Hochspannungsleiterplatten Design zur Lichtbogenunterdrückung: Kontaktstellen und Leiterbahnen verwalten

 Puzzleteile auf gepuzzeltem Hintergrund

In meiner Kindheit habe ich wie besessen gemeinsam mit meiner Großmutter gepuzzelt. So besessen, dass ich manchmal das Abendessen verpasste. Meine Großmutter war eine absolute Puzzlemeisterin; man durfte nur einmal das Bild ansehen, wenn man die Teile aus dem Karton nahm. Es galt als Schummeln, wenn man mehr als seine Erinnerung und das Wiedererkennen von Mustern benötigte. Um mich nicht der Schmach hinzugeben, auf den Karton zu gucken, lernte ich, mich auf die Form der Puzzleteile zu konzentrieren und herauszufinden, wie sie zu den anliegenden Teilen passten. So war es gar nicht mehr so schwierig, nicht das genaue Bild zu kennen.

Das Festlegen von Leiterbahnen und Kontaktstellen für ein Hochspannungsleiterplatten Design erinnert mich ans Puzzeln. Man hat ein großes Bild im Kopf, doch die Form jedes Einzelteils ist von großer Bedeutung, wenn man ein richtiges Endprodukt erhalten möchte. Es gibt einige Aspekte, die man in Bezug auf Kontaktstellen und Leiterbahnen in Betracht ziehen muss, wenn man die richtige Form erhalten möchte, insbesondere bei Hochspannungsanwendungen.

Bewährte Maßnahmen zum Designen von Ecken auf Ihrer Hochspannungsleiterplatte

Auf Hochspannungsleiterplatten sind Ecken und scharfe Kanten oder Winkel am besten zu vermeiden. Verwenden Sie für Kontaktstellen eine glatte, runde Krümmung, die die Ecken abschirmt. Erstellen Sie die Krümmung mit dem größten Radius, der zur Verfügung steht, ohne nötige Oberfläche zu verlieren. 

Wenn Sie die Leiterbahnen verlegen, sollten Sie auch scharfe Kanten an Wendungen vermeiden. Verwenden Sie stattdessen eine gebogene Bahn, wieder mit dem größten Radius, den Sie unterbringen können.

Wenn Sie Lotperlen an Verbindungspunkten verwenden, sollten Sie außerdem einen Mindestradius für die Lotperlen festlegen. Sorgen Sie dafür, Ihren Hersteller vor dessen Kostenvoranschlag zu informieren, da Sie eine größere Lotperle benötigen, als normalerweise verwendet wird.

Solder balls for the socket of a CPU motherboard. Lotperlen mit kleinem Radius können das Spannungsfeld auf einem Hochspannungsleiterplatten-Design konzentrieren und das Risiko der Lichtbogen- oder Strahlenkranzbildung erhöhen.

Lotperlen mit kleinem Radius können das Spannungsfeld auf einem Hochspannungsleiterplatten-Design konzentrieren und das Risiko der Lichtbogen- oder Strahlenkranzbildung erhöhen.

Trennung von Faktoren auf Ihrer Hochspannungsleiterplatte

Durch die Verwendung von abgerundeten Kanten anstelle von Ecken können Sie einen deutlich kleineren Abstand zwischen den Funktionen nutzen. Laut Sierra Proto Board kann eine direkte Lichtbogenbildung auf ⅓ der Entfernung von einer Nadelspitze im Vergleich zu abgerundeten Kanten vorkommen. Es ist außerdem dreimal einfacher für eine Nadelspitze, einen Strahlenkranz zu bilden. 

Sierra Proto bietet außerdem Vergleiche, mit denen Sie Ihren Abstand basierend auf der Betriebsfrequenz einschätzen können. Denken Sie daran, dass Hochspannung schneller zur Lichtbogenbildung führt, Ihr Abstand wächst demnach um einen empfohlenen Faktor von 1,12X.

Wenn Sie Ihre Platine erhalten, stellen Sie bitte sicher, dass die Oberfläche und Kanten sauber und alle Leiter glatt sind, bevor Sie diese einschalten. Schmutz, raue Ränder und Kratzer können die Lichtbogenspannung um 70-80% senken.

Bewährte Maßnahmen zum Designen von Kanten auf Ihrer Hochspannungsleiterplatte

So wie die Eckteile eines Puzzles erfordern die Kanten einer Leiterplatte besondere Aufmerksamkeit. Wenn die Kanten einer Platine gefräst oder geschliffen sind, bleiben oftmals Rückstände an den rauen Kanten zurück. Geschieht dies auf einer leitfähigen Leiterbahn, wirkt dieser Rückstand wie eine Nadelspitze und sorgt dafür, das Risiko der Lichtbogenbildung deutlich zu erhöhen.

Um auf der sicheren Seite zu sein, sollten Kupferspuren auf Ihrem Layout von den Kanten fern bleiben. Verwenden Sie einen Mindestschutzabstand von 0,05 Zentimetern zwischen einem Leiter und der Kante. Steigern Sie den Abstand um 0,02 Zentimeter für alle 100V, welcher die Leiterbahn bei maximaler Ladung ausgesetzt ist.

Manchmal hat man keine andere Wahl, als eine Leiterbahn in der Nähe der Kante einzuschieben. In einem solchen Fall können Sie eine konforme Beschichtung aus mit Hochspannung kompatiblem Material verbinden, zum Beispiel HVPF. Die Beschichtung sorgt für einen zusätzlichen Schutz für Ihre Platine bis zu ihren Kanten.

Designanalyse

Bevor Ihr Design in die Fertigung geht, sollten Sie eine Analyse des Gefälles des Spannungsfelds bei Hochspannung durchführen. So stellen Sie sicher, dass die Nutzungsgrade für Ihre Platine und Komponenten für die in Ihrem Schaltungsdesign verwendete Lastminderung und Geometrie geeignet sind.

Leiterbahnen und Kontaktstellen an der Kante eines Hochspannungsleiterplatten-Designs verlangen spezifische Anforderungen zum Schutz vor Geräteschäden. Kontaktstellenverbindung an der Kante einer Leiterplatte. 

Leiterbahnen und Kontaktstellen an der Kante eines Hochspannungsleiterplatten-Designs verlangen spezifische Anforderungen zum Schutz vor Geräteschäden. Kontaktstellenverbindung an der Kante einer Leiterplatte.

Meine Großmutter wäre zwar anderer Meinung, aber Fehler in einem PCB-Design wiegen deutlich schwerer als Fehler beim Puzzeln. Deshalb sollten Sie dafür sorgen, nur die bestmöglichen Tools zu verwenden. Eine besonders hilfreiche Funktion einer Designsoftware wie Altium Designer besteht darin, dass Sie Ihre eigenen Designregeln festlegen können. Somit müssen Sie sich nicht an Abstände und die Größe von Lotperlen erinnern, während Sie ein Layout optimieren, das nur aus abgerundeten Leiterbahnen besteht. 

Wenn Sie nicht mehr mit Puzzeln beschäftigt sind, hilft Ihnen der Live-Support von Altium dabei, mehr über die beste PCB-Software zu erfahren, mit der Sie Ihren Designprozess für Hochspannungsleiterplatten verbessern können.

Haben Sie eine Frage zur Lichtbogenunterdrückung? Wenden Sie sich an einen Experten von Altium.

Über den Autor

Altium Designer

PCB Design Tools for Electronics Design and DFM. Information for EDA Leaders.

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