Home - Blog

เทคโนโลยี PCB แรงดันสูง มีการออกแบบอย่างไรให้คุณพึงพอใจ

เกี่ยวกับ PCB แรงดันสูง, ในการใช้งานบางอย่าง เช่น ที่ชาร์จติดผนัง และอุปกรณ์จ่ายไฟคอมพิวเตอร์ ส่วนใหญ่พลังงานอินพุตจะถูกดึงมาจากเต้ารับ ซึ่งโดยปกติจะเป็น 220V ถือเป็นแรงดันไฟฟ้าที่สูงกว่าปกติสำหรับ PCB และบ่อยครั้งจะต้องพิจารณาเป็นพิเศษทุกครั้งที่ออกแบบแผงวงจรที่มีสายไฟฟ้าแรงสูงอยู่

บทความนี้จะครอบคลุมทุกสิ่งที่คุณจำเป็นต้องรู้เกี่ยวกับ PCB แรงดันสูง

1、PCB แรงดันสูงและสิ่งที่คุณต้องรู้

1.1 PCB แรงดันสูง คืออะไร?

ในระยะสั้น PCB ใด ๆ ที่ทำงานด้วยแรงดันไฟฟ้าที่สูงกว่าแรงดันไฟฟ้าของแทร็กปกติอย่างมาก สามารถเรียก PCB ขนาดกลางหรือแรงดันสูงได้ แผงวงจร เช่น อุปกรณ์จ่ายไฟหลัก อินเวอร์เตอร์ เครื่องชาร์จ EV ฯลฯ ก็จัดอยู่ในหมวดหมู่นี้

ไม่มีตัวเลขตายตัวว่าแผงใดถือว่าเป็นแรงดันสูง แต่ตามหลักทั่วไปคุณสามารถพิจารณาบางอย่าง เช่น 100V ซึ่งนอกเหนือไปจากนี้คุณต้องคำนึงถึงกฎการออกแบบพิเศษ

แหล่งจ่ายไฟสลับโหมดแรงดันไฟฟ้าหลัก

ภาพที่ 1: แหล่งจ่ายไฟสลับโหมดแรงดันไฟฟ้าหลัก

1.2 ความเป็นฉนวน

ความเป็นฉนวนของวัสดุ คือปริมาณสนามไฟฟ้าสูงสุดที่วัสดุสามารถทนได้ โดยไม่สูญเสียคุณสมบัติการเป็นฉนวน

โดยปกติแล้วจะเป็น FR4 สำหรับ PCB ส่วนใหญ่

ดังนั้นสิ่งสำคัญอันดับแรกที่ต้องตรวจสอบ คือความเป็นฉนวนของวัสดุ PCB ของคุณ

FR4 ได้รับการจัดอันดับ 300 mils/mil; อย่างไรก็ตามมาตรฐาน IPC จะแนะนำให้เว้นระยะห่าง 3.9 mils สำหรับ 80V

บ่อยครั้งที่ควรเว้นที่ว่างไว้และปฏิบัติตามมาตรฐาน IPC

1.3 ระยะห่างตามผิวฉนวน

ระยะห่างตามผิวฉนวน คือระยะทางที่สั้นที่สุดระหว่างชิ้นส่วนที่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้าสองส่วน ตามพื้นผิวของวัสดุฉนวนที่เป็นของแข็ง

พื้นฐานหลักสำหรับการกำหนดระยะห่างตามผิวฉนวนคือแรงดันไฟฟ้าระยะยาวที่ใช้กับตัวนำทั้งสอง เมื่อเวลาผ่านไปอาจมีการปนเปื้อนบนแผงได้ ดังนั้นจึงควรให้มีพื้นที่ว่างเพิ่มเติมด้วย

คำแนะนำระยะห่างตามผิวฉนวนสำหรับส่วนประกอบและเค้าโครงส่วนใหญ่มักมีให้ในเอกสารข้อมูล เป็นหนึ่งในตัวแปรที่สำคัญเมื่อพูดถึง PCBs แรงดันสูง

