開關電源PCB電路板的設計要符合有關安規方面的要求
發布時間：2025-08-08 點擊：7
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今天分享一篇純技術性文章，我們一起看一下開關電源PCB電路對耐壓與漏電、爬電距離、電源保護、重要組成器件電解電容等方面的一些安全規定要求。
一、先上圖進行圖解說明
二、電解電容在PCB電路中的重要性
電解電容是開關電源中最不安全和對開關電源平均無故障工作時間MBTF影響最大的器件。電解電容使用一段時間之后，電容量會減小，紋波電壓會增大，所以很容易發熱失效。大功率電解電容發熱失效時，經常會引起爆炸，因此，直徑大于10mm的電解電容，要具有防爆功能。具有防爆功能的電解電容是在電容器外殼的頂部開十字槽，并在引腳的底部還要留排氣孔。電容器的使用壽命主要由電容器內部的溫度來決定，而電容器的溫升主要與紋波電流與紋波電壓大小有關，因此，一般電解電容器給出的最大紋波電流和紋波電壓參數，都是在特定工作溫度（85℃或105℃）和特定使用壽命（2000小時）條件下的紋波電流值，即：在此最大紋波電流和紋波電壓的條件下，電解電容器的壽命只有2000個小時。當要求電容器的使用壽命大于2000小時以上時，需按下式來設計電容器的使用壽命。下面是根據著名的阿列紐斯理論得出的電解電容使用壽命計算公式：
式中：L：實際使用平均壽命；L b ：最大工作溫度下的基本壽命 ，一般為2000小時（要查閱資料）；T max ：最大工作溫度，一般為85℃或105℃；T a ：實際環境溫度；T h ：壽命折半所需之溫度量，一般為10℃或12℃；ΔT jo ：加上最大額定波紋電流后，電容器的內部溫升與電容器的封裝結構有關，取值范圍：3.5～10℃ΔT j ：加入實際波紋電流后，電容內部的溫升。其中：公式二（圖）
式中：F：頻率系數 ，頻率系數在產品目錄或規格書中列出，一般定義工作頻率為120Hz或100kHz時F=1，其它工作頻率時，F大于或小于1；Io ：最高工作溫度時的額定波紋電流 ；I：實際波紋電流 。根據上面公式計算結果，電解電容器的溫度每升高10℃～12℃，電解電容壽命就會降低一半。例如，如果要求電解電容器的使用壽命達到5萬小時，則電解電容器的最高工作溫度就不要超過55℃ 。
三、安規對開關耐壓與漏電的要求當開關電源的輸入、輸出電壓交流超過36V, 直流超過42V 時，需要考慮觸電問題。安規規定：任何兩個可觸及件或任何一個可觸及件與電源的一極間漏電不要超過 及件與電源的一極間漏電不要超過0.7mAp 或直流 2mA。輸入電壓為開關電源220V時，其冷熱地之間的爬電距離不能小于6mm，兩端口線間的間距必須大于3mm。開關變壓器的初次級之間的耐壓要求使用交流3000v，設定漏電流為10mA。進行1分鐘的測試，其漏電流必須小于10mA.開關電源的輸入端對地（外殼）的耐壓使用交流1500V，設定漏電流為10mA,進行1分鐘的耐壓測試，其漏電流必須小于10mA。開關電源的輸出端對地（外殼）的耐壓使用直流500V，設定漏電流為10mA,進行1分鐘的耐壓測試，其漏電流必須小于10mA。
四、安規對開關安全爬電距離的要求兩線中的一次側和二次側安全距離：6mm，加1mm開槽也要4.5mm。三線中的一次側和二次側安全距離：6mm，加1mm開槽也要4.5mm。保險絲兩銅箔之間安全距離>2.5mm。加1mm開槽也要1.5mm。L—N,L—GND,N—GND.之間的距離大于3.5mm。初級濾波電容腳間距>4mm。初次級間安全距離>6mm。開關電源PCB布線要求銅箔與銅箔之間：0.5mm銅箔與焊點之間：0.75mm焊點與焊點之間：1.0mm銅箔與板邊之間：0.25mm孔邊與孔邊之間：1.0mm孔邊與板邊之間：1.0mm銅箔線寬>0.3mm。轉彎角度45°平行線之間布線時要求等間距。
五、安規對開關電源安全的要求從安規的元件中找出安規要求保險絲，其兩個焊盤間的爬電距離>3.0mm（min）。在發生后級短路后，要在安規電容X,Y。其考慮耐壓和容許的漏電流。在亞熱帶環境中其設備的漏電流要<0.7mA,工作在溫帶環境中的設備漏電流要<0.35mA，一般的Y電容要不大于4700pF。容量>0.1uF的X電容要加泄放電阻。在正常工作的設備掉電后，其插頭間的電壓在1秒內的電壓值不大于42V。
六、安規對開關電源保護的要求在開關電源總輸出功率大于15W時，應進行短路測試。輸出端短路時，電路內不能發生有過熱、起火，或者燃燒時間在3內。相鄰線路之間距離小于0.2mm時，可認為是短路。電解電容應進行短路實驗，此時因為電解電容很容易失效，在進行短路測試應注意器件，防止起火。兩種不同性質的金屬不能作為接插件，因為會產生電腐蝕。焊點與元件引腳的接觸面積要大于元件引腳的橫截面積。否則被認為是虛焊。
