芯耀
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在高壓系統(tǒng)中，高壓二極管作為整流、續(xù)流、箝位或保護(hù)元件，起著至關(guān)重要的作用。然而，許多工程師在PCB設(shè)計(jì)階段，往往只關(guān)注器件的電氣參數(shù)，卻忽視了布線設(shè)計(jì)對(duì)系統(tǒng)安全、防護(hù)性能以及長(zhǎng)期可靠性的影響。實(shí)際上，MDD高壓二極管的PCB布線，涉及電氣間距、爬電距離、電場(chǎng)分布、散熱、寄生效應(yīng)等多個(gè)層面。如果處理不當(dāng)，輕則引入干擾、降低效率，重則引發(fā)高壓擊穿、絕緣失效甚至火災(zāi)。本文將圍繞MDD高壓二極管的PCB布線優(yōu)化，梳理關(guān)鍵設(shè)計(jì)要點(diǎn)，幫助工程師實(shí)現(xiàn)更安全、可靠的高壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)。
一、電氣間距與爬電距離：高壓設(shè)計(jì)的第一道防線
在高壓電路中，PCB上的導(dǎo)體之間必須保持足夠的電氣間距（air clearance）和爬電距離（creepage distance），以防止電弧擊穿或表面閃絡(luò)。這些距離的標(biāo)準(zhǔn)并非一成不變，而是取決于工作電壓、環(huán)境條件（如濕度、污染等級(jí)）和絕緣材料。
一般來說：
對(duì)于1kV及以下的系統(tǒng)，導(dǎo)體間的空氣間距至少應(yīng)達(dá)到1mm/kV。
對(duì)于更高電壓（例如10kV系統(tǒng)），需要查閱IEC、UL、GB等標(biāo)準(zhǔn)，往往要求10~12mm甚至更大。
爬電距離通常比空氣間距要求更高，尤其在潮濕或污染環(huán)境下，必須使用防護(hù)涂層或增設(shè)隔離槽（如開槽、繞行布局）來增加有效路徑。
設(shè)計(jì)建議：
①在布局中預(yù)留足夠的凈距，避免尖角、銳邊。
②使用防護(hù)涂層（如三防漆）或?qū)w包覆，提升耐壓性能。
③對(duì)于極高壓區(qū)域，考慮局部開槽或?qū)胩沾?a class="article-link" target="_blank" href="/tag/%E5%9F%BA%E6%9D%BF/">基板，降低爬電風(fēng)險(xiǎn)。
二、合理布局：電場(chǎng)分布與寄生效應(yīng)優(yōu)化
高壓二極管的布局不僅影響耐壓，也會(huì)影響電場(chǎng)分布。密集布線、銅箔尖角、長(zhǎng)引線等都會(huì)在局部產(chǎn)生強(qiáng)電場(chǎng)，增加局部擊穿或電暈放電的風(fēng)險(xiǎn)。
設(shè)計(jì)建議：
①優(yōu)化器件布局，高壓與低壓側(cè)盡量分離。
②避免長(zhǎng)直線布線，可采用曲線或圓角過渡降低電場(chǎng)集中。
③在高壓二極管兩側(cè)布置等電位環(huán)（guard ring）或銅箔屏蔽，控制電場(chǎng)擴(kuò)散。
此外，高速或高頻應(yīng)用中，高壓二極管的寄生電感、寄生電容也會(huì)引入開關(guān)尖峰、振蕩或EMI。此時(shí)：
①短引腳、緊湊布局、回流路徑優(yōu)化，能有效降低寄生效應(yīng)。
②必要時(shí)并聯(lián)小電容（snubber）吸收尖峰能量。
三、散熱與功耗：熱設(shè)計(jì)的可靠性保障
高壓二極管在工作中會(huì)產(chǎn)生正向?qū)〒p耗和反向恢復(fù)損耗，如果散熱不良，芯片結(jié)溫過高，容易導(dǎo)致熱擊穿、漏電流增大、壽命縮短。
設(shè)計(jì)建議：
①在PCB上加大銅箔面積，優(yōu)先使用大銅厚（2 oz及以上）。
②對(duì)大功率二極管，布置熱通孔與散熱銅面連接，或直接加裝散熱片。
③合理分配高壓器件與其他熱源之間的空間，避免局部過熱。
四、過壓與浪涌防護(hù)：強(qiáng)化安全屏障
在高壓系統(tǒng)中，二極管的擊穿往往不是因?yàn)榉€(wěn)態(tài)電壓超標(biāo)，而是瞬態(tài)過壓（如雷擊、電源浪涌）引起。因此，PCB設(shè)計(jì)中除了選用高耐壓二極管，還應(yīng)考慮浪涌路徑設(shè)計(jì)：
①在高壓輸入側(cè)并聯(lián)TVS二極管或壓敏電阻，吸收浪涌。
②高壓母線采用分段布線，降低單點(diǎn)沖擊壓力。
③引入共模、差模濾波結(jié)構(gòu)，減小系統(tǒng)瞬態(tài)干擾。
總之，MDD高壓二極管的PCB布線優(yōu)化，是一個(gè)綜合考慮電氣、熱、機(jī)械和EMI的系統(tǒng)工程。良好的電氣間距、優(yōu)化的電場(chǎng)分布、可靠的散熱設(shè)計(jì)、有效的過壓防護(hù)，都是實(shí)現(xiàn)安全防護(hù)、提升系統(tǒng)可靠性的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。作為FAE，我建議每位設(shè)計(jì)工程師在布線前不僅要看器件規(guī)格書，還要結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)、仿真、實(shí)際工藝，全面審視設(shè)計(jì)。這樣，才能打造出真正安全、耐用、可靠的高壓系統(tǒng)。
