Comment faire le routage de votre circuit imprimé pour une conception haute tension

À une certaine époque, j'avais l'habitude de faire du jogging avec une amie urbaniste. Sournoisement, elle me racontait tous les éléments à prendre en compte lors du zonage et de la construction dans une ville pour m’obliger à courir plus loin et plus longtemps et me faire oublier la fatigue et l'ennui. Elle me racontait aussi tous les détails les plus juteux sur les manigances politiques au niveau local.

Bien que mon ami serait en désaccord, le routage d'un circuit imprimé haute tension partage quelques similitudes avec la planification urbaine complexe. Outre toutes les autres considérations qui entrent en jeu dans une conception de PCB, un circuit imprimé haute tension doit également avoir un routage capable de contrôler et d'optimiser l’intensité du champ électrique sur toute la carte afin de fournir les meilleures performances possibles et de protéger votre produit final dans la durée.

Isolez les zones de haute tension

À l'instar d'une ville qui crée des zones d'urbanisation et qui limite l'utilisation des terres disponibles, vous devez regrouper vos circuits haute tension afin de minimiser l’impact qu'ils auront sur le reste de votre carte. En séparant les zones haute tension des zones basse tension, vous pouvez diminuer le risque d’arc électrique sur votre carte.

L'une des méthodes permettant d'isoler physiquement les zones haute tension consiste à ajouter un insert autour d’elles. Lorsque vous routez la carte, n’oubliez pas d’inclure une fente qui sera elle-même routée vers l'emplacement de l’insert. Parlez-en à votre fabricant pour s’assurer que cela est possible et pour connaître sa tolérance pour la taille de la fente.

Puisque vous placez la fente près de la zone ayant la tension la plus élevée de votre carte, des surtensions risquent de se produire. Proto Express vous recommande de concevoir la fente de sorte qu'elle résiste à la répétition d'un arc électrique. La largeur minimale de la fente doit fournir une protection adéquate contre la tension la plus élevée prévue sur la carte. En ajoutant un peu de marge à la taille de la fente, vous pouvez assurer que le circuit imprimé restera intact même si les bords de la fente brûlent pendant une décharge ou un arc électrique. Ceci est important car la résistance des matériaux du circuit imprimé diminue le long des bords qui subissent les dommages de l’arc électrique.

Au cours de la fabrication, la fente sera routée comme tout autre élément ou via sur la carte. Ensuite, vous pouvez placer un matériau isolant inerte dans la fente pour former une barrière verticale. Pour les tensions plus basses, vous pouvez utiliser les matériaux du circuit imprimé, mais à des tensions plus élevées, vous devrez utiliser du polyester ou du téflon. Les inserts peuvent être maintenus en place avec des agrafes, de la colle ou en créant la forme de la fente et de l'insert pour maintenir celui-ci en place.

Le partitionnement d'un circuit haute tension est important pour permettre une diminution progressive de la tension sur toute la carte.

Diminuez progressivement la tension sur toute la carte

Après avoir isolé les zones ayant la tension la plus élevée sur la carte, vous devrez tout de même router le reste de la carte vers des « zones » qui vous permettront de réduire progressivement la tension. En plaçant les circuits qui fonctionnent à une tension réduite autour des principaux conducteurs, vous pouvez redistribuer le champ électrique. Une intensité de champ réduite sur une zone spécifique diminue le potentiel de décharge et d'arcs électriques.

Des bagues de tension flottante ou des bagues de sélection du champ peuvent également être utilisées pour gérer la distribution du champ électrique des conceptions haute tension. Elles peuvent également servir de terminaison ou être couplées à des résistances et/ou des condensateurs, selon les caractéristiques du courant de la source haute tension que votre conception protégera. Ces composants de conception sont très sophistiqués. Si vous envisagez de les utiliser, je vous conseille de vous plonger plus longuement dans leur documentation.

Isolez les sources de bruit

S'il existe bien une règle universelle en matière de conception de circuits imprimés, l'exemple parfait serait l'utilisation de pistes courtes ou l'isolation des sources de bruit. Ces deux règles sont toujours de rigueur lors de la conception de circuits imprimés haute tension. Tout comme vivre à côté d’une usine bruyante vous est inimaginable, il n'est pas également souhaitable que le bruit du signal ou de l'alimentation circule librement dans votre carte. Si le bruit est couplé via une capacité parasite sur la carte ou dans l’isolation, celui-ci peut facilement se propager à des zones très sensibles de la carte.

Minimisez les interconnexions

Vous devez réduire les interconnexions sur votre circuit imprimé. L'utilisation d'un nombre réduit d'interconnexions diminue les possibilités de génération de tensions transitoires dans votre conception. Cela réduira également la propagation d'une haute tension dans toute la carte. Tout comme le bruit, les tensions transitoires ou les zones de haute tension inattendues peuvent endommager des composants sensibles ou réduire les performances.

Les interconnexions du circuit imprimé facilitent la propagation du champ électrique sur la carte, chose qui est hautement indésirable.

Utilisez des vérifications de conception

Assurez-vous que votre outil de conception de circuits imprimés possède un utilitaire complet de vérification des règles de conception. Cet utilitaire est en quelque sorte l’urbaniste de votre carte, qui s’assure que l’espacement et le positionnement des composants dans l’ensemble de la conception, ainsi que l’assemblage de votre carte sont conformes aux spécifications. Tous les câbles, connecteurs et composants peuvent affecter les performances d'une carte, mais un produit à haute tension présente un risque particulier pour lui-même et les utilisateurs si la conception tourne mal.

Vous cherchez un bon logiciel de routage de conception pour vous lancer ? Ne cherchez pas plus loin. Altium est la solution qu'il vous faut. Avec ce logiciel, lavérification des règles de conception peut être automatisée et effectuée en temps réel, ce qui vous permet d’économiser une quantité énorme de travail sur les petites modifications qui sont nécessaires pour finaliser la carte, surtout s'il s'agit d'une conception haute tension !

Vous avez des questions sur la conception haute tension ? Contactez un de nos experts Altium.