1.4 ระยะห่าง

ระยะห่าง คือระยะที่สั้นที่สุดในอากาศระหว่างสองส่วนที่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้า ความเป็นฉนวนของอากาศจะเป็นตัวควบคุมระยะห่าง อากาศมักจะแตกตัวที่ประมาณ 3KV ต่อมม. อย่างไรก็ตามภายใต้สภาวะความชื้นและการปนเปื้อนค่านี้อาจลดลงมาก โดยมาตรฐาน IPC ระบุระยะห่างที่แตกต่างกันสำหรับแต่ละประเภทของการออกแบบ

ส่วนประกอบส่วนใหญ่เป็นไปตามข้อกำหนดอยู่แล้ว และบรรจุอยู่ในแพ็คเกจที่มีพินพิทช์สูงเพียงพอ

ตัวอย่างเช่น มอสเฟต พิกัด 600V มักจะมาในแพ็คเกจ TO-220 หรือ TO-247

ดูข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับระยะห่างตามผิวฉนวนและระยะห่างได้ที่นี่:

https://youtu.be/B696dApeUeM

1.5 หน้ากากประสาน

หน้ากากประสานยังทำหน้าที่เป็นฉนวนในระดับหนึ่ง ดังนั้นสำหรับแผงที่มีพินพิทช์ที่ดีมากและแรงดันไฟฟ้าสูงระหว่างพิน จึงเป็นสิ่งสำคัญที่จะต้องให้ผู้ผลิตที่สามารถใช้หน้ากากประสานระหว่างแผง PCB ของ PCB ที่มีระยะพิทช์ที่ดีเป็นผู้ทำงานนี้

PCB แรงดันสูง

ภาพที่ 2: PCB กับหน้ากากประสานสีดำ

2、แนวทางปฏิบัติในการออกแบบสำหรับ PCB แรงดันสูง

2.1 การกำหนดเส้นทาง

เมื่อใดก็ตามที่กำหนดเส้นทางของเส้นลายสำหรับ PCB แรงดันสูง ประเด็นต่อไปนี้สำคัญที่สุด:

1. การรักษาระยะห่างระหว่างเส้นลายที่มีความต่างศักย์ไฟฟ้าสูงระหว่างกัน

2. หลีกเลี่ยงการโค้งและขอบที่แคบ เนื่องจากสิ่งเหล่านี้สามารถทำหน้าที่เป็นพื้นที่ของสนามไฟฟ้าที่เข้มข้นได้

3. หลีกเลี่ยงการใช้กระแสไฟฟ้าแรงสูงบนชั้นภายในของแผง

PCB แรงดันสูง

ภาพที่ 3: PCB ที่มีระยะห่างของชั้นระนาบใหญ่กว่าปกติ

2.2 ชั้นระนาบโพลิกอน

สำหรับ PCB แรงดันสูงทั้งหมด ควรเพิ่มระยะห่างของชั้นระนาบโพลิกอนเป็นค่าที่ปลอดภัยและอยู่บนส่วนของแผงที่แน่นอน

ตัวอย่างเช่น หากมีเส้นลาย 600V ไปยังขั้วต่อขอบบนแผง ทำให้ในหลายครั้งของการออกแบบจะไม่มีโพลิกอนเทอยู่ใกล้กับเส้นลายนั้น

นอกจากนี้ชั้นระนาบภายในบน PCB หลายชั้น ไม่ควรมีแรงดันไฟฟ้าสูงมากหรือมีระยะห่างระหว่างกันน้อยมาก

2.3 ชั้นภายใน

การที่จะสร้างให้มีชั้นหลายชั้นด้วยแรงดันไฟฟ้าขนาดกลางในทุกชั้นนั้นสามารถเป็นไปได้ หลักการพิจารณาที่สำคัญคือการเติมช่องว่างระหว่างชั้นให้เหมาะสม ความหนาของการแยกระหว่างชั้นต้องมีอย่างน้อย .005″ เพื่อรักษาความสมบูรณ์ของตัวกลางในการเติม prepreg ซึ่งการเกิดช่องว่างหรือกระเป๋าใด ๆ จะลดค่าอิเล็กทริกลงอย่างมาก

