在电子设计领域,当开关电源的输入、输出电压交流超过 36V,直流超过 42V 时,安规问题就成为了不得不考虑的重要因素。安规要求对于保障电源 PCB 的安全性和稳定性起着至关重要的作用,下面我们来详细了解做安规的电源 PCB 都有哪些具体要求。
开关耐压与漏电要求
安规明确规定,任何两个可触及件或任何一个可触及件与电源的一极间漏电不要超过 0.7mAp 或直流 2mA。当输入电压为开关电源 220V 时,其冷热地之间的爬电距离不能小于 6mm,两端口线间的间距必须大于 3mm。开关变压器的初次级之间的耐压要求使用交流 3000v,设定漏电流为 10mA,进行 1 分钟的测试,其漏电流必须小于 10mA。开关电源的输入端对地(外壳)的耐压使用交流 1500V,设定漏电流为 10mA,进行 1 分钟的耐压测试,漏电流同样需小于 10mA。输出端对地(外壳)的耐压使用直流 500V,设定漏电流为 10mA,1 分钟耐压测试后,漏电流也得小于 10mA。这些严格的耐压和漏电要求,是为了确保电源在各种情况下都能安全运行,避免因漏电或耐压不足而引发的安全事故。

开关安全爬电距离要求
在安全爬电距离方面也有一系列明确的规定。两线和三线中的侧和二次侧安全距离均为 6mm,加 1mm 开槽也要 4.5mm;保险丝两铜箔之间安全距离 > 2.5mm,加 1mm 开槽也要 1.5mm;L—N、L—GND、N—GND 之间的距离大于 3.5mm;初级滤波电容脚间距 > 4mm;初次级间安全距离 > 6mm。在开关电源 PCB 布线要求上,铜箔与铜箔之间为 0.5mm,铜箔与焊点之间为 0.75mm,焊点与焊点之间为 1.0mm,铜箔与板边之间为 0.25mm,孔边与孔边之间为 1.0mm,孔边与板边之间为 1.0mm,铜箔线宽 > 0.3mm,转弯角度为 45°,平行线之间布线时要求等间距。合理的爬电距离和布线要求,能够有效防止电路之间的干扰和短路,提高电源 PCB 的可靠性。

开关电源安全要求
从安规的元件中要找出符合安规要求的保险丝,其两个焊盘间的爬电距离 > 3.0mm(min)。在发生后级短路后,要考虑安规电容 X、Y,需考虑其耐压和容许的漏电流。在亚热带环境中,设备的漏电流要 <0.7mA,工作在温带环境中的设备漏电流要 < 0.35mA,一般的 Y 电容要不大于 4700pF。容量> 0.1uF 的 X 电容要加泄放电阻,在正常工作的设备掉电后,其插头间的电压在 1 秒内的电压值不大于 42V。这些要求是为了在各种环境条件下,保障电源的安全性能,防止因电容问题引发的安全隐患。

开关电源保护要求
当开关电源总输出功率大于 15W 时,应进行短路测试。输出端短路时,电路内不能发生过热、起火,或者燃烧时间在 3 秒内。相邻线路之间距离小于 0.2mm 时,可认为是短路。电解电容应进行短路实验,由于电解电容很容易失效,在进行短路测试时要注意器件,防止起火。两种不同性质的金属不能作为接插件,因为会产生电腐蚀。焊点与元件引脚的接触面积要大于元件引脚的横截面积,否则被认为是虚焊。这些保护要求能够在电源出现异常情况时,及时采取措施,避免事故的扩大。

影响开关电源的器件 - 电解电容
电解电容是开关电源中不安全且对开关电源平均无故障工作时间 MBTF 影响的器件。电解电容使用一段时间之后,电容量会减小,纹波电压会增大,所以很容易发热失效。大功率电解电容发热失效时,经常会引起爆炸,因此,直径大于 10mm 的电解电容,要具有防爆功能。具有防爆功能的电解电容是在电容器外壳的顶部开十字槽,并在引脚的底部还要留排气孔。电容器的使用寿命主要由电容器内部的温度来决定,而电容器的温升主要与纹波电流与纹波电压大小有关。一般电解电容器给出的纹波电流和纹波电压参数,都是在特定工作温度(85℃或 105℃)和特定使用寿命(2000 小时)条件下的纹波电流值。即在此纹波电流和纹波电压的条件下,电解电容器的寿命只有 2000 个小时。当要求电容器的使用寿命大于 2000 小时以上时,需根据的阿列纽斯理论得出的电解电容使用寿命计算公式来设计电容器的使用寿命。根据公式计算结果,电解电容器的温度每升高 10℃ - 12℃,电解电容寿命就会降低一半。例如,如果要求电解电容器的使用寿命达到 5 万小时,则电解电容器的工作温度就不要超过 55℃。