今天咱们来聊聊什么是爬电距离和电气间隙哈。先说说电气间隙，简单讲就是两个导电的部件之间，或者导电部件和设备用来防护的那个界面之间，能测量出来的最短的空间距离。这个距离很关键哦，它是在能保证电气性能又稳定又安全的前提下，靠空气来实现绝缘的最短距离。也就是说，有了这个距离，电在空气里跑的时候才不会出乱子，不会随便跑到不该去的地方，保证我们用电安全和设备正常工作。 再来说说爬电距离，它呢，是沿着绝缘材料的表面去测量的，是两个导电部件之间或者导电部件与设备防护界面之间的最短路径。为啥叫 “爬电” 距离呢？就是在不同的使用情况下呀，导体周围的绝缘材料会被电极化，这就会让绝缘材料好像带上了电一样，形成一个带电的区域，这个带电区域的半径就是我们说的爬电距离啦。 好啦，现在大家知道了什么是爬电距离和电气间隙，那它们到底是怎么计算的呢？下面我就来给大家详细讲讲。 一般来说，爬电距离要求的数值比电气间隙要求的数值要大，布线时须同时满足这两者的要求（即要考虑表面的距离，还要考虑空间的距离），开槽（槽宽应大于1mm）只能增加表面距离即爬电距离而不能增加电气间隙。 所以当电气间隙不够时，开槽是不能解决这个问题的，开槽时要注意槽的位置、长短是否合适，以满足爬电距离的要求。 元件及PCB 的电气隔离距离 （电气隔离距离指电气间隙和爬电距离的综合考虑）对于Ⅰ类设备的开关电源 ● 一类设备：采用基本绝缘和保护接地来进行防电击保护的设备。（外壳接地的开关电源属于此类设备）； ● 二类设备：采用不仅仅依靠基本绝缘的其它方式（如采用双重绝缘或加强绝缘）来进行防电击保护的设备； ● 三类设备：不会产生电击的危险的设备）,在元件及PCB 板上的隔离距离如下：（下列数值未包括裕量）。 a、对于AC—DC 电源（以不含有PFC 电路及输入额定电压范围为100-240V～为例） b、对于AC—DC 电源（以含有PFC 电路及输入额定电压范围为100-240V～为例） c、对于DC—DC 电源（以输入额定电压范围为36-76V 为例） 一、变压器内部的电气隔离距离 变压器内部的电气隔离距离是指变压器两边的挡墙宽度的总和，如果变压器挡墙的宽度为3mm，那么变压器的电气隔离距离值为6mm（两边的挡墙宽度相同）。 如果变压器没有挡墙，那么变压器的隔离距离就等于所用胶纸的厚度。另外，对于AC-DC 电源，变压器初、次间绕组应用三层胶纸隔离，DC-DC 电源，可只用二层胶纸隔离。 下列数值未包括裕量： 注：变压器的引脚如果没有套上绝缘套管，那么在引脚处的隔离距离可能也仅为胶纸加挡墙的厚度，所以变压器的引脚需要套上绝缘套管且套管要穿过挡墙。 空间距离(Creepage distance)：在两个导电组件之间或是导电组件与物体界面之间经由空气分离测得最短直线距离; 沿面距离(clearance)：沿绝缘表面测得两个导电组件之间或是导电组件与物体界面之间的最短距离. 沿面距离(clearance)不满足标准要求距离时：PCB 板上可采取两个导电组件之间开槽的方法，导电组件与外壳、可触及部分之间距离不够，则可将导电组件用绝缘材料包住。 将导电组件用绝缘材料包住既解决了空间距离(Creepage distance)也解决了沿面距离(clearance)问题，此方法一般用在电源板上变压器和周边组件之间距离不够时，将变压器包住。 另外可在不影响产品功能的情况下适当降低两导体之间的电压差。 二、电气间隙的决定 根据测量的工作电压及绝缘等级，即可决定距离 一次侧线路之电气间隙尺寸要求，见表3 及表4 二次侧线路之电气间隙尺寸要求通常：一次侧交流部分：保险丝前L—N≥2.5mm，L.N PE（大地）≥2.5mm，保险丝装置之后可不做要求，但尽可能保持一定距离以避免发生短路损坏电源。 