Spełnianie wymagań izolacji
Opisane powyżej techniki zmniejszania emisji EMI nie mają wpływu na izolację galwaniczną zapewnianą przez układ - z wyjątkiem wprowadzania pojemności zszywającej wejście z wyjściem. W przypadku prowadzenia kondensatora zszywającego musi on spełniać szereg wymagań co do napięcia pracy czy upływu. Niezwykle łatwo dobrać taki kondensator, gdyż produkty dostępne na rynku posiadają zazwyczaj niezbędne certyfikaty bezpieczeństwa, odnośnie wartości napięcia przebicia i upływu. Niestety rozwiązanie to nie jest tak skuteczne jak wprowadzenie rozproszonej pojemności zszywającej, wykonanej w technice PCB. Tak wyprodukowany kondensator, z samej swojej natury, zapewnia o wiele efektywniejszą pracę jeśli chodzi o ograniczanie zakłóceń elektromagnetycznych w układzie. Aby osiągnąć możliwie dobre tłumienie EMI konieczne jest zaprojektowanie układu z możliwie dużą pojemnością zszywającą a to w konsekwencji wymaga zmniejszenia przerw izolujących do bezwzględnego akceptowalnego minimum. Oznacza to że aby wyprodukować odpowiednio dużą pojemność na PCB konieczne jest maksymalne zbliżenie do siebie ścieżek i warstw, co ma znaczny wpływ na izolację i napięcie przebicia układu. Różne standardy certyfikacji izolacji galwanicznej układu wymagają innego podejścia do projektowania PCB.
Warstwy zewnętrzne PCB traktowane są inaczej niż wewnętrzne, zabudowane w PCB. Definiuje się kilka istotnych odległości na PCB. Pokazano je schematycznie na poniższym obrazku.
Z uwagi na budowę i zachowanie warstw zewnętrznych wyróżnia się je, gdyż następuje w nich upływ (ang. creepage) wywołany efektami takimi jak jonizacja powietrza czy przebicia przez zanieczyszczenia na powierzchni PCB. Warstwy wewnętrzne są chronione przed tymi efektami i traktuje się jakby posiadały jednolitą izolację w obu płaszczyznach.
Podczas certyfikowania PCB pod kątem zapewnianej izolacji galwanicznej ważne jest aby napięcie przebicia układu było na tyle wysokie aby wytrzymało procedurę testowania przez urząd certyfikujący. Istotne jest także wyprodukowanie PCB w taki sposób aby zapewniana przez nią izolacja nie degradowała się z czasem użytkowania. Poniższa tabela pokazuje jakie istnieją wymagania co do grubości izolacji w poszczególnych miejscach PCB aby spełnić normy IEC.
Wzmocniona izolacja wymaga co najmniej 0,4 mm (około 16 milsów) odstępu pomiędzy izolowanymi ścieżkami w strukturze (tj. tymi na wewnętrznych warstwach PCB). Dodatkowe testy mogą zostać zaaplikowane do gotowego produktu jeśli nie użyje się dodatkowej izolacji pomiędzy strukturami aktywnymi na PCB. Z jednej strony wymaga to zastosowania szczególnej ostrożności podczas projektowania PCB i być może wymaga użycia większej niż 4 warstwy liczby warstw laminatu nie powinno to być problematyczne, jeśli weźmie się to pod uwagę zanim zacznie się projektować PCB w ogóle.
Sprzężenie pojemnościowe w układzie także jest istotne dla napięć zmiennych. Pozwala ono na przenikanie prądów poprzez barierę izolacji. Nawet 300 pF pojemności pomiędzy warstwami może przewodzić znaczne prądy jeśli mamy doczynienia z wysokimi, szybkozmiennymi napięciami. Trzeba to wziąć pod uwagę podczas projektowania płytki z izolacją galwaniczną, jeśli takowa ma pracować w środowisku gdzie występują wysokie, szybkozmienne napięcia.
