安规面试宝典二十一 - 实践

一、安规常用术语

1、工作绝缘（或功能绝缘） functional insulation

仅为设备正常工作所需的绝缘。所定义的功能绝缘并不起防电击的 作用。

2、 主要绝缘 basic insulation 对防电击提供主要保护的绝缘。

3、附加绝缘 supplementary insulation

除主要绝缘以外施加的独立的绝缘，用以在基本绝缘一旦失效时仍 能防止电击。

4、双重绝缘 double insulation

由核心绝缘加上附加绝缘组合构成的绝缘。

5、加强绝缘 reinforced insulation

一种单一的绝缘结构，在本标准规定的条件下，其所提供的防电击 的保护相当于双重绝缘。

6、一次电路 primary circuit

直接与 AC 电网电源连接的电路。例如：与 AC 电网电源连接的装置， 变压器、电动机、其它负载装置初级绕组，以及与电网连接的各种 装置。

7、二次电路 secondary circuit

不与一次电路直接连接，而是由变压器、变换器或等效的隔离装置 供电或只用电池供电的一种电路。

8、电气间隙 clearance

在两个导电零部件之间或导电零部件与设备界面之间测得的最短空 间距离。

二、爬电距离

三、海拔高度 altitude

设备工作所在位置相对海平面的落差。在IEC60950-1中，默认的设 备工作的最大海拔高度为2000m，如果设计要求设备工作的最大海拔 高度高于2000m，则设计电气间隙的时候要在2000m下要求的最小电 击间隙的基础上乘以一个系数

一般规则：在1000米的海拔高度，标准爬电距离应该增加10%。例如，如果设计要求是在海拔1000米以上，250V电压的最小爬电距离由原来的3mm提升到3.3mm。 对于有连接保护地的导体，我们许可设置为基本绝缘。基于这个观 点，在PE，金属外壳，金属固定件周围，我们一般都应该设置为基本绝缘

