浪涌方案中PCB布线要点解析

breeze96999 · 发表于 2021-3-29 21:41

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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： I=290×C[sub]t[/sub]/file:///C:/TEMP/msohtmlclip1/01/clip_image002.gift
file:///C:/TEMP/msohtmlclip1/01/clip_image003.gifC[sub]t[/sub]:铜的横截面积mm[sup]2 [/sup][sup] [/sup][sub]熔丝熔断时间：单位[/sub][sub]S[/sub]
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，最大浪涌电流约为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，其最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。