克服高压连接器设计的挑战
关键的外卖
了解高压连接器的基本定义。
探索高压连接器设计中的紧迫挑战。
根据使用高压连接器的可靠提示提高安全性和合规性。
电气系统用高压连接器
高压连接器是医疗、汽车、制造和通信领域的常见特征。与低压连接器不同，高压连接器对硬件工程师提出了相当大的挑战。你不能犯错高压设计，因为它们可能导致安全和火灾风险。
什么是高压连接器?
高压连接器是指传导超过一定电压限制的电流的互连。IEC将高压定义为1000vac或1500vdc以上的电压。然而，单纯用IEC标准对高压连接器进行分类是错误的。
如果连接器传导的电流对人体构成安全威胁或触发电弧，则被认为是高压连接器。例如，超过50V的电流可能会引发心率的突然增加。当导体相互靠近时，携带120V电压的连接器会引起电弧。
你会发现各种形状和大小的高压连接器。例如，它们可以作为单脚、多脚、内联和面板安装。一些使用高压连接器的应用程序在极端温度或压力等恶劣环境中运行。
高压连接器设计挑战
您必须从不同于低压设计的角度来处理高压连接器。在较高的电压下，连接器的机械组成、工作环境和设计可能会引发以下问题。
电晕放电
当高压导体周围的空气被高度带电和电离时，就会发生电晕放电。这种现象在低至300V的电压下也会发生。电晕放电导致高压导体和相邻引脚之间形成导电区域。
虽然电晕放电不会引起电弧，但它会导致绝缘子中的电介质逐渐退化。您还需要注意连接器的几何形状，因为电晕放电在带有空气间隙的绝缘体中更为普遍。产品部署后，电晕放电可能导致安全隐患。
灭弧
当两个高度带电的导体靠近放置时，会立即产生电弧。在高压导体中，当电应力破坏介电介质的分子结构时，就会发生电弧。绝缘子失效时，高压导体之间的电流流到地面，产生电火花。即使电弧没有破坏性，它也可能引起电磁干扰(EMI)到相邻电路。
高压连接器的设计考虑因素
pcb安装的高压连接器
当涉及到高压连接器设计时，火灾危险和安全风险是真实存在的。因此，在使用高压连接器时，您需要考虑以下设计建议。
绝缘材料
由于高电压会损害绝缘体，您将希望选择由高电气强度的介电材料制成的连接器。例如，聚四氟乙烯和硅橡胶更耐电击穿。此外，绝缘子表面不能有多孔以防止电晕放电也是很重要的。
爬电和间隙
爬电是指导体沿绝缘子的最短距离，间隙是指导体沿空气的最短路径。这两个参数对于防止电弧和电晕放电都很重要。在选择连接器时，请确保它有足够的电量漏电与间隙为指定的电压。
操作环境
空气中外来颗粒和水分的存在会加剧电弧和电晕放电。即使您使用的连接器在实验室环境中可靠地工作，也不能假设部署时具有相同的安全程度。高压连接器按污染程度分为1 ~ 4级。如果您在受污染的环境中部署产品，则需要使用污染程度较高的连接器，以符合UL和IEC等安全标准。
PCB布局
确保高压设计的安全性并不仅限于选择正确的连接器。在电子产品中PCB布局成为保证电路安全可靠的重要因素。以下是在PCB上设计高压连接器或端子座时需要遵守的一些基本规则:
- 确保高压和相邻走线之间有足够的间隙。
- 避免在高压走线处有尖锐的边缘，以防止起弧。
- 采取安全措施，如安装保险丝，以防短路。
- 如果跟踪还携带大电流，确保有足够的厚度和宽度。
Cadence提供了设计和分析工具，可以帮助您在功能性、安全性和可制造性之间取得平衡。我们的软件允许您指定规则和约束条件，以满足电子产品中高压连接器设计的严格标准。
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