PCB设计之安规规范PCB设计

下面的安全件均需要有VDEandUL证书(如果到加拿大的机型还外加CUL证书):

1.变压器(骨架、绝缘胶带、聚酯绝缘胶带)

5.X电容

6.PCB材质(并包括制板黄卡)

7.可燃性塑胶材质(包括前面板、电源板支撑胶柱、电源板绝缘PVC、保险管座、电源线插座VH-3等)

8.保险管

9.热缩套管

11.各类线材

空间距离(clearance)/电气间隙:

在两个导电零部件之间或导电零部件与设备防护界面之间测得的短空间距离。

沿面距离(Creepage)/爬电距离:

沿绝缘表面测得的两个导电零部件之间或导电零部件与设备防护界面之间的短路径。

电气防护外壳的外表面,对于可触及绝缘材料可以认为是在材料表面上压贴了金属箔那样的表面。

抗电强度:

测试方法就是在交流输入线之间或交流输入与机壳之间将零电压增加到3000V交流或4200V直流时,不击穿或拉电弧就合格。

温度:

接地测试:

亦称接地连续性测试,接地测试必须对所有一类产品(ClassI)进行。测试的目的是保证产品上的所有在单一绝缘失效的情形下会变成带电体,并且可以被使用者接触到的导电性部件被可靠连接到电源输入的接地点。换句话说,一个接地测试使用大电流的低电压源加到接地回路来核实接地路径的完整性。

漏电流测量(leakagecurrentmeasurement)

通过隔离变压器在电源的火线或零线与易触及的金属之间串接电流表,开关电源的漏电流在260V交流输入下不应超过3.5mA。

绝缘电阻(insulationresistance)

在VDE标准规格中,输入端与SELV输出电路之间需要有7.0MΩ的电阻值,而输入端与较容易受变动的金属组件之间,则需要有2.0MΩ的电阻值,而其外施电压则为1分钟500Vac.

ELV:特低电压电路(extra-lowvoltagecircuit)其定义为在导体与导体之间或导体对地之间的交流电压峰值不超过42.4Vac或直流电压不超过60Vdc的次级电路;

危险电压(hazardousvoltage):交流峰值超过42.4Vac或直流超过60Vdc的电压。

对于PCB

1.正常状态下,若某点可得功率超过15W或工作电压超过50V,则阻燃等级需V-1以上;若某点在工作电压超过400V的情况下可得功率超过15W,则阻燃等级需V-0,且厂家需要有射出过程的(UL6500标准);

正常状态下,若某点在工作电压超过50V,小于等于400V时,可得功率超过15W,则阻燃等级需V-1以上;若某点在工作电压超过400V的情况下可得功率超过15W,则阻燃等级需V-0(EN60065标准)。

4.电路图中安全器件旁边要加上标志

5.对于classI产品,初次级间用一个Y2电容即可;对于classII产品,要用两个Y2电容串连或一个Y1电容

6.a.初次级间绝缘要为加强绝缘,与周围外壳间距离亦要达到加强绝缘的要求;L,N之间,保险丝两脚位间要有基本绝缘。具体数值需根据工作电压来定。(UL6500标准);

对于EN60065标准,大体与UL6500标准一样,不过由于电压一般为230V左右,因此对于加强绝缘一般要求为6mm的距离,对于基本绝缘一般为3mm。具体数值仍然要根据工作电压来确定(EN60065标准)。

电源板上初次级间的距离在设计时需考虑到少要有6mm的安全距离

c.对于需要绝缘垫片(PVC)的机型,其绝缘垫片的位置须保证高压区电路(包括元件、布线及电源线尾部基本绝缘段)至上盖(或底板)的电气间隙大于6mm,例如:在给机壳上盖施加20N的力的情况下,插在电源板上的电源线(及开关电源线)尾端裸露的基本绝缘线体到机壳上盖的短距离不能小于6mm,如果此短距离可能会小于6mm,则需加绝缘垫片PVC,并在加贴绝缘垫片PVC的情况下,必须保证此裸露的基本绝缘线体距离到近的机壳上盖导体(即PVC的边缘)不能小于6mm;

7.保险丝若为listed的,则可随意报备;若为recognized的,则报备前需做测试

8.UL与CSA规格也提供可燃性标准,也就是所有PC板必被UL认可为94V-2或是更好的材料,而VDE规格亦接受这些标准,可燃材料包括面壳,电源板等板卡支撑胶柱,各种固定胶带等。。

附注:防火等级优劣

发泡塑料材料类:HF-1等级较HF-2优,HF-2等级较HBF优;

一般材料:5V优于V-0,V-0优于V-1,V-1优于V-2,V-2优于HB.

