Come Pianificare il Layout del tuo PCB per un Progetto ad Alta Tensione

Ero solito correre con un amico di professione urbanista. Come parte del suo subdolo piano per farmi continuare a correre prima che fossi troppo stanco e annoiato, mi parlava delle varie considerazioni che vanno fatte per una città riguardo alla suddivisione in zone e la costruzione. Per condire un po' il tutto e distrarmi maggiormente, c'era anche qualche aneddoto su trucchetti disonesti adottati dalla politica locale. 

Sebbene il mio amico non sia d'accordo, gli aspetti riguardanti la configurazione e la disposizione per un progetto di PCB ad alta tensione hanno alcune somiglianze con la complessa pianificazione urbana. Oltre a tutte le altre considerazioni relative alla progettazione di un PCB, un PCB ad alta tensione necessita anche di un layout in grado di controllare e ottimizzare l'intensità di campo su tutta la linea per fornire le migliori prestazioni e la protezione a vita nel prodotto finale.

Isola le Zone ad Alta Tensione

Nello stesso modo in cui progettare una città implica la creazione di aree di suddivisione in zone e limita per quali terreni possano essere create, allo stesso modo si desidera raggruppare i circuiti ad alta tensione per ridurre al minimo l'impatto che avrà sul resto della scheda. Partizionando le aree ad alta tensione dalle aree a bassa tensione, è possibile ridurre il rischio di arco sulla scheda.

Un modo per isolare fisicamente le aree ad alta tensione è aggiungere un inserto attorno ad esse. Quando disponi la scheda, assicurati di includere uno slot che verrà inserito nel router nel punto in cui inseriresti l'inserto. Parla con il tuo produttore per essere sicuro che ciò sia fattibile e per scoprire quale tolleranza di dimensione hanno per lo slot.

Dato che stai posizionando lo slot vicino alla regione di massima tensione della tua scheda, sono possibili situazioni di sovratensione. Proto Express consiglia di progettare lo slot per superare il problema degli archi ripetuti. La larghezza minima dello slot dovrebbe fornire un'adeguata protezione alla massima tensione prevista sulla scheda. Aggiungendo un piccolo margine alle dimensioni dello slot, è possibile garantire che il PCB rimanga integro anche se i bordi dello slot si carbonizzano durante l'effetto corona o l'arco. Questo è importante perché la resistenza del materiale PCB diminuisce lungo i bordi che subiscono danni da arco.

Durante la produzione, lo slot verrà collegato al router come qualsiasi altra funzione o via sulla scheda. Quindi è possibile posizionare un materiale isolante inerte nello slot per formare una barriera verticale. Per tensioni più basse, puoi utilizzare materiale PCB, ma a tensioni più elevate, vorrai qualcosa di simile al poliestere o al teflon. Gli inserti possono essere mantenuti in posizione con clip, colla o progettando la forma della fessura per bloccarli in posizione durante l'inserimento.

^{La partizione di un PCB ad alta tensione è importante per fornire una diminuzione graduale di tensione sulla scheda.}

Diminuisci la tensione sulla scheda in modo graduale

Dopo aver isolato le regioni di massima tensione sulla scheda, è comunque necessario disporre il resto della scheda in "zone" che consentano di ridurre gradualmente la tensione. Posizionando un circuito che funziona a potenziale inferiore attorno ai conduttori principali, è possibile ridistribuire il campo elettrico. La minore intensità di campo su un'area riduce la possibilità di corona e arco.

Gli anelli fluttuanti di tensione, o anelli di grigliatura del campo, possono anche essere usati per gestire la distribuzione sul campo dei progetti di circuiti stampati ad alta tensione. Possono fungere da terminazione o essere accoppiati a resistori e/o condensatori, a seconda delle caratteristiche CA/CC della sorgente ad alta tensione che il progetto proteggerà. Questi sono componenti di progettazione piuttosto avanzati. Se stai pensando di usarli, vale studiarli in modo approfondito.

Isola le fonti di rumore

Se esiste una sola regola universale per la progettazione di circuiti stampati, è quella di utilizzare tracce brevi oppure quella di isolare le fonti di rumore. Questo vale anche per i progetti di PCB ad alta tensione. Di sicuro non ti piacerebbe vivere accanto a un forte impianto di produzione, così come di sicuro non vuoi che il segnale o il rumore dell'alimentazione regnino liberi sulla tua scheda. Se il rumore viaggia sulla scheda, esso può facilmente propagarsi in aree molto sensibili della scheda.

Riduci al minimo le interconnessioni

È necessario ridurre al minimo le interconnessioni sul circuito stampato. L'uso di un minor numero di interconnessioni riduce la opportunità per la generazione di transitori nel tuo progetto. Inoltre, ridurrà al minimo la propagazione dell'alta tensione su tutta la linea. Così come il rumore, eventuali transitori o aree inaspettatamente ad alta tensione possono danneggiare i componenti sensibili o ridurre le prestazioni.

^{Le interconnessioni del PCB rendono facilitano al campo elettrico di propagarsi sulla scheda, cosa altamente indesiderabile.}

Usa funzioni di controllo progetto

Assicurati che il tuo strumento di progettazione PCB disponga di un controllo delle regole di progettazione approfondito. Questo sarà una sorta di pianificatore urbano della tua scheda, assicurando che la spaziatura e il posizionamento durante la progettazione e l'assemblaggio della tavola siano conformi alle specifiche. Tutti i cavi, i connettori e i componenti possono influenzare le prestazioni di qualsiasi scheda, ma un prodotto ad alta tensione pone un particolare rischio  per se stesso e per gli utenti se il progetto non funziona.

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