开关电源pcb安规距离

开关电源PCB设计中的安规距离（Safety Distances或Clearance and Creepage Distances）至关重要，直接关系到产品的电气安全和能否通过认证（如UL, CE, TUV, CCC等）。这些距离主要用于防止：

电击危险： 防止用户可触及部分带电。
火灾危险： 防止不同电位导体间发生拉弧或短路起火。
绝缘失效： 确保足够的绝缘强度和长期可靠性。

主要分为两类关键距离：

一、电气间隙 (Clearance)

定义： 两个导电部件之间通过空气的最短直线空间距离。
目的： 防止空气中的瞬间击穿（如浪涌电压、开关瞬态）。
关键影响因素：
- 工作电压： 最高稳态电压（RMS或DC），峰值电压（如开关节点）。
- 瞬态过电压： 预期的浪涌电压等级（如IEC 61000-4-5定义的等级）。
- 污染等级： PCB的环境（通常开关电源内部视为污染等级2 - 仅有非导电性污染，偶有凝露）。
- 材料组： 主要指固体绝缘材料的CTI值（相比漏电起痕指数），影响爬电距离，但对纯电气间隙影响较小。
- 绝缘类型： 是基本绝缘、附加绝缘、双重绝缘还是加强绝缘？加强绝缘要求最高。
关键位置示例 (开关电源中)：
- 初级侧高压之间： L-N输入线间、输入保险丝后级不同极性导体间。
- 初级与次级之间： 跨越隔离屏障的位置（如变压器初次级绕组引脚之间、光耦初次级之间、Y电容跨接点）。
- 初级侧高压与安全地/保护地（PE）之间： 如整流桥堆引脚到外壳接地螺丝的距离。
- 开关管（MOSFET/IGBT）的Drain/Source/Collector/Emitter与散热器（若散热器接初级地或PE）之间。
- 次级侧输出电压较高时（如>60VDC）的导体间距离。

二、爬电距离 (Creepage)

定义： 两个导电部件之间沿绝缘材料表面的最短路径距离。
目的： 防止因污染、湿气、灰尘等在绝缘表面形成导电通路，导致长期的漏电、局部发热甚至碳化起火（漏电起痕）。
关键影响因素：
- 工作电压 (RMS)： 最高稳态有效值电压。
- 污染等级： 非常重要！ 开关电源内部通常视为污染等级2。
- 材料组： PCB基材（FR4）的CTI值至关重要。FR4通常属于材料组IIIb (CTI ≥ 175V - 400V) 或 II (CTI ≥ 400V - 600V)。CTI值越高，所需爬电距离越小。
- 绝缘类型： 基本、附加、双重、加强绝缘。
关键位置示例 (开关电源中)：
- 所有需要电气间隙的位置同样需要满足爬电距离要求。
- 变压器骨架/挡墙两侧引脚间： 这是高压差（初级-次级）爬电距离要求最严格的地方之一。通常需要开足够宽且深的槽（≥1mm）或在PCB上挖槽（Slot）来强制增加表面距离。
- 光耦初级侧引脚与次级侧引脚之间： 需要在其下方PCB上开隔离槽。
- Y电容引脚跨越初次级的位置。
- PCB上初次级分割的隔离带（Creepage Barrier）： 通常需要保持最小宽度（如3.2mm或更大），且不能有任何布线或铜箔穿越。
- 高压元件（如输入整流桥、大电容、开关管）引脚焊盘之间的距离。

重要注意事项与通用原则

标准依赖： 具体数值必须查阅并遵守适用的安规标准（如IEC/EN 62368-1, IEC/EN 61558, IEC/EN 60335等）。不同标准、不同电压、不同绝缘等级对应的要求不同。IEC/EN 62368-1是目前信息技术和音视频设备的主流标准。
加强绝缘最严： 对于初次级隔离（如变压器、光耦处的隔离带），通常要求满足加强绝缘的距离要求，因为它等效于双重绝缘且不能失效。（注：在IEC 62368-1中称为“基本绝缘”+“附加绝缘”或等效的“加强绝缘”）。
污染等级决定爬电： 爬电距离要求受污染等级影响巨大。设计时务必明确产品应用的污染等级（开关电源内部通常是2级）。
CTI值很重要： 选用CTI值高的PCB板材（如FR4一般够用，但需确认具体型号CTI）可以减小所需爬电距离。向PCB供应商索取板材的CTI报告。
开槽（Slot）是常用手段： 当空间有限无法满足爬电距离时，在PCB上开隔离槽（槽宽通常≥1mm） 是增加爬电距离的有效方法（槽壁也算爬电距离）。
使用安全隔离变压器/光耦： 这些元件本身已通过认证满足内部绝缘距离，但需注意其外部引脚焊盘到PCB上其他导体的距离依然要满足要求。
散热器绝缘： 如果散热器连接到保护地（PE），安装在初级侧高压元件（如MOSFET）上时，必须使用绝缘垫片和绝缘套管，并确保绝缘垫片满足工作电压和温度的隔离要求。此时，元件引脚焊盘到散热器安装孔（通过PCB连接到PE）的距离也必须满足安规要求（电气间隙+爬电距离）。
Y电容选择与位置： Y电容（跨接初次级用于EMI滤波）必须是安规认证电容（如Y1或Y2）。其放置位置应靠近隔离屏障，引脚跨越区域的电气间隙和爬电距离必须足够。
布局优先： 在PCB布局之初就要考虑安规距离，高压区域（初级侧、开关节点）尽量远离低压区域（次级侧、控制电路）和安全可触及部分。清晰规划隔离带（Demarcation Zone / Isolation Barrier）。
认证机构要求： 最终产品需要通过认证机构（如UL, TUV）的测试和审查，他们会严格检查PCB上的这些距离。保留足够的设计余量（Margin）是个好习惯。

典型数值范围参考 (污染等级2, 材料组III, 交流输入230VAC系统，加强绝缘)

请注意：这仅为粗略参考示例，务必查标准！
电气间隙 (Clearance - 加强绝缘)： 通常要求 ≥ 5.0mm - 6.4mm (具体取决于标准、过电压等级和海拔校正)。
爬电距离 (Creepage - 加强绝缘)： 对于FR4 (CTI一般≥175V - 400V，按IIIb计算)，通常要求 ≥ 6.4mm - 8.0mm。如果CTI能达到材料组II (≥400V)，可以降低到≥ 5.0mm - 6.4mm (具体取决于电压和标准)。

如何保证符合要求

查阅标准： 确定产品适用的安规标准及其距离表格。
计算电压： 准确测量或计算关键节点的工作电压（RMS，峰值）和瞬态过电压。
确定绝缘类型和污染等级。
确认PCB材料CTI。
使用计算工具或查表： 根据以上参数，利用标准提供的表格、公式或专用计算软件（一些PCB设计软件可能有插件）计算所需的最小电气间隙和爬电距离。
PCB设计规则： 在PCB设计软件（如Altium Designer, KiCad, Cadence Allegro）中设置严格的电气间隙（Clearance）和爬电距离（Creepage）设计规则，并在DRC（设计规则检查）中强制执行。注意设置不同网络类（如Primary_HV, Secondary_LV, PE）之间的规则。
3D DRC检查： 对关键区域（如变压器、光耦下方），利用软件进行3D DRC检查，确保开槽深度、元件高度等不会减小有效距离。
人工审查： 设计完成后和投板前，务必人工重点检查所有高压节点、隔离屏障、变压器引脚、光耦、Y电容、散热器连接等关键位置的间距和开槽情况。
咨询认证机构： 在早期设计阶段或遇到疑问时，可以咨询目标认证机构的工程师。