变压器设计隔离和安规距离---认证解读1-优快云博客

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核心要求解读：

保护隔离： 这是核心安全要求。设计必须确保危险电压（如市电 AC 输入、高压 DC 母线）与 SELV（安全特低电压）/PELV（保护特低电压）电路（如用户可接触的 USB 端口、控制板逻辑电平）之间具有可靠的电气隔离。这种隔离防止危险电压因故障（如绝缘击穿）窜入安全区域，造成电击风险。
爬电距离和电气间隙： 这是实现保护隔离的两个关键物理参数。
- 电气间隙： 两个导电部件之间最短的直线空气距离。它决定了空气介质不被击穿（产生电弧）的最小距离。
- 爬电距离： 两个导电部件之间沿绝缘材料表面的最短距离。它决定了沿表面不被污染（灰尘、湿气）导致漏电或闪络的最小距离。
以中间导电部分为界的分割： 这是允许的设计方法。如果无法在危险侧和安全侧之间直接提供足够的单一爬电距离或电气间隙，可以在两者之间插入一个接地的金属屏蔽层或隔离板。这个金属屏障将原本需要跨越的总距离分割成了两段：
- 一段在危险电压侧和金属屏蔽层之间。
- 另一段在金属屏蔽层和 SELV/PELV 侧之间。
分割后的要求： 分割后的每一段距离（爬电距离和电气间隙）都必须独立满足不小于 3.0mm 的要求。这个 3.0mm 是特定标准（如 IEC 60950, IEC 62368-1）针对加强绝缘等级在特定工作电压下（例如 300V RMS）的一个常见要求值。实际值需根据具体标准、污染等级和额定电压查表确定。

补充：

1. SELV 与 PELV 的核心区别

SELV (安全特低电压)
- 完全隔离系统：与大地及危险电压电路无任何电气连接（“悬浮系统”）。
- 输出端电压：≤ 60V DC 或 30V AC（潮湿环境要求更低）。
- 典型应用：手机充电器输出端、USB接口、隔离DC/DC模块输出。
- 安全机制：依赖双重绝缘/加强绝缘实现物理隔离。
PELV (保护特低电压)
- 允许接地连接：输出端电路可接地（如连接设备金属外壳或大地）。
- 电压限制：与SELV相同（≤60V DC/30V AC）。
- 典型应用：工业控制柜中的24V PLC模块（其负极常接地）、实验室设备逻辑地。
- 安全机制：接地提供故障保护路径（但初级-次级仍需基本绝缘隔离）。

设计影响：

SELV电路禁止接地，PELV可接地；
PELV接地时需确保接地连续性（如用低阻抗导线）；
两者初级-次级均需满足绝缘要求（如爬电距离/电气间隙≥3.0mm）。

设计实例说明：

场景： 设计一个 AC/DC 电源适配器（输入：220V AC，输出：5V DC USB）。

危险电压侧 (HV)： 220V AC 输入线路、整流后的高压 DC 母线（约 310V DC）、初级开关器件（MOSFET）的 Drain 极、变压器初级绕组。
SELV 侧 (LV)： 5V DC 输出线路、USB 端口触点、次级控制电路（如次级同步整流控制器）。
关键隔离屏障： 隔离变压器（核心部件）、光耦（反馈隔离）、Y 电容（连接初、次级地，需特殊认证）。

