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PCB设计之安规规范

更新时间:2024-01-30    浏览次数:1691

安规是产品认证中对产品安全的要求,包括产品零件的安全要求、成品组装后的安全要求。安规其实是中国人自己的产物。


什么是安规?

安规——也称生产合规性,是指在产品使用的整个生命周期内,从设计到销售到终端用户,产品安全符合性销售地的法律、法规和标准。本产品安全符合性不仅包括一般产品安全,还包括电磁兼容和辐射、节能、环保、食品卫生等方面的要求。她不仅应该是一个要求、一个标准、一个证书、和一个可以替换或解释的测试报告,而且应该是一个贯穿产品生命周期的一种产品安全责任和活动。

简单地将安规理解为认证应该是片面的。认证只是评价产品符合性的手段或过程,但不是必要的手段或过程。这种符合性应该在产品设计之初进行评估,经第三方测试合格后,但不一定要调查产品是否符合相关法律、规定和标准,评估可预见或不可预见的风险,确保用户在使用过程中尽可能避免可预见或不可预见的人身伤害或财产损失。

安规,通过模拟终端客户可能的使用方法,通过一系列测试,评估产品在正常或异常使用情况下可能存在的电击、火灾、机械伤害、热伤害、化学伤害、辐射伤害、食品卫生等危害,并在产品出厂前通过相应的设计进行预防。

本安规规范适用于输入电压低于600伏的弱点类设备的PCB安规设计。


安规规范

一、确认产品的安规要求的适用范围

二、选择PCB材料

1、 PCB板材料一般应为FR-4,阻燃等级为94V-0,温度等级为130℃,尽量少用厂家,与现有产品保持一致。

三、分析电路特性以确定PCB隔离

1、确定哪个PCB与最终可接触部件有电气联系;

2、确定产品的输入、输出、接地、用户可访问端口;

3、如果输入和输出是要求隔离的,则需要分析电路图,找出跨越输入和输出两端的器件,如变压器、光耦合器和电容器,并绘制草图来确定隔离带;

4、如果装有隔离式辅助电源的,还要找出跨越输入输出的器件,画出草图,标出与主电路的连接关系,确定隔离带。

四、分析电路类型并确定绝缘类型

1、根据用户可触及电路的特点,确定可行的保护方法;需要双重保护的电路可以由基本绝缘+保护接地、双重绝缘和增强绝缘等三种方式组成。

2、根据绝缘跨接的电路类型,确定绝缘类型。


五、估算工作电压,确定绝缘距离(估算仅供设计参考,通过测试确定合格)

1、根据电路的特性,估算绝缘跨接的两电路之间的最大可能工作电压(有效值和峰值)。

推荐的工作电压有效值保守估计方法为:

通常,没有PFC等升压电路的一次、二次电路是根据输入最大电压估算的,隔离变压器的原边和副边电压是根据原边电压最大值加上副边电压最大值估算的。

2、根据产品的应用条件,根据污染等级、安装类别定义,确定检查绝缘距离的表格,然后根据绝缘类型和估算的工作电压检查相应的表格,确定绝缘距离:在本规范中,以信息技术类设备为例,在带有PFC或类似升压电路的一次、二次电路之间, PFC前端估计为好像没有PFC,PFC后端估计为PFC输出电压,PFC后端隔离变压器原副边电压按原边电压最大值加上副边最大值估计。

根据应用条件,对污染等级、安装类别定义,信息技术类设备一般属于污染等级为2,安装类别为Ⅱ,查找表如下:

在绝缘表3中查找跨接一次电路、二次电路之间以获得最小电气间隙,对于有重复峰值大于电网电压峰值的,如DC变换器,先按绝缘工作电压有效值查表3,再按重复峰值查表4附加气隙,得到最小电气间隙。

绝缘查找表5,了解跨接二级电路之间以获得最小电气间隙;

最小爬电距离查找表6,将得到的值与电气间隙进行比较,取较大的值作为最小爬电距离值。

3、多层PCB板同一层面上的绝缘距离的确定方法与上述方法相同,PCB的层间厚度也与绝缘等级密切相关。工作绝缘、基本绝缘没有厚度要求(只有耐压要求);附加绝缘、加强绝缘要求厚度较少为0.4毫米,同时满足耐压要求。

4、建议按照以下步骤执行:

步骤1:确定过电压水平,本规范不包括过电压等级3。

步骤2:估计工作电压的峰值,重复峰值。

步骤3:查表3、4、5,确定电气间隙;并根据绝缘类型确定最终距离。

步骤4,估算工作电压的有效值。

步骤5:估算污染水平和材料的CTI值。

步骤6:查表6确定爬电距离,根据绝缘类型确定最终爬电距离。

步骤7:如果爬电距离小于电气间隙,选择电气间隙的数值作为爬电距离。

5、一般额定输入电压为220伏的设备,那么一次电路与SELV的距离应大于5毫米;SELV对保护地应大于2mm;输入对保护地应大于3.2毫米,考虑到防雷,建议为4毫米;


六、满足绝缘距离的判断

绝缘距离是否符合要求,由不同的绝缘类型以不同的方式来判断。

6.1、工作绝缘的确定

工作绝缘是保证设备正常运行的绝缘,一般不涉及产品的安全性能,因此要求相对宽松,满足以下条件之一,即满足要求:

1、电气间隙和爬电距离满足本规范的要求;

2、短路绝缘跨接的两个电路部分,且不存在火灾、电击等危险情况;

3、能承受相应的抗电强度;

6.2基本绝缘、附加绝缘、加强绝缘的测定

基本绝缘、附加绝缘、加强绝缘是保证设备安全性能的绝缘,要求严格,必须满足距离要求和耐压要求。


七、 PCB标识及注意事项

1、保险丝附近是否有6个完整的标识,包括保险丝序列号、熔断特性、额定电流值、防爆特性、额定电压值、英文警告标识。

2、交流输入标识L、 N和保护接地标识。

3、接线端标识应该是唯一的,不容易引起混淆、误解。

4、PCB板设计时应考虑安装应用条件,安装后留有足够的板边距,以满足安装后与外壳或其他元器件的电气间隙和爬电距离要求,防止标识被阻挡、损坏。

5、外形对称元器件PCB设计中应考虑防呆,例如,IC的第一个引脚是方孔,变压器原副边脚位不对称,贴片IC的第一脚加一个圆点(或等效标识),单板不对称安装或虚开一个防呆孔。

6、PCB丝印应包含其版本信息,如果PCB设计发生变化,版本也应相应改变。

7、隔离带采用白色丝印作为划分标记;

8、电击危险的标识见ISO 3864,编号5036;


八、PCB设计变更控制

1、 PCB更换新厂家或新材料,必须提供材料及其阻燃等级UL认证证书到安规室备案;

2、对于安规控制下的量产产品,应有详细的记录,包括正在做和已做安规认证产品的PCB设计变更(包括更换新厂家或新材料),详细记录应包括变更原因、变更详细说明、变更设计人、日期、版本等,并报安规室批准备案,未经安规室批准,认证标记不得用于批量生产的产品上。

3、CAD室负责本规范在PCB设计中的实施,过程负责审核PCB安规设计是否符合本规范,确保本规范范围内产品的PCB安全设计符合本规范;安规室负责整机产品的安规检查,并监督本规范的实施;

4、对量产产品PCB设计变更,工艺审核符合本规范后,工艺部门通知安规室,由安规室负责上报认证公司审批。只有认证公司认可后,量产产品才能使用认证标志。

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