一次侧交流对直流部分≥2.0mm 一次侧直流地对大地≥2.5mm （一次侧浮接地对大地） 一次侧部分对二次侧部分≥4.0mm，跨接于一二次侧之间之元器件 二次侧部分之电隙间隙≥0.5mm 即可 二次侧地对大地≥1.0mm 即可 附注：决定是否符合要求前，内部零件应先施于10N 力，外壳施以30N 力，以减少其距离，使确认为最糟情况下，空间距离仍符合规定。 三、爬电距离的决定 通常： （1）一次侧交流部分：保险丝前L—N≥2.5mm，L.N 大地≥2.5mm，保险丝之后可不做要求，但尽量保持一定距离以避免短路损坏电源。 （2）一次侧交流对直流部分≥2.0mm （3）一次侧直流地对地≥4.0mm 如一次侧地对大地 （4）一次侧对二次侧≥6.4mm，如光耦、Y 电容等元器零件脚间距≤6.4mm 要开槽。 （5）二次侧部分之间≥0.5mm 即可 （6）二次侧地对大地≥2.0mm 以上 （7）变压器两级间≥8.0mm 以上 四、绝缘穿透距离 应根据工作电压和绝缘应用场合符合下列规定： ——对工作电压不超过50V（71V 交流峰值或直流值），无厚度要求； ——附加绝缘最小厚度应为0.4mm； ——当加强绝缘不承受在正常温度下可能会导致该绝缘材料变形或性能降低的任何机械应力时的，则该加强绝缘的最小厚度应为0.4mm。 如果所提供的绝缘是用在设备保护外壳内，而且在操作人员维护时不会受到磕碰或擦伤，并且属于如下任一种情况，则上述要求不适用于不论其厚度如何的薄层绝缘材料； ——对附加绝缘，至少使用两层材料，其中的每一层材料能通过对附加绝缘的抗电强度试验； ——由三层材料构成的附加绝缘，其中任意两层材料的组合都能通过附加绝缘的抗电强度试验； ——对加强绝缘，至少使用两层材料，其中的每一层材料能通过对加强绝缘的抗电强度试验； ——由三层绝缘材料构成的加强绝缘，其中任意两层材料的组合都能通过加强绝缘的抗电强度试验。 五、有关于布线工艺注意点 如电容等平贴元件，必须平贴，不用点胶如两导体在施以10N 力可使距离缩短，小于安规距离要求时，可点胶固定此零件，保证其电气间隙。 有的外壳设备内铺PVC 胶片时，应注意保证安规距离（注意加工工艺）零件点胶固定注意不可使PCB 板上有胶丝等异物。 在加工零件时，应不引起绝缘破坏。 六、有关于防燃材料要求 热缩套管V—1 或VTM—2 以上；PVC 套管V—1 或VTM—2 以上 铁氟龙套管V—1 或VTM—2 以上；塑胶材质如硅胶片，绝缘胶带V—1 或VTM—2 以上 PCB 板94V—1 以上 七、有关于绝缘等级 （1）工作绝缘：设备正常工作所需的绝缘 （2）基本绝缘：对防电击提供基本保护的绝缘 （3）附加绝缘：除基本绝缘以外另施加的独*立绝缘，用以保护在基本绝缘一旦失效时仍能防止电击 （4）双重绝缘：由基本绝缘加上附加绝缘构成的绝缘 （5）加强绝缘：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等级相当于双重绝缘 八、爬电距离的确定 首先需要确定绝缘的种类： 基本绝缘：一次电路与保护地 工作绝缘① ：一次电路内部；二次电路内部 工作绝缘② ：输入部分（输入继电器之前）内部，二次电路与保护地 加强绝缘：一次电路与二次电路；输入部分与一次电路；充电板输出与内部线路再查看线路，确定线路之间的电压差 表一：爬电距离 最后，从下表中查出对应的爬电距离 表二爬电距离（适用于基本绝缘、工作绝缘② 、加强绝缘） 九、电气间隙的确定 首先需要确定绝缘的种类： 基本绝缘：一次电路与保护地 