【EMC设计】如何计算FR4 PCB的功能耐压距离与安规绝缘距离？

如何计算FR4 PCB的功能耐压距离与安规绝缘距离？

200V, 400V，600V，1000V分别对应表面走线多少的间距？

一、核心逻辑：两条并行线

1. 功能耐压距离计算（用于电路可靠性）

对于非安规约束的内部高压（如直流母线、功率部分），使用工程经验公式：

最小空气间隙 (mm) = 峰值电压 (V) / K

l K值选择：

保守设计（医疗、工业、高可靠性）：K=150 V/mm

通用设计（消费电子、一般电源）：K=200 V/mm

极限设计（需充分测试验证）：K=250 V/mm

绝不可用值：理论空气击穿强度 3000 V/mm

l 计算示例（以通用设计 K=200 为例）：

200V 峰值：200 / 200 = 1.0 mm

400V 峰值：400 / 200 = 2.0 mm

600V 峰值：600 / 200 = 3.0 mm

1000V 峰值：1000 / 200 = 5.0 mm

2. 安规绝缘距离（用于人身安全认证）

遵循 IEC 62368-1（污染等级2，材料组IIIa，FR4典型值）查表。以下为加强绝缘要求（如一次侧与二次侧之间）：

重要说明：

安规距离取电气间隙和爬电距离中的较大值

以上为典型值，实际需根据具体标准版本、污染等级、材料CTI值精确查表

如果产品需承受更高的浪涌测试电压，间隙要求会大幅增加

综合速查表：我应该用哪个间距？

下表综合了功能计算（K=200）和安规要求，给出设计推荐值：

实际设计流程（3步法）

n 步骤1：识别电路性质

安全隔离电压（如电网相关、一次侧对二次侧）：→ 必须用安规距离

非安全电压（内部高压总线、电机驱动母线）：→ 可用功能计算距离

n 步骤2：根据性质选择距离

n 步骤3：实施与优化

开槽（Slot）：如果爬电距离不足，在走线间铣出无铜的槽

挖空（Cut-out）：在高压区域下方各层挖空，增加爬电阻

涂覆三防漆：可显著提高爬电性能，但电气间隙提升有限

使用保形涂层：认证过的涂层可按标准减少爬电距离

特别注意事项

1. 峰值 vs 有效值：所有计算基于峰值电压（RMS值 × √2）

2. 浪涌电压：若电路会承受浪涌（如1.5kV浪涌测试），间距需按浪涌电压计算

3. 层间耐压：上述仅为表面间距，层间耐压需单独计算：耐压(V)=20kV/mm×介质厚(mm)/2

4. 生产公差：实际PCB生产有±0.1mm左右的公差，设计时应预留余量

5. 污染环境：若用于潮湿、多尘环境，污染等级升高，间距需大幅增加

一句话总结

“先判安规，安规优先；非安规电路，按每毫米200V峰值估算；400V以上必查安规表，1000V需开槽保安全。”

对于您提到的具体电压：

n 200V：至少1.5mm（安规底线），内部非安规电路可用1.0mm

n 400V：至少3.0mm，必须考虑安规

n 600V：至少4.0mm，建议开槽增加爬电

n 1000V：至少6.4mm，必须开槽并考虑三防漆