四、安规测试内容

在PCB的安规测试中，关键目标是确保电路板在电气、热、机械等条件下的安全性和可靠性。以下是一些常见的PCB安规测试内容及其相关参数数据：

1. **耐压测试 (Hi-Pot Test)**

- **目的**：检测PCB绝缘层的耐电压性能，防止电气击穿或漏电。

- **测试方法**：在PCB的导体之间施加高于其工作电压的电压，一般使用交流或直流电。

- **参数**：

- **测试电压**：常用为工作电压的1.5-2倍。

- **测试时间**：1分钟（可以根据标准要求调整）。

- **最大测试电压**：一般不超过2-3kV，具体取决于应用。

2. **电气间隙和爬电距离测试**

- **目的**：确保设计的电气间隙和爬电距离符合安全标准，防止高电压引起的电弧或击穿。

- **参数**：

- **电气间隙**：根据工作电压不同，通常见于表格中。例如：150V以下：1mm以上；300V：1.5mm；500V：3mm。

- **爬电距离**：150V以下 >= 3mm，500V >= 6mm，以确保足够的绝缘性。

3. **绝缘电阻测试**

- **目的**：测量PCB绝缘层的电阻，评估其绝缘性能。

- **测试方法**：应用绝缘电阻测试仪（如兆欧表），在一定电压下测量电路板导体间的电阻。

- **参数**：

- **测试电压**：通常使用100V到500V，具体取决于设备的额定电压。

- **绝缘电阻**：应不低于 10 MΩ，且越高越好。

4. **漏电流测试**

- **目的**：测量通过绝缘层的漏电流，确保在正常工作条件下漏电流不会导致安全隐患。

- **测试方法**：施加规定电压并测量漏电流。

- **参数**：

- **测试电压**：与耐压测试相同，通常为额定电压的1.5倍。

- **漏电流限制**：如UL 60950规定，漏电流应小于0.5mA（对于双重绝缘要求）。

5. **温度循环测试**

- **目的**：验证PCB在不同温度环境下的稳定性和可靠性。

- **测试方法**：将PCB置于温度环境箱，进行高温和低温循环。

- **参数**：

- **高温**：通常85°C或更高

- **低温**：-20°C 或 -40°C

- **循环次数**：一般为10-20次。

6. **湿热测试**

- **目的**：评估PCB在湿热条件下的性能和可靠性。

- **测试方法**：将PCB放置在高温高湿环境中，通常在一个环境箱中。

- **参数**：

- **温度**：通常为 40°C

- **湿度**：通常为 93% RH

- **持续时间**：长达 1000小时。

7. **震动和冲击测试**（加速度10g）

- **目的**：测试PCB在物理震动和冲击下的耐受能力。

- **测试方法**：将PCB放在震动台上，进行频率和幅度的测试。

- **参数**：

- **震动频率**：一般从 10Hz 到 2000Hz。

- **冲击幅度**：通常依据产品要求设置。

8. **电磁兼容性（EMC）测试**

- **目的**：确保PCB在不同电磁干扰环境下性能稳定。

- **测试内容**：

- **辐射发射测试**（如：EMI测试）

- **抗干扰能力测试**

- **参数**：

- **不规则电磁辐射边界**：依照标准规定，通常为30 dBμV/m。

五、PCB设计安规事项

1. **电气间隙和爬电距离**

- **电气间隙**：

- **定义**：两导体之间的最小距离。

- **参数**：

- 对于250V以下的应用，建议电气间隙不小于1.5mm。

- 对于更高电压（如500V），建议电气间隙至少为3mm。

- 具体数值应依据标准（如IEC 60664-1）和应用环境的污染程度。

- **爬电距离**：

- **定义**：沿着绝缘介质表面的最短路径。

- **参数**：

- 对于250V的应用，爬电距离通常要求≥3mm。

- 在更高电压下（如500V），应设计爬电距离大于6mm。

- 爬电距离的标准可以参考IEC 60664。

2. **绝缘设计**

- 选择适合的绝缘材料（如FR-4、聚酰亚胺等），确保具备良好的耐电压性能和热稳定性。

- **介电强度**：

- 材料的介电强度一般应该在1.5kV/mm以上，以防止电气击穿。

3. **铜厚度和走线设计**

- **铜厚度**：

- 根据电流要求选择合适的铜厚度，常见铜厚度为1盎司（约35微米）或2盎司(约70微米)。

- 设计走线宽度需按照IPC-2221标准进行计算，电流密度通常不应超过1A/mm²

- **走线宽度**：

- 计算走线宽度时，考虑温升和所需的电流额定值，确保走线不超过推荐的温度範围。

4. **接地设计**

- **完整接地平面**：利用接地平面以降低电磁干扰，增强电路的稳定性。

- **接地点设计**：确保接地点避免环路接地，以降低干扰。

5. **过流保护**

- **保险丝**或**熔断器**设计，应该考虑额定电流，确保在过流情况下切断电源。

- 建议的保险丝应根据实际电流需求选择，一般二次保护的额定值应在额定工作电流的125%-150%之间。

6. **热管理设计**

- 设计散热通道和散热器，以防止组件过热，导致失效。

- **温升**：设计中应考虑组件的额定工作温度，例如，常见的PCB工作温度范围是-40°C到+85°C。

7. **焊接和连接**

- **焊接工艺**：应遵循IPC的焊接标准，确保焊接强度和可靠性。

- **连接器选择**：选择符合UL认证或IEC标准的连接器，确保其耐久性和安全性。

8. **放电和防静电设计**

- 在高压电路和敏感器件附近，设计适当的放电路径以防止静电放电（ESD）损伤。

- 应用ESD保护器件，确保满载工作时具有抗干扰能力。

9. **合规性和认证**

- 根据目标市场的要求，确保PCB设计符合相关的国际安全标准，如UL, CE, RoHS等。

- 设计中需提前考虑认证流程，并确保所有元器件及材料符合标准。

10. **标识和符号**

- 在PCB上标识安全相关信息，提供警告标志如“高压区”、“不透光区域”等，以提高安全意识。

六、逆变器的安全规范要求涉及多个方面，包括电气安全、机械安全、环境适应性和电磁兼容性等。以下是一些关键参数和标准的详细说明，以确保逆变器的安全运行：

