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PCB

Calculadora de espaciado mínimo de conductores

Determine la holgura eléctrica mínima entre los conductores según la tabla 6.1 del IPC-2221B en función del voltaje y la condición del conductor.

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Fórmula

dmin=Table6.1(V,cond)×h/3048d_{min} = \text{Table}_{6.1}(V, \text{cond}) \times \sqrt{h / 3048}
d_min— Minimum conductor spacing (mm)
V— Applied voltage (DC or peak AC) (V)
h— Operating altitude (m)

Cómo Funciona

La tabla 6.1 del IPC-2221B especifica el espaciamiento mínimo de los conductores (espacio libre a través del aire) en función del voltaje aplicado y las condiciones de los cuatro conductores. El B1 cubre los conductores internos incrustados en un laminado donde el dieléctrico sólido proporciona aislamiento. El B2 cubre los conductores externos sin revestimiento expuestos al aire. El B3 cubre los recubrimientos poliméricos permanentes (máscara de soldadura). El B4 cubre los recubrimientos de conformación aplicados después del ensamblaje.

La tabla utiliza puntos de corte de voltaje de 15 V a 500 V con interpolación lineal entre puntos. Por encima de los 500 V, el espaciado aumenta linealmente a una velocidad específica para cada condición. El espaciado interno (B1) es mucho menor que el externo (B2) porque el laminado FR4 tiene una rigidez dieléctrica de ~ 20 kV/mm en comparación con el aire a ~ 3 kV/mm.

La reducción de altitud se aplica a los conductores externos (B2, B3, B4) por encima de los 3048 m (10 000 pies). La reducción de la presión atmosférica reduce el voltaje de ruptura del aire, lo que requiere un mayor espacio. El factor de reducción es √ (altitud/3048). Los conductores internos (B1) no se ven afectados porque el dieléctrico es un laminado sólido independientemente de la presión ambiental. Esto es importante para la aviónica, los satélites y los equipos de gran altitud.

Ejemplo Resuelto

Dado: Red eléctrica de 120 V CA (pico = 170 V), B2 (exterior sin revestimiento), nivel del mar Paso 1: Determine el voltaje

Utilice la tensión máxima: Vpeak=120 sqrt2=170V_ {peak} = 120\ sqrt {2} = 170 V

Paso 2: Encuentra los puntos de interrupción de la tabla

Los 170 V se encuentran entre 150 V (separación = 0,60 mm) y 170 V (separación = 1,25 mm) en la columna B2.

En realidad, la columna B2 de la tabla 6.1 del IPC-2221B: a 170 V, el valor es exactamente de 1,25 mm.

Paso 3: reducción de altitud

Altitud = 0 m (nivel del mar), por debajo del umbral de 3048 m → factor de reducción de potencia = 1,0

Paso 4: Resultado dmin=1,25 veces1,0=1,25d_ {min} = 1,25\ veces 1,0 = 1,25 mm = 49,2 milésimas Comparación entre condiciones a 170 V:
  • B1 (interno): 0,20 mm
  • B2 (exterior sin revestimiento): 1,25 mm
  • B3 (recubierto de polímero): 0,40 mm
  • B4 (revestimiento conformado): 0,40 mm
Nota: Para la certificación de seguridad IEC 60664-1 (equipos médicos/industriales), los requisitos de distancia de fuga pueden superar los valores de holgura del IPC. Compruebe siempre ambas normas.

Consejos Prácticos

  • ✓Utilice siempre la tensión máxima (o corriente continua). Para corriente alterna rectificada, incluya el pico de ondulación. En el caso de los convertidores en modo conmutador, incluya picos de retorno
  • ✓La máscara de soldadura (B3) reduce aproximadamente 3 veces el espaciado requerido en comparación con el cobre puro (B2); siempre enmascara las áreas de alto voltaje
  • ✓Agregue ranuras o canales enrutados entre los conductores de alto voltaje para aumentar la ruta de fuga más allá del espacio libre en línea recta
  • ✓Para los diseños críticos para la seguridad (médicos, conectados a la red), la IEC 60664-1 y la IEC 62368-1 tienen requisitos más estrictos que la IPC; compruebe ambas
  • ✓En los bordes de la placa, el requisito de espacio libre se aplica al conductor más cercano en una placa adyacente del gabinete del sistema

Errores Comunes

  • ✗Uso de voltaje RMS en lugar de pico: el IPC-2221B requiere voltaje máximo o de corriente continua. 240 V RMS = 340 V de pico, lo que duplica el espaciado requerido
  • ✗Aplicación del espaciado B1 (interno) a los conductores externos: el espaciado interno se basa en un dieléctrico laminado sólido; las superficies externas necesitan mucho más espacio libre
  • ✗Olvídese de la reducción de altitud para la electrónica de aeronaves o satélites: a 12 000 m de altitud, el espaciado debe casi duplicarse (factor ≈ 2.0)
  • ✗Confundir la holgura con la fuga: la holgura se produce a través del aire; la fuga se produce a lo largo de una superficie. Las superficies de los PCB acumulan contaminación, lo que reduce el voltaje de ruptura de la superficie
  • ✗Sin tener en cuenta los transitorios: los eventos de sobretensión eléctrica o descargas electrostáticas pueden producir voltajes momentáneos muy superiores a los nominales. Utilice la tensión transitoria en el peor de los casos para calcular el espaciado

Preguntas Frecuentes

Según IPC-2221B B2 (exterior sin revestimiento): la interpolación entre 30 V (0,10 mm) y 50 V (0,60 mm) da aproximadamente 0,50 mm. Para B1 (interno): 0,10 mm. Añada la capacidad de separación mínima del fabricante (normalmente 0,1 mm) para garantizar la capacidad de fabricación.
Sí, el IPC-2221B incluye explícitamente «un revestimiento de polímero permanente, como el resistente a la soldadura», como condición B3. El requisito clave es que el revestimiento sea permanente y se aplique como parte del proceso de fabricación de la PCB, no después del ensamblaje.
Por encima de 3048 m (10 000 pies), el espacio exterior se multiplica por √ (altitud/3048). A 6096 m: factor = 1,41. A 12.192 m: factor = 2,0. Esto no se aplica a los conductores internos (B1) ni a las carcasas selladas/presurizadas.
La tabla se aplica por igual a la corriente continua y a los picos de corriente alterna; la avería depende del voltaje instantáneo, no de la forma de onda. Para corriente alterna, utilice siempre la tensión máxima (RMS × √2). Para corriente continua pulsada, utilice el pico de pulso.
Sí, el revestimiento de conformación (B4) permite el mismo espaciado que el revestimiento de polímero (B3), ambos significativamente menores que el exterior desnudo (B2). Sin embargo, se debe verificar que el revestimiento conformado no tenga huecos, perforaciones ni holguras en las brechas de alta tensión.

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