Feedback zu Isolationspraktiken auf einer 5-V-/Netzplatine

Ich entwerfe derzeit eine Leiterplatte für ein Projekt, das eine PID-Steuerung einer Heizung umfasst. Die Heizung wird mit Netzstrom (220 V) betrieben und über Nulldurchgangsschaltung gesteuert, um die Leistung zu regulieren und EMI und THD zu minimieren. Ich habe bereits mehrere Leiterplatten entworfen, auch solche mit Netzspannung, aber niemals Nieder- und Hochspannung auf derselben Platine. Inzwischen Geben Sie hier die Bildbeschreibung einhabe ich ein Prototyp-Design, bei dem ich folgende Sicherheitsüberlegungen angestellt habe:

  • strikte Trennung (HV, links - LV, rechts, siehe Linie auf oberster Seidenschicht)
  • Verbindung HV-LV nur über Optotransistor/-triac (U1 und U2) und einen Schaltwandler U6 mit Trenntransformator
  • weiterer Schutz mit MOV(R6), Sicherung (F1) und Verwendung eines Snubberless Triac Q1
  • Kupferflächen des LV-Teils starten erst, nachdem zuletzt alles auf LV umgestellt ist

Da ich keine wirklichen Platzbeschränkungen habe, habe ich alles sehr übersichtlich gestaltet (Raster ist 1mm) und 2mm Leiterbahnen für die AC-Powerlines verwendet. Die Leiterplatte wird dann in einem mit PE verbundenen Metallgehäuse oder in einem aus Isoliermaterial montiert. Mein Hauptanliegen ist, dass es drei JST-Stecker auf der LV-Seite (U4,7,8) gibt, die mit Drehgebern, Bildschirmen usw. verbunden sind, die für den Benutzer zugänglich sind. Obwohl ich von der Isolierung auf der Leiterplatte überzeugt bin, wollte ich dennoch eine zweite Sicht auf das Design erhalten, insbesondere in Bezug auf die Verbindungen zu den für den Benutzer zugänglichen Funktionen. Sind in diesem Fall weitere Überlegungen anzustellen?

Jedes Feedback zu irgendeinem Teil des Designs ist willkommen!

Welche Geräte sind U1, U2 und U6? Ich würde in Betracht ziehen, N gegenüber der Erde mit dem gleichen Respekt zu behandeln, wie Sie L gegenüber der Erde behandeln.
Ist die Platzierung und das Anschlusslayout von P1 und P2 festgelegt? Oder können Sie sie ein wenig verschieben und L und N bei einem vertauschen?
Nein P1 und P2 sind nicht fixiert, würden Sie sie weiter auseinander platzieren? Ja, Sie könnten es gegen eines austauschen (ich nehme an, Sie würden es für kürzere Spuren tun), aber das L von P1 muss immer noch durch die Sicherung gehen.

Antworten (2)

Ich habe folgendes Feedback zu Ihrem Layout, grob geordnet nach Wichtigkeit:

  • Ihre PE-Spur ist viel zu dünn. Im Falle eines spannungsführenden Erdschlusses hinter Ihrer Platine besteht die Gefahr, dass diese Spur verdampft, bevor die Sicherung oder ein Leistungsschalter / GFCI auslöst. Sie wollen Netzspuren so kurz und so dick wie möglich; von diesen PE ist das wichtigste für die Sicherheit.
  • Sie könnten den Abstand zwischen den verschiedenen Hauptleitungen vergrößern. Die HV-LV-Isolation hat oberste Priorität, aber L-PE und N-PE sind ebenfalls wichtig, und wenn Sie es schaffen, ist auch die LN-Freigabe gut. Ich würde nach Möglichkeit mindestens 4 mm Abstand anstreben. Mir ist klar, dass das nicht überall möglich ist, aber es gibt Raum für Verbesserungen.
  • Erwägen Sie, einen Schlitz in der Leiterplatte unter U1 und U2 zwischen der HV- und der LV-Seite zu machen. Dadurch wird das Kriechen zwischen HV und LV weiter erhöht.
  • Netzspuren so kurz und fett wie möglich halten; um den Widerstand gering zu halten. Im Falle eines Fehlers möchten Sie einen niedrigen Widerstand, damit ein Unterbrecher / eine Sicherung entscheidend auslöst. Verwenden Sie gegebenenfalls obere und untere Spuren. Deine L-Spur ist für meinen Geschmack etwas zu lang. Spuren kurz zu halten hilft auch bei EMI. Ich würde priorisieren, die Spuren "auf dem Leistungspfad" (zwischen P1, P2, F1, Q1, R6) zu halten, gegenüber denen "auf dem Signalpfad" (mit R1, R4, R5, U1, U2).
  • Das Spiel zwischen den Stiften von Q1 ist besonders gering. Ich mag es, einen Fußabdruck mit weiter auseinander liegenden Pads zu verwenden und die Beine des Triacs vor dem Löten zu spreizen. Siehe zB diese Antwort .
  • Verwenden Sie große Stellflächen für R1 und R5 für Abstand und Verlustleistung? Sie können dazu auch mehrere kleinere Widerstände in Reihe schalten. Verwenden Sie Widerstände mit ähnlichen Werten, gehen Sie davon aus, dass sich die Spannung gleichmäßig über sie verteilt, damit Sie ihre Nennspannungen addieren und großzügig herabsetzen können. Wie ein Faktor 3 oder so.
Hallo Marcelm, danke für dein Feedback! Ich werde die Platine auf jeden Fall unter Berücksichtigung Ihrer Kommentare erneut besuchen. Besonders der Abstand des TO220-Pakets schien mir auch sehr klein zu sein, um damit zu beginnen ... R1 und R5 dienen der Strombegrenzung und nehmen jeweils etwa 0,57 W kontinuierlich (jeweils 27 kOhm) auf, und ich habe sie für 2 W ausgelegt. Ich dachte das würde reichen. Auch wollte ich sie nicht zu klein, damit ich sie noch leicht löten kann.

Ich habe Leiterplatten mit HV / LV-Split gedruckt und das Problem größtenteils vermieden, indem ich die Anforderungen für Abstand / Kriechen weit übertroffen und einen Trenntransformator verwendet habe. Ich bin sicher, Sie haben die Entfernungen bereits nachgeschlagen, aber hier ist eine Referenz:

https://www.smpspowersupply.com/ipc2221pcbclearance.html

Wenn Sie sich Sorgen darüber machen, dass Spikes Ihre Geräte durchbrennen und zum Benutzer zurückkehren, können Sie eine Inline-Sicherung dort hinzufügen, wo die HV eintrifft, und dann direkt danach einen Thyristor an Masse anschließen, um die Sicherung bei einer Spike auf Masse zu überbrücken. Es wird die Sicherung durchbrennen, um den Stromkreis zu isolieren.

Hallo Kent, danke oder dein Feedback! Um Spannungsspitzen abzufangen, habe ich bereits einen Varistor am Eingang platziert und es gibt eine Inline-Sicherung (f1), aber sie ist auch für die Last, also wahrscheinlich etwa 10A-16A. Ich bin mir nicht ganz sicher, wie Ihre Sicherungs-Thyristor-Kombination aussieht, aber ich würde mich freuen, etwas Ausführlicheres zu hören!
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