1. **电气安全**

- **绝缘电阻**

- 应达到：≥ 100 MΩ（在500 VDC下测量）。

- **耐压测试**

- 输入与输出之间、输入与机壳、输出与机壳之间的耐压测试值通常应在2500 VDC（1分钟）或更高，具体要求根据标准而定（如IEC 62109）。

- **过电压保护**

- 应具备比额定输出高1.5倍的过电压保护能力（例如，对于一个300V的逆变器，承受电压应≥ 450 V）。

- 使用浪涌保护器（SPD）以防止雷击或电源波动。

- **漏电流**

- 在正常工作状态下漏电流应小于30 mA（符合IEC 62109的要求）。

2. **机械安全**

- **防护等级**

- 要求至少为**IP65**，可防止灰尘完全进入并能承受浸水影响。

- **工作温度范围**

- 通常在-40°C到+70°C之间，设计应考虑散热，以保持内部温度在安全范围内。

- **震动与冲击**

- 应符合IEC 60068-2-6（震动）和IEC 60068-2-27（冲击），测试条件应根据设备的应用场景进行评估。

3. **功能安全**

- **短路和过载保护**

- 逆变器应能够在短路发生时切断输出，响应时间应在毫秒级别。

- 过载保护应设定在额定输出的110% - 150%之间，能够持续时间≥1分钟。

- **温度保护**

- 内部温度应有监测框架，当温度超过设计值（如85°C时）应自动降低其输出或停机。

4. **电磁兼容性（EMC）**

- **电磁干扰（EMI）**

- 逆变器应符合**EN 55022**或**CISPR 22**标准，通常限值为**Class B**，以控制传导和辐射的干扰。

- **抗干扰能力**

- 应符合**EN 61000-6-1 和 EN 61000-6-3**，测量的环境应具备抗静电放电、飞快瞬变脉冲、浪涌等。

5. **并网要求**

- **频率及电压范围**

- 应符合**IEEE 1547**标准，通常要求在设定频率（50/60 Hz）上下±3%内稳定运行。

- **相序故障保护**

- 逆变器应具备相序监测功能，反向相序时应自动切断电源。

6. **耐环境性**

- **工作湿度范围**

- 建议在0%至100%相对湿度下能够正常工作，具备防潮措施。

- **抗腐蚀能力**

- 针对海洋或化学腐蚀环境，逆变器应采取防腐设计（如镀锌或使用防腐材料）。

7.总结

上述参数和安全规范要求是设计和测试逆变器时必须遵循的重点标准。不同地区和行业可能有特定的附加要求，设计者需要根据具体应用和目标市场来选择适用的标准和参数。遵守这些规范是确保逆变器安全、可靠并具备良好性能的基础。

七、ipc标准

具体的指导原则：1.1 基于铜箔厚度对于不同铜箔厚度，IPC-2221推荐的最小线宽如下表所示（单位：mil，1mil = 0.0254mm）：就是IPC-6012（而非IPC-620）是关于刚性印制板的性能规范，而IPC-2221则是提供PCB设计指南的标准。您可能是指IPC-2221《Generic Standard on Printed Board Design》中关于线宽和线距的规定。然而，为了更准确地回答您的问题，并考虑到可能的混淆，我将详细描述IPC-2221中关于线宽和线距的规定，以及IPC-6012中相关的性能要求。IPC-2221 中关于线宽和线距的规定1. 最小线宽 (Minimum Trace Width)IPC-2221提供了基于不同条件下的最小线宽建议值。这些条件包括铜箔厚度、工作电流、温升限制等。以下

铜箔厚度 (oz) 内层最小线宽 (mil) 外层最小线宽 (mil)

0.5 3 4

1 4 5

2 6 7

1.2 基于电流承载能力除了上述标准值外，还需要根据实际工作电流来确定最小线宽。IPC-2221提供了基于温升的电流承载能力图表，许可根据最大允许温升查找相应的最小线宽。例如：

•1 oz铜箔，最大温升10°C时：

•对于1A电流，推荐最小线宽约为10 mil。

•对于2A电流，推荐最小线宽约为18 mil。

•2 oz铜箔，最大温升10°C时：

•对于1A电流，推荐最小线宽约为7 mil。

•对于2A电流，推荐最小线宽约为12 mil。

2. 最小线距 (Minimum Spacing)最小线距是指相邻导电走线之间的最短距离，它对于防止短路和其他电气故障至关重要。IPC-2221同样给予了基于不同条件下的最小线距建议值：2.1 基于电压等级不同的电压等级对应不同的最小线距要求，以确保足够的电气间隙。例如：

•低压电路 (< 30V DC 或 < 60V AC)：最小线距可以较小，通常为4-5 mil。

•中压电路 (30V - 250V DC 或 60V - 300V AC)：需要更大的线距，通常为8-10 mil或更多。

•高压电路 (> 250V DC 或 > 300V AC)：必须保持更大的线距，通常超过20 mil，具体取决于最高工作电压。

关于刚性印制板制造的性能规范，它规定了成品PCB应满足的质量标准。虽然它不直接涉及设计规则，但其中包含了一些与线宽和线距相关的性能要求，以确保PCB在制造过程中能够保持其设计意图。1. 线宽公差IPC-6012定义了线宽的公差范围，以确保最终产品符合设计规格。例如：就是2.2 基于环境条件如果PCB将在恶劣环境中使用（如高湿度、污染严重的工业环境），则应增加最小线距以提高可靠性。此外，对于高频电路或差分对布线，也得考虑电磁兼容性和信号完整性要求，适当增加线距。IPC-6012 中关于线宽和线距的性能要求IPC-6012

•普通精度：±10% 或 ±5 mil（取较大值）

•高精度：±7.5% 或 ±3 mil（取较大值）

2. 线距公差同样，IPC-6012也定义了线距的公差范围，以确保相邻导电路径之间有足够的电气间隙。例如：

•普通精度：±10% 或 ±5 mil（取较大值）

•高精度：±7.5% 或 ±3 mil（取较大值）

3. 测试与验证为了确保线宽和线距符合规定，IPC-6012还规定了一系列测试方法，包括光学测量、显微镜检查、X射线检测等。制造商应在生产过程中定期进行这些测试，以保证产品质量。实例应用假设您正在设计一块具备FPGA的高速数字板，并希望确保其符合IPC-2221和IPC-6012标准：

