多CAD系统中,布线是依据网络系统决定的。网格过密,通路虽然有所增加,但步进太小,图场的数据量过大,这必然对设备的存贮空间有更高的要求,同时也对象计算机类电子产品的运算速度有极大的影响。而有些通路是无效的,如被元件腿的焊盘占用的或被安装孔、定们孔所占用的等。网格过疏,通路太少对布通率的影响极大。所以要有一个疏密合理的网格系统来支持布线的进行。
标准元器件两腿之间的距离为0.1英寸(2.54mm),所以网格系统的基础一般就定为0.1英寸(2.54 mm)或小于0.1英寸的整倍数,如:0.05英寸、0.025英寸、0.02英寸等。
6、设计规则检查(DRC)
布线设计完成后,需认真检查布线设计是否符合设计者所制定的规则,同时也需确认所制定的规则是否符合印制板生产工艺的需求,一般检查有如下几个方面:
线与线,线与元件焊盘,线与贯通孔,元件焊盘与贯通孔,贯通孔与贯通孔之间的距离是否合理,是否满足生产要求。
电源线和地线的宽度是否合适,电源与地线之间是否紧耦合(低的波阻抗)?在PCB中是否还有能让地线加宽的地方。
对于关键的信号线是否采取了最佳措施,如长度最短,加保护线,输入线及输出线被明显地分开。
模拟电路和数字电路部分,是否有各自独立的地线。
后加在PCB中的图形(如图标、注标)是否会造成信号短路。
对一些不理想的线形进行修改。
在PCB上是否加有工艺线?阻焊是否符合生产工艺的要求,阻焊尺寸是否合适,字符标志是否压在器件焊盘上,以免影响电装质量。
多层板中的电源地层的外框边缘是否缩小,如电源地层的铜箔露出板外容易造成短路。概述
本文档的目的在于说明使用PADS的印制板设计软件PowerPCB进行印制板设计的流程和一些注意事项,为一个工作组的设计人员提供设计规范,方便设计人员之间进行交流和相互检查。
2、设计流程
PCB的设计流程分为网表输入、规则设置、元器件布局、布线、检查、复查、输出六个步骤.
2.1 网表输入
网表输入有两种方法,一种是使用PowerLogic的OLE PowerPCB Connection功能,选择Send Netlist,应用OLE功能,可以随时保持原理图和PCB图的一致,尽量减少出错的可能。另一种方法是直接在PowerPCB中装载网表,选择File->Import,将原理图生成的网表输入进来。
2.2 规则设置
如果在原理图设计阶段就已经把PCB的设计规则设置好的话,就不用再进行设置
这些规则了,因为输入网表时,设计规则已随网表输入进PowerPCB了。如果修改了设计规则,必须同步原理图,保证原理图和PCB的一致。除了设计规则和层定义外,还有一些规则需要设置,比如Pad Stacks,需要修改标准过孔的大小。如果设计者新建了一个焊盘或过孔,一定要加上Layer 25。
注意:
PCB设计规则、层定义、过孔设置、CAM输出设置已经作成缺省启动文件,名称为Default.stp,网表输入进来以后,按照设计的实际情况,把电源网络和地分配给电源层和地层,并设置其它高级规则。在所有的规则都设置好以后,在PowerLogic中,使用OLE PowerPCB Connection的Rules From PCB功能,更新原理图中的规则设置,保证原理图和PCB图的规则一致。
2.3 元器件布局
网表输入以后,所有的元器件都会放在工作区的零点,重叠在一起,下一步的工作就是把这些元器件分开,按照一些规则摆放整齐,即元器件布局。PowerPCB提供了两种方法,手工布局和自动布局。2.3.1 手工布局
1. 工具印制板的结构尺寸画出板边(Board Outline)。
2. 将元器件分散(Disperse Components),元器件会排列在板边的周围。
3. 把元器件一个一个地移动、旋转,放到板边以内,按照一定的规则摆放整齐。
2.3.2 自动布局
PowerPCB提供了自动布局和自动的局部簇布局,但对大多数的设计来说,效果并不理想,不推荐使用。2.3.3 注意事项
a. 布局的首要原则是保证布线的布通率,移动器件时注意飞线的连接,把有连线关系的器件放在一起
b. 数字器件和模拟器件要分开,尽量远离
c. 去耦电容尽量靠近器件的VCC
d. 放置器件时要考虑以后的焊接,不要太密集
e. 多使用软件提供的Array和Union功能,提高布局的效率
2.4 布线
布线的方式也有两种,手工布线和自动布线。PowerPCB提供的手工布线功能十分强大,包括自动推挤、在线设计规则检查(DRC),自动布线由Specctra的布线引擎进行,通常这两种方法配合使用,常用的步骤是手工—自动—手工。
2.4.1 手工布线
1. 自动布线前,先用手工布一些重要的网络,比如高频时钟、主电源等,这些网络往往对走线距离、线宽、线间距、屏蔽等有特殊的要求;另外一些特殊封装,如BGA,自动布线很难布得有规则,也要用手工布线。
2. 自动布线以后,还要用手工布线对PCB的走线进行调整。
2.4.2 自动布线
手工布线结束以后,剩下的网络就交给自动布线器来自布。选择Tools->SPECCTRA,启动Specctra布线器的接口,设置好DO文件,按Continue就启动了Specctra布线器自动布线,结束后如果布通率为100%,那么就可以进行手工调整布线了;如果不到100%,说明布局或手工布线有问题,需要调整布局或手工布线,直至全部布通为止。
2.4.3 注意事项
a. 电源线和地线尽量加粗
b. 去耦电容尽量与VCC直接连接
c. 设置Specctra的DO文件时,首先添加Protect all wires命令,保护手工布的线不被自动布线器重布
d. 如果有混合电源层,应该将该层定义为Split/mixed Plane,在布线之前将其分割,布完线之后,使用Pour Manager的Plane Connect进行覆铜
e. 将所有的器件管脚设置为热焊盘方式,做法是将Filter设为Pins,选中所有的管脚,修改属性,在Thermal选项前打勾
f. 手动布线时把DRC选项打开,使用动态布线(Dynamic Route