工作绝缘① ：一次电路内部；二次电路内部 工作绝缘② ：输入部分（输入继电器之前）内部，二次电路与保护地 加强绝缘：一次电路与二次电路；输入部分对一次电路；充电板输出与内部电路再查看线路，确定线路之间的电压差 最后，从下表中查出对应的电气间隙 表三电气间隙（适用于一次电路与二次电路间、一次电路内、输入电路、输入电路与其他电路） 十、设定爬电距离及电气间隙的基本步骤 1、确定电气间隙步骤 确定工作电压峰值和有效值； 确定设备的供电电压和供电设施类别； 根据过电压类别来确定进入设备的瞬态过电压大小；' 确定设备的污染等级（一般设备为污染等级2）； 确定电气间隙跨接的绝缘类型（功能绝缘、基本绝缘、附加绝缘、加强绝缘）。 2、确定爬电距离步骤 确定工作电压的有效值或直流值； 确定材料组别（根据相比漏电起痕指数，其划分为：Ⅰ组材料，Ⅱ组材料，Ⅲa组材料, Ⅲb 组材料。注：如不知道材料组别，假定材料为Ⅲb 组）； 确定污染等级； 确定绝缘类型（功能绝缘、基本绝缘、附加绝缘、加强绝缘）。 3、确定电气间隙要求值 根据测量的工作电压及绝缘等级，查表（ 4943：2H 和2J 和2K，60065-2001表：表8 和表9 和表10） 检索所需的电气间隙即可决定距离；作为电气间隙替代的方法，4943 使用附录G 替换，60065-2001 使用附录J 替换。 GB 8898-2001：电器间隙考虑的主要因素是工作电压，查图9 来确定。（对和电压有效值在220-250V 范围内的电网电源导电连接的零部件，这些数值等于354V峰值电压所对应的那些数值：基本绝缘3.0mm ,加强绝缘6.0mm） 4、确定爬电距离要求值 根据工作电压、绝缘等级及材料组别，查表(GB 4943 为表2L，65-2001 中为表11）确定爬电距离数值，如工作电压数值在表两个电压范围之间时，需要使用内差法计算其爬电距离。 GB 8898-2001 其判定数值等于电气间隙，如满足下列三个条件，电气间隙和爬电距离加强绝缘可减少2mm,基本绝缘可减少1mm： 1）这些爬电距离和电气间隙会受外力而减小，但它们不处在外壳的可触及导电零部件与危险带电零部件之间； 2）它们靠刚性结构保持不变； 3）它们的绝缘特性不会因设备内部产生的灰尘而受到严重影响。 *注意：但直接与电网电源连接的不同极性的零部件间的绝缘，爬电距离和电气间隙不允许减小。基本绝缘和附加绝缘即使不满足爬电距离和电气间隙的要求，只要短路该绝缘，设备仍满足标准要求，则是可以接受的（ 8898 中4.3.1 条）。 *GB 4943 中只有功能绝缘的电气间隙和爬电距离可以减小，但必须满足标准5.3.4 规定的高压或短路试验。 5、确定爬电距离和电气间隙注意 可动零部件应使其处在最不利的位置； 爬电距离值不能小于电气间隙值； 承受了机械应力试验。
在电子产品的设计过程中，PCB（印刷电路板）设计是至关重要的一步，而布局则是PCB设计的核心环节。布局结果的好坏将直接影响布线的效果，因此可以毫不夸张地说，合理的布局是PCB设计成功的第一步。首先是心理层面破除完美主义（工程师常见病），其次是建立可操作的决策框架（把六诫工具化），最后是具体冲突场景的解法（高频/热/EMC等）。 一、明确优先级：重要的事情优先做 在开始布局之前，我们需要明确一个重要的原则：不是所有规则都同等重要。在众多的设计要求中，高速信号、大功率器件以及微弱信号的处理是重中之重。高速信号的走线需要特别注意，因为它们对信号完整性要求极高，任何微小的干扰都可能导致信号失真甚至系统故障。大功率器件则需要考虑散热和电源管理，避免因过热或电源不足而损坏。而微弱信号部分，如传感器信号，需要精心保护，防止受到其他强信号的干扰。