Źródła:
http://www.analog.com/static/imported-files/application_notes/AN-0971.pdf
Opisane powyżej techniki zmniejszania emisji EMI nie mają wpływu na izolację galwaniczną zapewnianą przez układ - z wyjątkiem wprowadzania pojemności zszywającej wejście z wyjściem. W przypadku prowadzenia kondensatora zszywającego musi on spełniać szereg wymagań co do napięcia pracy czy upływu. Niezwykle łatwo dobrać taki kondensator, gdyż produkty dostępne na rynku posiadają zazwyczaj niezbędne certyfikaty bezpieczeństwa, odnośnie wartości napięcia przebicia i upływu. Niestety rozwiązanie to nie jest tak skuteczne jak wprowadzenie rozproszonej pojemności zszywającej, wykonanej w technice PCB. Tak wyprodukowany kondensator, z samej swojej natury, zapewnia o wiele efektywniejszą pracę jeśli chodzi o ograniczanie zakłóceń elektromagnetycznych w układzie. Aby osiągnąć możliwie dobre tłumienie EMI konieczne jest zaprojektowanie układu z możliwie dużą pojemnością zszywającą a to w konsekwencji wymaga zmniejszenia przerw izolujących do bezwzględnego akceptowalnego minimum. Oznacza to że aby wyprodukować odpowiednio dużą pojemność na PCB konieczne jest maksymalne zbliżenie do siebie ścieżek i warstw, co ma znaczny wpływ na izolację i napięcie przebicia układu. Różne standardy certyfikacji izolacji galwanicznej układu wymagają innego podejścia do projektowania PCB.
Warstwy zewnętrzne PCB traktowane są inaczej niż wewnętrzne, zabudowane w PCB. Definiuje się kilka istotnych odległości na PCB. Pokazano je schematycznie na poniższym obrazku.
Z uwagi na budowę i zachowanie warstw zewnętrznych wyróżnia się je, gdyż następuje w nich upływ (ang. creepage) wywołany efektami takimi jak jonizacja powietrza czy przebicia przez zanieczyszczenia na powierzchni PCB. Warstwy wewnętrzne są chronione przed tymi efektami i traktuje się jakby posiadały jednolitą izolację w obu płaszczyznach.
Podczas certyfikowania PCB pod kątem zapewnianej izolacji galwanicznej ważne jest aby napięcie przebicia układu było na tyle wysokie aby wytrzymało procedurę testowania przez urząd certyfikujący. Istotne jest także wyprodukowanie PCB w taki sposób aby zapewniana przez nią izolacja nie degradowała się z czasem użytkowania. Poniższa tabela pokazuje jakie istnieją wymagania co do grubości izolacji w poszczególnych miejscach PCB aby spełnić normy IEC.
Wzmocniona izolacja wymaga co najmniej 0,4 mm (około 16 milsów) odstępu pomiędzy izolowanymi ścieżkami w strukturze (tj. tymi na wewnętrznych warstwach PCB). Dodatkowe testy mogą zostać zaaplikowane do gotowego produktu jeśli nie użyje się dodatkowej izolacji pomiędzy strukturami aktywnymi na PCB. Z jednej strony wymaga to zastosowania szczególnej ostrożności podczas projektowania PCB i być może wymaga użycia większej niż 4 warstwy liczby warstw laminatu nie powinno to być problematyczne, jeśli weźmie się to pod uwagę zanim zacznie się projektować PCB w ogóle.
Sprzężenie pojemnościowe w układzie także jest istotne dla napięć zmiennych. Pozwala ono na przenikanie prądów poprzez barierę izolacji. Nawet 300 pF pojemności pomiędzy warstwami może przewodzić znaczne prądy jeśli mamy doczynienia z wysokimi, szybkozmiennymi napięciami. Trzeba to wziąć pod uwagę podczas projektowania płytki z izolacją galwaniczną, jeśli takowa ma pracować w środowisku gdzie występują wysokie, szybkozmienne napięcia.
Źródła:
http://www.analog.com/static/imported-files/application_notes/AN-0971.pdf
Fajne? Ranking DIY