ชั้นหลายชั้นชนิด prepreg FR4 มาตรฐานนั้นไม่เหมาะสำหรับงานไฟฟ้าแรงปานกลางหรือสูง เพราะวัสดุแตกตัวเร็วเกินไปและไม่มีโครงสร้างภายในที่เป็นเนื้อเดียวกัน จุลินทรีย์ส่วนเกินจะลดระดับความเป็นฉนวนลง ทำให้ประสิทธิภาพการทำงานต่ำลง

2.4 การพิจารณา EMI

PCB แรงดันสูงมีชื่อเสียงในด้านการปล่อยสัญญาณรบกวนในสเปกตรัมวงกว้าง

สิ่งที่สำคัญที่สุดในการลดสิ่งเหล่านี้ คือการทำให้มีพื้นที่ห่วงขนาดเล็กและกว้างขวาง โดยการเย็บเข้ากับระนาบพื้นในทุกที่ที่ทำได้

นอกจากนี้ส่วนประกอบไฟฟ้าแรงสูงยังสามารถบรรจุไว้แล้วหุ้มด้วยแผ่นโลหะ

PCB แรงดันสูง

ภาพที่ 4: แผงวงจรที่มีการเย็บรูเวียอย่างครอบคลุม

3、การเลือกส่วนประกอบ

3.1 หม้อแปลงความถี่สูง

แผงไฟฟ้าแรงดันสูงส่วนใหญ่มักจะเกี่ยวข้องกับวงจรโหมดสวิตช์กับหม้อแปลงเพื่อผลิตไฟฟ้าแรงสูง ในกรณีเหล่านี้คุณต้องปฏิบัติตามระดับฉนวนหลักของหม้อแปลง

สำหรับโครงร่าง PCB ควรมีการแยกระนาบกราวด์ระหว่างด้านหลักและด้านรอง ควรมีช่องว่างขนาดใหญ่โดยมีคัทเอาท์บนแผง ระหว่างด้านหลักและด้านรอง

3.2 มอสเฟต / ทรานซิสเตอร์ / สวิตช์

โดยส่วนใหญ่แล้วอุปกรณ์ไฟฟ้าแรงสูงจะมาในแพ็คเกจที่ถูกต้อง ซึ่งได้รับการจัดอันดับให้ทนต่อแรงดันไฟฟ้าสูงระหว่างพิทช์ได้

ถึงกระนั้นก็ควรเลือกอุปกรณ์ที่มีพินพิทช์ที่ใหญ่ที่สุดหากคุณรู้ว่าแรงดันไฟฟ้าจะค่อนข้างสูง ตัวอย่างทั่วไปคือ การเลือกอุปกรณ์ TO-247 แทนที่จะเป็น TO-220 หากไม่มีข้อจำกัดด้านพื้นที่ ซึ่งตัวอย่างที่คล้ายกันสามารถนำไปใช้กับอุปกรณ์ SMD ได้เช่นกัน

ทรานซิสเตอร์

ภาพที่ 5: ทรานซิสเตอร์ในแพ็คเกจต่างๆ

3.3 ส่วนประกอบแบบพาสซีฟ

เมื่อเลือกส่วนประกอบแบบพาสซีฟ ขนาดของส่วนประกอบจะมีความสำคัญมากเพราะขึ้นอยู่กับแรงดันไฟฟ้าที่สามารถทนได้โดยตรง สมมติว่าการออกแบบมี 300V ระหว่างตัวต้านทาน SMD ถ้าอย่างนั้นมันจะดีกว่ามากถ้าเลือกแพคเกจ เช่น 1206 แทนที่จะเป็น 0402 ซึ่งมักจะกำหนดให้ใส่ส่วนประกอบดังกล่าวหลายชุด เพื่อลดความเครียดของแรงดันไฟฟ้าลง

4、คุณสมบัติพิเศษของแผง

4.1 ช่องเสียบแยกและคัทเอาท์

แผงแรงดันสูงส่วนใหญ่ต้องใช้ช่องเสียบแยกและคัทเอาท์แผงใกล้กับส่วนของแผงใด ๆ ซึ่งรองรับไฟฟ้าแรงสูง