实例应用：

变压器隔离（核心屏障）：
- 问题： 变压器磁芯通常是金属（如铁氧体）。如果初级绕组和次级绕组都直接绕在同一个磁芯上，初级高压和次级低压之间的爬电距离/电气间隙可能很难直接满足 6mm 或更高的要求（具体值取决于标准）。
- 解决方案（应用分割原则）：
  - 在变压器初级绕组和次级绕组之间插入一层接地的铜箔屏蔽层（作为“中间导电部分”）。
  - 分割路径：
    - 路径1 (HV -> 屏蔽)： 测量初级绕组最外圈导线（或引脚）到铜箔屏蔽层表面的最短空气距离（电气间隙） 和沿骨架或胶带表面（爬电距离）。这两者都必须 ≥ 3.0mm。
    - 路径2 (屏蔽 -> LV)： 测量铜箔屏蔽层表面到次级绕组最外圈导线（或引脚）的最短空气距离（电气间隙） 和沿骨架或胶带表面（爬电距离）。这两者也都必须 ≥ 3.0mm。
  - 关键点： 铜箔屏蔽层必须可靠连接到保护地（PE）或功能地（FE），且接地路径阻抗足够低。这是它能够有效分割并承担一半隔离责任的前提。如果屏蔽层不接地或接地不良，它就失去了作为“分界点”的意义，总距离仍需按单一屏障考核（可能需要6mm或更大）。
PCB 布局隔离：
- 问题： 在电源的主 PCB 上，高压区域（如初级滤波电容、PWM IC 高压部分引脚）和低压区域（如 USB 输出插座、次级反馈电路）需要物理隔离。如果 PCB 空间紧张，直接在两个区域的走线或焊盘之间拉开 6mm 的距离可能有困难。
- 解决方案（应用分割原则）：
  - 在高压区和低压区之间的 PCB 开槽（增加空气间隙），并在槽的下方（PCB 另一面或内层）或上方放置一块接地的金属屏蔽片/板。
  - 分割路径：
    - 路径1 (HV -> 屏蔽)： 测量高压区最近的导体（如焊盘、走线）到金属屏蔽片边缘或表面的最短空气距离（跨越槽或空气） 和沿 PCB 表面（如果屏蔽片在另一面，则需考虑）的爬电距离。≥ 3.0mm。
    - 路径2 (屏蔽 -> LV)： 测量金属屏蔽片边缘或表面到低压区最近的导体的最短空气距离和爬电距离。≥ 3.0mm。
  - 关键点： 金属屏蔽片同样必须可靠接地。PCB 开槽的宽度也需要满足基本绝缘要求（通常 ≥ 1.0mm 或更大，具体看标准），并确保槽内无残留铜或污染物。
光耦隔离：
- 问题： 光耦本身提供了电气隔离，但其初级（连接高压侧）和次级（连接低压侧）引脚焊在 PCB 上，焊盘之间需要满足隔离要求。
- 解决方案（应用分割原则）：
  - 在光耦的初级引脚焊盘和次级引脚焊盘之间的 PCB 表层或内层走线层，铺设一块接地的铜皮（作为“中间导电部分”）。
  - 分割路径：
    - 路径1 (HV_Pin -> GND_Pour)： 测量光耦初级侧焊盘到该接地铜皮的电气间隙和爬电距离（在PCB表面）。≥ 3.0mm。
    - 路径2 (GND_Pour -> LV_Pin)： 测量该接地铜皮到光耦次级侧焊盘的电气间隙和爬电距离（在PCB表面）。≥ 3.0mm。
  - 关键点： 该接地铜皮必须良好连接到保护地或功能地，并且与光耦下方可能存在的其他内层布线保持足够的距离（防止通过内层间接缩短路径）。

重要注意事项：

接地可靠性： 中间导电部分（屏蔽层/板/铜箔）的可靠接地是分割原则有效性的绝对前提。接地不良会使该部分电位浮动，失去隔离作用，甚至可能成为故障点引入危险。
3.0mm 是示例值： 实际要求的爬电距离和电气间隙数值必须根据具体产品适用的安全标准（如 IEC 62368-1）、额定工作电压、污染等级（如 PCB 的污染等级 2）、材料组别（CTI 值）查表确定。3.0mm 是加强绝缘在常见条件下的典型值，但并非放之四海皆准。
独立考核： 分割后的两段距离是独立考核的。不能认为 1.5mm + 1.5mm = 3.0mm 就满足要求。每一段都必须各自 ≥ 3.0mm（或标准要求的数值）。
绝缘材料： 分割路径经过的绝缘材料（如变压器骨架、PCB 基材、胶带）的耐压性能和抗污染能力（CTI 值） 必须满足对应绝缘等级的要求。
生产一致性： 设计必须保证在批量生产中，元件公差、组装工艺（如变压器绕线精度、屏蔽层安装位置）不会导致分割后的距离低于最小值。

总结：

这段话的核心思想是允许使用接地的金属屏障将危险侧与安全侧之间的隔离屏障“一分为二”。这种设计方法为在有限空间内满足严格的安全隔离要求（特别是爬电距离）提供了灵活性。但硬件工程师必须严格确保：

屏障可靠接地。
分割后的每一段距离（爬电距离和电气间隙）都独立满足标准规定的数值（如示例中的 ≥ 3.0mm）。
绝缘材料性能达标。
生产制程可控。

变压器设计隔离和安规距离---认证解读1

核心要求解读：

设计实例说明：

实例应用：

变压器隔离（核心屏障）：

PCB 布局隔离：

光耦隔离：

重要注意事项：