只有优先处理好这些关键部分，才能确保整个电路板的稳定性和可靠性。 五、基于物理定律布局布线：经验主义不可取 在布局布线时，不能仅仅依赖经验之谈，而应基于物理定律进行设计。PCB走线的实际阻抗和空间耦合强度是两个关键因素。走线的阻抗会影响信号的传输质量和电源的稳定性，而空间耦合则可能导致信号之间的干扰。例如，高速信号走线需要保持一定的间距，以避免信号之间的串扰；电源线和地线的阻抗也需要尽量降低，以减少电压降和电磁干扰。通过合理计算和设计，确保走线的阻抗符合设计要求，同时最大限度地减少空间耦合的影响，是实现高质量PCB设计的基础。 要在心中构建一个板子上的电磁场。 六、理顺电源树与时钟树：电源和时钟是基础 电源树的布局对于整个电路板的稳定性至关重要。电源树的结构决定了电源的分配和管理，合理的电源树布局可以有效减少电源噪声的传播。同时，时钟信号的布局也需要特别注意。时钟信号是数字电路的同步信号，其质量和稳定性直接影响到整个系统的性能。高速走线的关联关系也需要仔细考虑，例如，差分信号对需要保持等长和等距，以确保信号的同步传输。通过理顺电源树、时钟关系以及高速走线的关联关系，可以有效提高电路板的信号完整性和可靠性。 七、高速走线预留参考平面：信号完整性保障 在高速信号走线时，预留参考平面的位置是必不可少的。参考平面可以为高速信号提供稳定的参考电平，减少信号的反射和干扰。例如，在差分信号对的走线中，参考平面可以有效降低差分信号之间的串扰，提高信号的质量。同时，参考平面还可以作为电源和地的参考，进一步优化电路板的电磁兼容性。因此，在布局高速信号走线时，一定要预留足够的空间用于参考平面的设计，确保信号的完整性和稳定性。 八、去耦电容靠近用电侧：稳定电源的关键 去耦电容在PCB设计中扮演着至关重要的角色。无论是模拟器件还是数字器件，都需要在电源引脚附近连接一个旁路电容，通常电容值为0.1μF。去耦电容的作用是为器件提供稳定的电源，减少电源噪声的干扰。对于模拟电路，旁路电容可以旁路电源上的高频信号，防止这些高频信号进入敏感的模拟芯片，从而避免信号路径上的噪声引入。对于数字电路，去耦电容则作为“微型”电荷库，在数字器件执行开关动作时提供额外的电荷，防止电源电压发生大的变化，避免数字信号电平进入不确定状态。因此，去耦电容必须尽量靠近器件的电源引脚，引脚尽量短，以减小走线的感抗，确保其能够有效地发挥去耦作用。 电源时钟连接器，还有定位孔等确定性的组件放置之后，重点看以SoC或者MCU或者CPU、GPU为核心的芯片组成的小系统。这个小系统包括处理器周边所有器件，和去耦电容，要围绕在处理器周围，看成一个整体。 九、保证地线良好：降低电磁干扰、保障电源完整性 地线是PCB设计中不可或缺的一部分，良好的地线布局可以有效降低电磁干扰。地线的作用是为电路提供一个稳定的参考电平，同时作为信号回流路径。如果地线布局不当，可能会导致地电位不一致，从而产生共模噪声和差模噪声。例如，电源线和地线配合不当可能会设计出系统环路，增加电磁干扰的可能性。因此，在布局地线时，应尽量采用大面积的接地平面，减少地线的阻抗，确保地电位的一致性。同时，数字地和模拟地应分开布线，最后在合适的位置连接到系统地，以避免数字信号对模拟信号的干扰。通过合理设计地线，可以有效降低电磁干扰，提高电路板的信号完整性和可靠性。