对于外壳

主体部分阻燃等级需为V-0,且厂家需有射出过程的(UL6500);

外壳阻燃等级的要求一般要根据起火源对外壳距离的多少来确定(EN60065)。

外壳的开孔在设计时应保证时悬挂的外来物在进入通风孔或其他孔洞时不会变成危险带电体,其中EN60065标准中要求用一个直径为4mm、长度为100mm的金属试验针插到孔内来检验是否合格,其中以试验针一端悬空自由地插入,插入深度不超过其长度。

对于变压器

在VDE标准规格中,对于变压器的设计,制造与利用都有较严格的规定,以满足大多数其它国家的安全需求,在UL标准规格中,要求用在变压器结构中的所有材料,必须有94V-2或是更好的额定值。

(1)。变压器的绝缘(transformerinsulation)

变压器的绕组依照需求,必须以绝缘做物理上的分隔,在绕组线上的亮漆,瓷漆或洋漆涂料,以及其它的金属组件,石绵与吸收水分的材料,在此需求的目的之内则不考虑绝缘。

(2)。变压器的电介质强度(transformerdielectricstrength)

当使用复合层的绝缘厚度时,任何两层之间必须能够承受电介质强度,测试时绝缘层接触在一起且测试电位加于外部表面。

(3)变压器的绝缘电阻(transformerinsulationresistance)

绝缘用于变压器的结构中必须在绕组之间,以及在绕组与铁心和框架金属板之间,必须有10MΩ的电阻值,并在1分钟内提供500Vac电压。

(4)。在设计变压器时,请保证变压器的次级绕组与初级管脚、初级绕组与次级管脚的爬电距离须有6mm的安全距离(可以通过增加白色的绝缘胶带Margintape宽度或全部管脚加上套管Tube来实现),并同一极性的绕组间应有两层绝缘胶带Tape。

对于绝缘材料

要保证开关的防触电保护,就必须有可靠的绝缘结构,而绝缘材料的安全性又是保证绝缘结构可靠性的基础,因此,绝缘材料的选用应考虑:

1.支承、覆盖或包裹带电部分的部件,不得由于受热而危及其安全性,必须选用有足够耐热能力的材料;

2.

a.对双重绝缘,其基本绝缘或附加绝缘的厚度应至少为0.4mm。

b.当加强绝缘不承受在正常工作条件和故障条件的温度下可能会导致绝缘材料变形或劣变的任何机械应力时,则该加强绝缘的厚度应为0.4mm。

c.电线或电缆中的危险带电导体与可触及零部件之间,或者危险带电零部件与电线或电缆中和可触及导电零部件连接的导体之间的内部导线绝缘,如果是由聚氯乙烯材料制成,则厚度至少应为0.4mm。

d.在DVD中,下列零部件之间应具有双重绝缘:

——可触及零部件与电线或电缆中和电网电源导电连接的电线或电缆的导体之间;

——电线或电缆中和可触及导电零部件连接的导体和与电网电源导电连接的零部件之间。

1电路primarycircuit

直接与AC电网电源连接的电路。例如:与AC电网电源连接的装置,变压器、电动机、其它负载装置初级绕组,以及与电网连接的各种装置。

2二次电路secondarycircuit

不与电路直接连接,而是由变压器、变换器或等效的隔离装置供电或只用电池供电的一种电路。

3危险电压hazardousvoltage

存在于既不符合限流电路全部要求也不符合TNV电路全部要求的电路中,其交流峰值超过42.4V或直流值超过60V的电压。

注:不论电压高低,电路都是危险电压电路。

4特低电压电路extra-lowvoltage(ELV)circuit

在正常工作条件下,在电路的任意两个导体之间或任一导体与地之间电压的交流峰值不超过42.4V或直流值不超过60V的二次电路;至少使用基本绝缘与危险电压隔离,但它既不符合SELV电路的全部要求,也不符合限流电路(见3.18)的全部要求。

5安全特低电压电路safetyextra-lowvoltage(SELV)circuit

作了适当的设计和保护的二次电路,使得在正常条件下和单一故障条件下,任意两个可触及的导体之间的电压值均不会超过安全值。

6功能绝缘functionalinsulation

仅为设备正常工作所需的绝缘。

注:所定义的功能绝缘并不起防电击的作用。但是,它可以用来减小引燃和着火的危险的可能性。

对防电击提供基本保护的绝缘。

8附加绝缘supplementaryinsulation

除基本绝缘以外施加的独立的绝缘,用以在基本绝缘一旦失效时仍能防止电击。

9双重绝缘doubleinsulation

由基本绝缘加上附加绝缘组合构成的绝缘。

10加强绝缘reinforcedinsulation

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相当于双重绝缘。

11电气间隙clearance

在两个导电零部件之间或导电零部件与设备界面之间测得的短空间距离。

12爬电距离creepagedistance

沿绝缘表面测得的两个导电零部件之间或导电零部件与设备界面之间的短距离。

13绝缘穿透距离distancesthroughinsulation

在两个导电零部件之间或导电零部件与设备界面之间的绝缘材料的厚度

14保护接地导体protectiveearthingconductor

用来把设备的电源保护接地端子,同建筑物安装接地点连接起来的建筑物安装布线或电源中的导线。

15保护连接导体protectivebondingconductor

用来把电源的保护接地端子同设备中为安全目的而需要接地的部分连接起来的设备中的导线或设备中的一个导电零部件的组合。

16污染等级pollutiondegree

17材料组别materialgroup

注:CTI是材料相比漏电起痕指数,一般由材料生产商提供,不能确知时按Ⅲb考虑。

18安装类别(过电压等级)installationcategory

安装类别Ⅳ:初级电源水平级。如:架空线、电缆系统、配电母线、户外电力线上的电动机等;

