PCB布局的高电压注意事项
的配电网PCB是典型市政变电站的微型版本。让我解释一下。当有人说“高电压”时，首先想到的是电网。为了将能源从发电厂输送给用户，基础设施被设置为将电压提高到100千伏范围。
一旦电源线到达客户，电压就会降低，以确保配电更安全。同样的物理原理也适用。电源线有可测量的电压降，就像我们的PDN一样。土木工程师在设计变电站的平面图时也会考虑许多相同的因素。根据《线路工人和电缆工人手册》(McGraw-Hill)，变电站可能具有以下一些功能。
改变电压从一个电平到另一个电平
调节电压以补偿系统电压的变化
开关传输和配电电路进入和退出电网系统
测量在电路中流动的电能质量
将通信信号连接到电路
消除系统中的闪电和其他电涌
这看起来确实像我们在设计权力领域时面临的一些相同的目标。我们正在改变主电源的电压等级来为各种设备供电。我们在隔离各个节点的同时使用感应电路来监视能量流。与此同时，闪电对电网来说是一个真正的风险，就像静电放电对我们的电路有害一样。
图片来源:作者-变电站的高压侧。它与PCB并没有什么不同;只是规模的问题。
静电放电- PCB相当于一个照明螺栓
在图像搜索中搜索“变电站的解剖图”，会返回几张图像，这些图像描绘了该装置的各个元素，从外围围栏到处理自然母亲的粗糙细节。一个足够大的变电所会在设施上安装一根高高的电线。顶部的电线是用来承受雷击并安全地将巨大的电压峰值分流到地面。当电厂出现异常时，同样的雷电抑制电路也会产生巨大的电压峰值。
我们也处理类似雷击的问题。静电放电是威胁我们电子设备的微照明的名称。充电后没有电流(交流电或直流电)，但如果你能感觉到的话，我们的手指和机器之间的短暂弧线至少是3000伏(3KV)。进一步说，如果它刺痛到你能听到，你可能会发出(20KV) 2万伏的打击。
图片来源:作者-如果存在高压电位，要礼貌并警告用户。可选:要求穿防火服装。
知道了巨大的电压差就能引发火花，我们需要像地面电力系统一样解决这个问题。我们倾向于把PCB的周长看作是一个机会，以创建一个EMI屏蔽使用环地通孔和铜浇注。当ESD事件发生时，同样的地面边界也能起到救援作用。
当然，一个坚实的地面系统的最后礼物是热效率从一个理想的热路径远离行动。即使有足够的间隙，阻力最小的路径也可能成为电路板上的污垢和污垢。保持良好的形象有助于长期的可靠性。保形涂层是另一种方法，以减少电弧和火花的高压存在。
大规模PCB组件
安装中的其他设备包括断路器，变压器，开关，继电器和母线，其中最后一个执行我们的电源平面的职责。土木工程师正在做一个场地布局，功能相同，但规模更大。我们两个人连一个电阻器都举不动，但我们都按照相同的条件工作。
“智能电网”依赖于负荷侧的读数，在负荷侧，电力被下放以进行分配。操作类似于我们开关模式电源中的反馈回路。
虽然操作的规模和量级有很大的不同，但PCB设计师也可以在电力领域分配资源。在董事会上分配稳定的清洁能源供应大约是这场战役的三分之一。所有这些痕迹都在那里，直到有电力。在电塔上添加蜂窝天线就是混合信号设计的一个例子。
电源管理集成电路-芯片组的主力
每个电路板都有自己的小电网，在负载附近有调节器，或者可能被装入电源管理集成电路中。这些设备类似于大型变电站，其中有大量的上转换和下转换。几个功率域从PMIC以计划的顺序辐射出来，以供给SOC或类似的设备。虽然这些通常不是较高的电压，但其复杂性需要电源完整性专家的注意。
我们还为低效的电力分配付出了代价。把那些卡车大小的变压器想象成我们的线性调节器。公用事业公司同样关心过电压、纹波和其他规格。无论是电路板还是邻里电压电源，我们能移除的热量越多，就能产生越多的能量。空间是我们在努力工作的设备周围最好的朋友。既然应用是无穷无尽的，那么解决方案也是无穷无尽的。
解决方案通常以瓦数(伏特x安培)为单位将所有功率要求相加，然后应用降额曲线来计算系统的最小值。这些功率必须分配给所有耗电的应用程序。现在我们知道了系统的预算，我们可以结合一个电路来满足这些需求，并考虑到潜在的未来增长。
较大的电压通常会分解为较小的电压，但有时，它是相反的。我们将根据需要降低或提高电压。我们最关心的就是峰值工作电压。当然，我们希望电路元件之间有“足够”的空间，但有多大的空间才足够，我们如何用更少的空间安全地获得更多的电压?
让我们从最大的杠杆开始;的印刷电路板材料层叠。印刷电路板的介电材料有许多方面的变化，其中一种称为最大击穿电压。IPC-4101分为所谓的斜杠表，根据以下标准对基本材料进行分类:
介电常数(Dk)
热膨胀系数(CTE)
玻璃化转变温度(Tg)
分解温度:Td
分层时间(T260, T288)
最高工作温度(MOT)
环境安全法规(RoHS, UL等)
比较跟踪指数(CTI)
当涉及到承受高电压时，最后一颗子弹是有趣的。IPC将电介质进行了0-5级的分级，其中“5”的额定电压为100伏，“0”为600伏及以上。所以，也许这更像是一个5到0的刻度，用4到1填充100到600伏之间的增量。
在我们的典型中找到了一个中庸之道FR4材料它被评为3，这意味着它可以有175到249伏的上限。这并不与工作电压相对应，因为网络上可能出现的最大峰值和其他不同量级电压源的接近。让我们看看FR4材料可能不是最佳解决方案的场景。
导电阳极丝-它是活的!
超过这一类别的材料是陶瓷和其他外来材料。它们本质上更好地减少了导电阳极灯丝(CAF)的传播。许多条件可以使含铜的导电盐沿着蚀刻边界开始形成。海岸上的盐雾是CAF传播的理想环境。
类似于根系，因为它利用了介电材料中的微裂缝，灯丝可以随着时间的推移而生长，减少其他电气元件之间的气隙。玻璃纤维/树脂系统可以像海绵一样，在吸收环境中的水分时膨胀。
图片来源:研究之门-这张图片来自一个显示CAF潜在危险的实验。
它不需要有很大的伏特来给你一个震动。不同之处在于，电压越高，就越有可能以这样或那样的方式弥合鸿沟。当我们为最佳的电力分配设计PCB时，我们与在公用事业公司幕后工作的设计师分享了一些信息。