1. 选择铜箔厚度：假设使用1 oz铜箔。

2. 确定工作电流：假设某条关键信号路径的最大电流为1A。

3. 查找最小线宽：根据IPC-2221提供的图表，在最大温升10°C的情况下，推荐最小线宽约为10 mil。

4. 验证制造能力：与制造商确认他们能否支持这样的线宽，并了解是否有额外的工艺要求或建议。

5. 设置线距：根据工作电压和环境条件，选择适当的最小线距。例如，对于低压数字电路，能够选择8 mil的线距。

6. 确保公差控制：根据IPC-6012的要求，设定线宽和线距的公差范围，确保最终产品符合设计规格。

通过以上步骤，您可以确保PCB设计不仅符合IPC-2221的设计指南，而且能够在制造过程中保持高质量，符合IPC-6012的性能标准。若是有任何具体挑战或者需更深入的信息，请随时告知！内容由AI生成

八、打样板制造标准

IPC标准（国际电工委员会，为电子行业广泛依照的标准）：

IPC-6012：PCB的制造和质量等级标准

Class 1：一般电子设备，最宽松；功能验证和教育用途

Class 2：商业和工业级设备，要求较高的品质

Class 3：医疗、航空、军事等高可靠性领域，要求最高品质

九、pcb设计参考哪些标准

一、布局布线（Layout & Routing）

1. **IPC标准**

- **IPC-2221**：通用PCB设计标准，涵盖布局、布线、间距、电气和热设计等基本要求。

- 导线宽度与电流承载能力的关系。

- 信号线与电源/地线的间距要求。

- 高频信号的阻抗控制（如微带线、带状线）。

- **IPC-7351**：元器件封装和焊盘设计标准，影响布局的密度和可制造性。

- **IPC-2141**：高速信号布线指南（如差分对、信号完整性）。

2. **高速设计标准**

- **IEEE/ANSI标准**：如IEEE 802.3（以太网）、PCI-SIG（PCIe）等，规定特定接口的布线规则。

- **信号完整性（SI）要求**：

- 控制阻抗（如50Ω单端、100Ω差分）。

- 等长布线（对高速总线如DDR、USB等）。

- 避免直角走线以减少反射。

3. **EMC/EMI设计**

- 地平面完整性，避免地环路。

- 敏感信号（如时钟线）的屏蔽和隔离。

- 电源去耦电容的合理布局。

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二、测试点（Test Points）

1. **IPC-9252**：电路板测试性设计指南。

- 测试点间距：通常≥1.27mm（50mil），避免探针短路。

- 测试点直径：建议≥0.8mm（32mil），确保探针可靠接触。

- 测试点位置：

- 优先放置在非焊接面（如底层）。

- 避免靠近高大元件或散热器。

2. **DFT（Design for Testability）原则**

- 关键信号（如电源、地、时钟）必须提供测试点。

- 测试点均匀分布，避免集中在一侧。

- 测试点需与周围元件保持安全间距（如≥2mm）。

3. **特殊要求**

- 高速信号测试点需考虑阻抗匹配（如通过短引线引出）。

- 高压或大电流测试点需加大焊盘尺寸。

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三、过孔（Vias）

1. **IPC-2221**

- 过孔孔径与板厚比例：推荐孔径≥板厚的1/8（避免钻孔难度过高）。

- 过孔与导线/焊盘的间距：通常≥0.2mm（8mil）。

2. **高速信号过孔设计**

- 减少过孔残桩（Stub）：依据背钻（Back Drilling）或盲埋孔（HDI设计）。

- 过孔阻抗匹配：通过调整反焊盘（Anti-pad）尺寸。

3. **热管理过孔**

- 大电流或高发热区域（如电源模块）需增加过孔阵列辅助散热。

- 过孔填充（Via Fill）：用导电或非导电材料填充以提高可靠性。

4. **IPC-4761**

- 过孔保护类型（如Tenting、Plugging、Capping）的选择标准。

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四、其他通用标准

1. **可制造性（DFM）要求**

- 最小线宽/线距（如常规设计为4/4mil，高密度设计可能为3/3mil）。

- 阻焊层开窗尺寸（通常比焊盘大0.1mm）。

2. **高可靠性领域**

- **IPC-6012**：刚性PCB的资格与性能规范（如Class 2/3用于汽车、航天）。

- **MIL-STD-275**：军用PCB设计要求（如更严格的间距和可靠性测试）。