安装类别Ⅲ:配电及控制水平级。如:直接接到配电干线、装入配电箱中的电器;

安装类别Ⅱ:负载水平级。如:控制、启动、切断电动机用电器,螺线管电磁阀,耗能电器(电灯、电热器、家用电器、便携式设备);

第三部分安规规范

1确认产品的安规要求适用范围

2选择PCB材料

1、PCB板材料一般应选用FR-4,阻燃等级为94V-0,温度等级为130℃,厂家尽可能少,并与现有产品一致。

3分析电路特性,确定PCB隔离

1、判定PCB中哪些是与终可触及件有电气联系;

3、如果输入输出是要求隔离的,则需分析电路图,找出跨接输入输出的器件,如变压器,光耦,电容器,并绘制草图,确定隔离带。

4、如果是带有隔离辅助电源的,也要找出跨接输入输出的器件,绘制草图,并标注和主电路的连接关系,确定隔离带;

4分析电路类型,确定绝缘类型

1、针对用户可触及电路的特点,确定可行的保护方法;对于需要采取双重保护的电路可以采用:基本绝缘+保护接地,双重绝缘,加强绝缘等三种方式构成。

2、根据绝缘跨接的电路类型,查表2确定绝缘类型;

5估计工作电压,确定绝缘距离(估计只作设计参考,判定合格需经测试确定)

1、根据电路特性,估计绝缘跨接的两电路之间的可能工作电压(有效值和峰值),

根据应用条件参考表1,对照污染等级、安装类别定义知,信息技术类设备一般属污染等级为2,安装类别为Ⅱ,查表如下:

跨接、二次电路之间的绝缘查表3得到电气间隙,对于有重复峰值大于电网电压峰值的,如直流变换器,先按绝缘工作电压有效值查表3,再加上按重复峰值查表4的附加气隙,得到电气间隙;

跨接二次电路之间的绝缘查表5得到电气间隙;

爬电距离查表6,得到的值与电气间隙相比,取较大者为爬电距离值。

4、推荐按照下列步骤进行:

Step1:确定过电压等级,本规范不包括过电压等级3。

Step2:估算工作电压的峰值,重复峰值

Step3:查表3,4,5确定电气间隙;并且根据绝缘类型确定终距离:

Step4:估算工作电压的有效值;

Step5:估计污染等级和材料的CTI值;

Step6:查表6确定爬电距离,根据绝缘类型确定终爬电距离:

Step7:如果爬电距离小于电气间隙,则选取电气间隙的数值为爬电距离;

5、一般额定输入电压为220V设备,则电路与SELV之间应大于5mm;SELV对保护地应大于2mm;输入对保护地应大于3.2mm,考虑到防雷推荐为4mm;

6满足绝缘距离的判定

绝缘距离是否符合要求,对于不同的绝缘类型判定方法不同。

6.1工作绝缘的判定

工作绝缘是保证设备正常工作的绝缘,一般不涉及产品的安全性能,因而要求相对宽松,满足下列条件之一,即符合要求:

1、电气间隙和爬电距离符合本规范的要求;

2、短路该绝缘跨接的两电路部分,没有着火、电击等危险情况;

3、能承受相应的抗电强度;

6.2基本绝缘、附加绝缘、加强绝缘的判定

基本绝缘、附加绝缘、加强绝缘是保证设备的安全性能的绝缘,要求严格,必须满足距离要求,并且满足耐压要求(详见GB4943表18)

7PCB标识与注意事项

2、交流输入标识L、N以及保护接地标识

3、接线端标识应是的,且不易引起混淆、误解。

4、同一设备不同单板之间元器件参考位是的,且单板应有可区分的名称标识;单板应预留适当的空位,以便贴上条码(或等效识别标识),不跨接除工作绝缘以外的绝缘,不遮挡其他丝印或标识,也不被遮挡、破坏。

5、PCB板设计时应充分考虑安装应用条件,留出足够的板边距,以满足安装后与外壳或其他元器件电气间隙和爬电距离要求,并防止标识被遮挡、破坏。

7、PCB丝印应包含其版本信息,PCB设计更改,版本应作相应的更改。

8、隔离带用白色丝印作为划分标识;

9、电击危险的标识见ISO3864,编号5036;

8PCB设计更改控制

1、PCB更换新厂家或新材料,必须提供材料及其阻燃等级UL证书给安规室备案;

2、对实行安规控制的量产产品,含正在做和已做完安规产品的PCB设计更改(含更换新厂家或新材料),应有详细记录,详细记录应包含更改原因、更改详细描述、更改设计人、日期、版本等,并报安规室认可备案,未经安规室认可,不得在量产产品上使用标记;

3、CAD室负责PCB设计时执行本规范,工艺负责审核PCB安规设计是否符合本规范,保证本规范范围内产品PCB安规设计符合本规范;安规室负责整机产品的安规审查,并监督本规范执行情况;

THE END
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