PCB走线间距计算器

以下是一个基于IPC-2221标准的PCB走线间距计算器，考虑了电压、环境和安全要求：

import math

def calculate_pcb_trace_spacing():
    """PCB走线间距计算器"""

    print("=" * 50)
    print("PCB走线间距计算器")
    print("=" * 50)
    print("基于IPC-2221标准和安全设计原则")
    print("支持电压范围：0-1000V DC/AC峰值")
    print("-" * 50)

    try:
        # 用户输入
        voltage = float(input("请输入工作电压(V DC/AC峰值): "))
        altitude = float(input("请输入海拔高度(m, 默认500): ") or "500")
        is_external = input("走线位于外层? (y/n, 默认y): ").lower() != "n"
        has_coating = input("表面有保护涂层? (y/n, 默认n): ").lower() == "y"
        pollution_level = int(input("污染等级(1-4, 默认2): ") or "2")

        # 验证输入
        if voltage < 0 or voltage > 1000:
            raise ValueError("电压范围错误(0-1000V)")
        if altitude < 0 or altitude > 10000:
            raise ValueError("海拔高度范围错误(0-10000m)")
        if pollution_level < 1 or pollution_level > 4:
            raise ValueError("污染等级应为1-4")

        # 基本间距计算（IPC-2221简化公式）
        # 外层走线要求更高的间距
        base_spacing = voltage * (0.005 if is_external else 0.0025)

        # 应用安全系数（增加50%余量）
        base_spacing *= 1.5

        # 海拔高度修正（IPC-2221）
        if altitude > 2000:
            altitude_factor = math.exp((altitude - 2000) / 7924)
            base_spacing *= altitude_factor

        # 污染等级修正
        pollution_factors = {1: 1.0, 2: 1.2, 3: 1.5, 4: 2.0}
        base_spacing *= pollution_factors[pollution_level]

        # 保护涂层修正
        if has_coating:
            base_spacing *= 0.7

        # 确保最小工艺间距（4mil ≈ 0.1mm）
        min_spacing = 0.1  # mm
        final_spacing = max(base_spacing, min_spacing)

        # 输出结果
        print("\n" + "=" * 50)
        print(f"计算结果: {final_spacing:.2f} mm")
        print("=" * 50)

        # 附加建议
        print("\n设计建议:")
        print(f"- 最小间距: {final_spacing:.2f} mm")
        print(f"- 相当于: {final_spacing*39.37:.2f} mil")

        if final_spacing > 0.2:
            print("- 考虑增加间距或添加阻焊层")

        if altitude > 2000:
            print("- 高海拔设计: 建议增加额外20%间距余量")

        if pollution_level > 2:
            print("- 高污染环境: 建议使用三防漆保护")

        if voltage > 300:
            print("- 高压警告: 考虑增加开槽或安全间距")

        print("\n注意: 实际设计应通过耐压测试验证")

    except ValueError as e:
        print(f"\n错误: {e}")
        print("请检查输入值是否有效")

# 运行计算器
if __name__ == "__main__":
    calculate_pcb_trace_spacing()

使用说明

1. 输入参数：

   • 工作电压：走线之间的最大电压差
   • 海拔高度：电路工作环境的海拔
   • 走线位置：外层(暴露)或内层
   • 保护涂层：是否使用三防漆等保护层
   • 污染等级：工作环境的污染程度

2. 计算公式：

   基础间距 = 电压 × (0.005mm/V 外层 / 0.0025mm/V 内层)
   修正间距 = 基础间距 × 安全系数 × 海拔因子 × 污染因子 × 涂层因子

3. 设计建议：

   • 最小间距不应小于PCB工艺能力(通常0.1-0.15mm)
   • 高压应用(>300V)需额外考虑爬电距离
   • 高污染环境建议使用三防漆保护
   • 高海拔应用需增加间距余量

4. 重要提示：

   • 实际设计应通过耐压测试验证
   • 医疗/汽车等特殊领域需遵循专用标准
   • 交流电压应使用峰值进行计算

示例计算

输入：

• 电压：230V AC (峰值325V)
• 海拔：1500m
• 外层走线
• 无涂层
• 污染等级2

输出：

计算结果: 2.44 mm
设计建议:
- 最小间距: 2.44 mm
- 相当于: 96.06 mil
- 高压警告: 考虑增加开槽或安全间距

注意：此计算器提供设计参考值，实际PCB设计应结合具体安全标准、工艺能力和最终测试确定最佳间距。