ในอุปกรณ์ที่มีผู้บริโภคจำนวนมาก เช่น ที่ชาร์จและอุปกรณ์จ่ายไฟ ช่องเสียบและคัทเอาท์แผงเหล่านี้จำเป็นต้องผ่านมาตรฐานความปลอดภัยบางประการ คุณสมบัติเหล่านี้ช่วยเพิ่มความปลอดภัยอีกชั้น และจะช่วยในสภาพแวดล้อมที่มีความชื้นสูง และกรณีที่มีโอกาสปนเปื้อนได้

ช่องเสียบแยกและคัทเอาท์มักจะต้องกำหนดไว้บนชั้นกลไกของแผง

4.2 วัสดุแผง

มาตรฐาน FR-4 ไม่ใช่วัสดุที่ดีสำหรับแผงแรงดันสูง เนื่องจากมีความเป็นฉนวนต่ำ

เมื่อใดก็ตามที่เราไม่มีข้อจำกัดด้านต้นทุน ควรเลือกใช้วัสดุแผงที่มีความเป็นฉนวนสูงกว่า วัสดุที่สามารถทนแรงดันไฟฟ้าสูงบางชนิด ได้แก่ :

1. BT อีพ็อกซี่

2. โพลีไมด์

3. ไอโซลา

4.3 การตกแต่งบอร์ด

ปัจจัยที่ถูกมองข้ามและสำคัญที่สุดเมื่อพูดถึงแผง PCB แรงดันสูง นั่นก็คือการตกแต่งบอร์ด ส่วนใหญ่จะรวมถึงพื้นผิวของแผ่นและเส้นลายที่เปิดเผยให้เห็น หลัก ๆ แล้วแผงที่ทำเสร็จแล้วควรมีความเรียบเนียน ปราศจากการกระแทกใด ๆ และควรสม่ำเสมอตลอดทั้งพื้นผิว

ความไม่สมบูรณ์บนแผ่นแรงดันสูง เช่น มีปลายแหลม อาจส่งผลให้เกิดบริเวณสนามไฟฟ้าสูง ซึ่งอาจทำให้เกิดประกายไฟได้

5、สิ่งที่ OurPCB นำเสนอ

ส่งมอบอย่างรวดเร็ว

เราสามารถส่งมอบสินค้าอย่างรวดเร็วเป็นพิเศษ เพียง 24 ชั่วโมงสำหรับแผงสองชั้น และเพียง 48 ชั่วโมงสำหรับแผงสี่ชั้น ซึ่งนี่เป็นหนึ่งในปัจจัยที่สำคัญที่สุดสำหรับทีมวิศวกร ที่สามารถทำการทดสอบแผงต้นแบบได้อย่างรวดเร็ว

ตัวเลือกที่หลากหลาย

สำหรับการผลิตแผงวงจร OurPCB มีตัวแปรต่างๆให้เลือกมากมาย ประกอบด้วยประเภทของวัสดุ PCB ที่คุณต้องการใช้ การเคลือบผิว พร้อมด้วยตัวเลือกที่ต้องการระบุเฉพาะสำหรับแผงของคุณ

OurPCB ยังสามารถผลิตแผงได้ถึง 32 ชั้น

ระบบใบเสนอราคาออนไลน์

สุดท้าย OurPCB ยังมีระบบใบเสนอราคาออนไลน์ ที่สามารถคำนวณราคา PCB ของคุณโดยอัตโนมัติ หลังจากที่คุณอัพโหลดไฟล์ Gerber และป้อนข้อมูลที่ต้องการให้เรา

6、บทสรุป

PCB แรงดันสูง คือสิ่งที่ต้องการความแม่นยำทั้งในรูปแบบแผงและขั้นตอนการผลิต หากคุณปฏิบัติตามกฎเกณฑ์ทั้งหมดและแนวปฏิบัติทั่วไปสำหรับกฎแรงดันสูง การที่จะได้แผงวงจรที่สามารถใช้งานได้ยาวนานนั้นก็อยู่ไม่ไกล

OurPCB ให้ความสมดุลอย่างสมบูรณ์แบบระหว่างราคาและคุณภาพ และตัวเลือกการผลิตที่หลากหลาย ซึ่งเหมาะสมอย่างมากสำหรับแผงแรงดันสูง

สำหรับข้อมูลเพิ่มเติม โปรดติดต่อ OurPCB ผ่านทางเว็บไซต์:

https://www.pcbthailand.com/

Services