浪涌测试产生电弧
对产品进行了完整的EMC测试,其中在做符合EN 55014-1(辐射)和55014-2(抗干扰)标准测试时,发生了一件事情,注意到了在应用差模浪涌测试时听到了电击声。拆下外壳,在一次1kV浪涌发生期间成功地用相机捕捉到了上图所示的电弧。
为了进一步发现和分析问题,把R1这颗电阻拆下来。通过图片我们可以很明显的看到,电阻与PCB电路板之间产生的电弧,已经把电路板灼烧成黑色了,很明显,电阻本身和其下方的电路产生了耦合,从而产生了电弧。
原因分析及整改方法
通过分析原理图发现,出现这个问题是因为电阻R1是与带电相串联,下面的走线铜箔是连接到中性相的。当电阻以这种形式安装到PCB上时,电阻在带电和中性之间只存在其外部绝缘了。通过查看产品的相关电气安全标准,要求基本绝缘和功能绝缘的最小间隙(气隙)为1.5mm。
知道了电弧产生的原因之后,我们就可以针对性的进行整改。可以通过在电阻器下方加高螺柱或者垫片来使其与PCB板保持一定距离。但这样做会接近VDR1和Q4,这两个器件,所以还要想办法通过布局或者是别的制造工艺来保持电气间隙,大概率是需要重新规划PCB板子的layout。
总结:
从这一发现中得到的教训是,在审核PCB的时候不能从2维的角度去考虑问题。也就是说不光要看PCB图本身,可以理解成gerber。也要从3维的角度,也就是立体的思维去考虑一些问题,例如电气间隙,爬电距离等问题。所以之前大家会问,PCB软件为什么要提供3D视角,完全是没必要的。现在可以看到,PCB软件提供3D视图除了能帮助我们在和结构做安装适配的时候提供必要的参考,其实在电子电气设计方面给我们提供了丰富的视角去帮助设计者在设计审核阶段的时候能够提前发现一些问题,避免重新设计,浪费资源,主要是项目相关进度。