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一、先上圖進行圖解說明
二、電解電容在PCB電路中的重要性
電解電容是開關電源中最不安全和對開關電源平均無故障工作時間MBTF影響最大的器件。電解電容使用一段時間之后，電容量會減小，紋波電壓會增大，所以很容易發熱失效。大功率電解電容發熱失效時，經常會引起爆炸，因此，直徑大于10mm的電解電容，要具有防爆功能。具有防爆功能的電解電容是在電容器外殼的頂部開十字槽，并在引腳的底部還要留排氣孔。電容器的使用壽命主要由電容器內部的溫度來決定，而電容器的溫升主要與紋波電流與紋波電壓大小有關，因此，一般電解電容器給出的最大紋波電流和紋波電壓參數，都是在特定工作溫度（85℃或105℃）和特定使用壽命（2000小時）條件下的紋波電流值，即：在此最大紋波電流和紋波電壓的條件下，電解電容器的壽命只有2000個小時。當要求電容器的使用壽命大于2000小時以上時，需按下式來設計電容器的使用壽命。下面是根據著名的阿列紐斯理論得出的電解電容使用壽命計算公式：
式中：L：實際使用平均壽命；L b ：最大工作溫度下的基本壽命 ，一般為2000小時（要查閱資料）；T max ：最大工作溫度，一般為85℃或105℃；T a ：實際環境溫度；T h ：壽命折半所需之溫度量，一般為10℃或12℃；ΔT jo ：加上最大額定波紋電流后，電容器的內部溫升與電容器的封裝結構有關，取值范圍：3.5～10℃ΔT j ：加入實際波紋電流后，電容內部的溫升。其中：公式二（圖）
式中：F：頻率系數 ，頻率系數在產品目錄或規格書中列出，一般定義工作頻率為120Hz或100kHz時F=1，其它工作頻率時，F大于或小于1；Io ：最高工作溫度時的額定波紋電流 ；I：實際波紋電流 。根據上面公式計算結果，電解電容器的溫度每升高10℃～12℃，電解電容壽命就會降低一半。例如，如果要求電解電容器的使用壽命達到5萬小時，則電解電容器的最高工作溫度就不要超過55℃ 。
三、安規對開關耐壓與漏電的要求當開關電源的輸入、輸出電壓交流超過36V, 直流超過42V 時，需要考慮觸電問題。安規規定：任何兩個可觸及件或任何一個可觸及件與電源的一極間漏電不要超過 及件與電源的一極間漏電不要超過0.7mAp 或直流 2mA。輸入電壓為開關電源220V時，其冷熱地之間的爬電距離不能小于6mm，兩端口線間的間距必須大于3mm。開關變壓器的初次級之間的耐壓要求使用交流3000v，設定漏電流為10mA。進行1分鐘的測試，其漏電流必須小于10mA.開關電源的輸入端對地（外殼）的耐壓使用交流1500V，設定漏電流為10mA,進行1分鐘的耐壓測試，其漏電流必須小于10mA。開關電源的輸出端對地（外殼）的耐壓使用直流500V，設定漏電流為10mA,進行1分鐘的耐壓測試，其漏電流必須小于10mA。
四、安規對開關安全爬電距離的要求兩線中的一次側和二次側安全距離：6mm，加1mm開槽也要4.5mm。三線中的一次側和二次側安全距離：6mm，加1mm開槽也要4.5mm。保險絲兩銅箔之間安全距離>2.5mm。加1mm開槽也要1.5mm。L—N,L—GND,N—GND.之間的距離大于3.5mm。初級濾波電容腳間距>4mm。初次級間安全距離>6mm。開關電源PCB布線要求銅箔與銅箔之間：0.5mm銅箔與焊點之間：0.75mm焊點與焊點之間：1.0mm銅箔與板邊之間：0.25mm孔邊與孔邊之間：1.0mm孔邊與板邊之間：1.0mm銅箔線寬>0.3mm。轉彎角度45°平行線之間布線時要求等間距。
五、安規對開關電源安全的要求從安規的元件中找出安規要求保險絲，其兩個焊盤間的爬電距離>3.0mm（min）。在發生后級短路后，要在安規電容X,Y。其考慮耐壓和容許的漏電流。在亞熱帶環境中其設備的漏電流要<0.7mA,工作在溫帶環境中的設備漏電流要<0.35mA，一般的Y電容要不大于4700pF。容量>0.1uF的X電容要加泄放電阻。在正常工作的設備掉電后，其插頭間的電壓在1秒內的電壓值不大于42V。
六、安規對開關電源保護的要求在開關電源總輸出功率大于15W時，應進行短路測試。輸出端短路時，電路內不能發生有過熱、起火，或者燃燒時間在3內。相鄰線路之間距離小于0.2mm時，可認為是短路。電解電容應進行短路實驗，此時因為電解電容很容易失效，在進行短路測試應注意器件，防止起火。兩種不同性質的金屬不能作為接插件，因為會產生電腐蝕。焊點與元件引腳的接觸面積要大于元件引腳的橫截面積。否則被認為是虛焊。
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