Progetto di PCB ad elevato voltaggio: distanze di isolamento in aria e superficiali

Quando ero uno studente non ancora laureato facevo tantissime incisioni elettrochimiche. Per anni l’ho anche aggiunto al mio curriculum dato che ai colloqui i selezionatori erano sempre interessati ai lavori che avevo fatto con voltaggi elevati e prodotti chimici terrificanti. Solo più tardi mi sono reso conto che era meglio non dare l’impressione di una persona che non aveva paura di lavorare in condizioni ambientali rischiose.

 A quel punto ho iniziato ad interessarmi alle distanze di isolamento in aria e superficiali nel progetto di PCB. Da subito sono rimasto stupito da tutti gli standard da rispettare per i prodotti ad alta tensione. Ma anche piacevolmente sorpreso. Dato che non posso impedire agli studenti di giocare con i prodotti ad alta tensione almeno so che esistono adeguati livelli di protezione ed isolamento.

Quali sono i requisiti di sicurezza in termini di distanze?

Non tutti i progetti di PCB hanno gli stessi requisiti rigorosi in termini di distanze che invece sono richiesti nei progetti ad alta tensione. In generale, se il normale voltaggio operativo del vostro prodotto raggiunge o supera i 30 VAC o i 60 VDC, dovete prestare particolare attenzione alle regole sulle distanze nel progetto del vostro circuito. Se avete una scheda ad alta densità e le tensioni sono elevate dovete fare ancora più attenzione. L’alta densità rende la corretta spaziatura più difficile da ottenere ed è fondamentale per la protezione.

La spaziatura riveste un ruolo ancora più importante nei progetti ad alta tensione perché il voltaggio presente sui componenti della scheda rende più probabile l’insorgere di archi elettrici tra due elementi conduttivi. Qualsiasi arco elettrico costituisce un pericolo serio sia per il prodotto che per l’utilizzatore. Per ridurre il rischio esistono degli standard da rispettare in termini di distanze di isolamento in aria e superficiali.

Cosa si intende per distanza di isolamento in aria?

La distanza di isolamento è la distanza minima in aria tra due conduttori. Mi ricordo di questa definizione quando penso alla distanza di sicurezza sopra la mia testa: quanto spazio c’è prima che possa andare a sbattere contro qualcosa. Se la distanza di isolamento in un qualunque punto del PCB è troppo bassa una sovratensione può causare un arco elettrico tra due componenti conduttivi vicini.

Le regole su questa distanza cambiano in funzione del materiale del PCB, del voltaggio e delle condizioni ambientali. Le condizioni ambientali, in particolare, giocano un ruolo significativo. L’umidità modifica la tensione di breakdown dell’aria e aumenta la probabilità di un arco elettrico. La polvere è un altro fattore importante dato che le particelle che si accumulano sulla superficie del PCB possono andare a formare una traccia riducendo la distanza tra i conduttori.