RS485是工业控制场景下，应用得非常广泛的通信协议，RS485的差分物理信号在电磁环境复杂的工业现场，有强大的抗干扰能力。 对于平时专注于应用软件开发的工程师，使用RS485进行数据传输，只要关注串口的数据收发器即可，但其实在硬件层面，RS485通信的数据收发，也需要遵循一定的机制。 RS485通信接口特点 作为工业领域上较常用的通信方式，ＲS485总线具有以下诸多特点： 1、收发器输出A、B之间的电平为+2V～+6V，是逻辑“1”;为－6V～－2V，是逻辑“0”。信号电平比ＲS232降低了，不易损坏接口芯片。另有“使能”控制信号，可使收发器处于高阻状态，切断与传输线的连接。 2、接收器的输入灵敏度为200mV。即在当接收端A、B之间的电平相差200mV时即可输出逻辑。 3、传输速率高(10Mbps)，传输距离达到1200m)。 4、具有多站点传输能力，即总线上允许挂接多达128个收发器，可建立设备网络。 5、RS485收发器共模电压范围为－7V～+12V，只有满足该条件，整个网络才能正常工作。当网络线路中共模电压超出此范围时就会影响通信的稳定，甚至损坏接口。 RS485收发控制方法 RS485属于半双工总线，在实际使用时一般采用主机轮询或令牌传递的方法来分配总线控制权，RS485设备需要进行发送和接收的方向转换。 比较通用的做法是，每个RS485设备在平时均处于接收状态，只有在自己有数据要发送时才转换到发送状态，数据发送完毕后再次切换回接收状态。 第一种：程序换向控制 最常用的RS485收发换向方法是程序换向，即由MCU的一个I/O端口控制RS485收发器件的收发使能引脚，在平时使RS485收发器件处于接收状态。 如下图，这里485芯片用TI的SN65LBC184，最大速率达到250Kbps，当有数据需要发送时，MCU将RS485收发器件引脚（网络RS485_EN2）置于发送状态，完成数据发送后，再把RS485收发器件切回接收状态。 这种方式简单易行，不需增加额外成本，这种方法很多人都会知道并且基本上都用的方法。第二种：自动换向 但是，当我们采用某种硬件平台的工控主板或核心板进行二次开发时，由于工控主板或核心板上没有预留出足够的I/O端口，使得RS485收发的程序换向方法无法实现。 在某些特定的情况下，开发平台的底层驱动未对外开放，难以对底层进行二次开发，这种情况下即便有足够的I/O端口也无法实现程序换向。 为此，我们需要采用另外一种换向技术，即自动换向技术。 自动换向其实就是对使能引脚不需要单独的I/O口来控制，而是由发送引脚发送数据时候顺便控制了。 要实现这种方法可以使能那里加一个反相器，如下图，在空闲状态下，串口的发送信号TXD2为高电平，经过反相器后输出低电平，使SN65LBC184处于接收状态，而RS485总线由于上下拉电阻的作用处于A高B低的状态。 当发送数据时，TXD2信号线上的低电平比特位控制SN65LBC184进入发送状态，将该比特发送出去。而高电平比特位则使SN65LBC184处于接收状态，由RS485总线上下拉电阻把总线置于A高B低的状态，即表示发送了高电平。 反相器也可以用三极管代替，如下图所示，工作原理和加反相器一样。 但是这种方法在发送高电平时的驱动能力有限，因此会限制通讯距离，一般适用于距离不远场合。 其实，为了省去控制的麻烦，也可以采用专门的、带有AutoDirection功能的485芯片，比如MAX13487E，它省去了常用的485使能信号，从而简化了设计电路。
1.概述4开关降压升压双向DC-DC电源转换器在很多应用中都有使用。作为一个同步降压或同步升压转换器，其中只有两个开关切换，开关损耗减少到一半。
时钟器件部分一、晶振简介1.1定义晶振，即晶体振荡器。按照工作原理，可将其分为晶体（Crystal） 和振荡器（Oscillator）。
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