用于电气系统的高压连接器

高压连接器是医疗、汽车、制造和通信领域的常见特征。与低压连接器不同，高压连接器对硬件工程师提出了相当大的挑战。客户不能承受高压设计中的错误，因为它们可能导致安全和火灾风险。

什么是高压连接器?

高压连接器是指将电流引导到某个电压限制之外的互连。IEC 将高压定义为高于 1000 VAC 或 1500 VDC 的电压。但是，纯粹按照 IEC 标准对高压连接器进行分类是错误的。

如果连接器传导对人体构成安全风险或触发电弧的电流，则该连接器被视为高压。例如，超过 50V 的电流可能会触发心率突然增加。当导体彼此靠近时，承载 120V 的连接器会产生电弧。

市面上各种形状和尺寸的高压连接器。例如，它们可用作单引脚、多引脚、串联和面板安装。一些使用高压连接器的应用在极端温度或压力等恶劣环境中运行。

高压连接器设计挑战

我们必须从与低压设计不同的角度来处理高压连接器。在更高的电压下，连接器的机械成分、操作环境和设计可能会引发以下问题。

电晕放电

当高压导体周围的空气被高度带电和电离时，就会发生电晕放电。这种现象可能发生在电压低至 300V 的情况下。电晕放电导致在高压导体和相邻引脚之间形成导电区域。

虽然电晕放电不会引起电弧放电，但它会导致绝缘体中的电介质逐渐退化。我们还需要注意连接器的几何形状，因为电晕放电在具有气隙的绝缘体中更为普遍。产品展开后，电晕放电可能会造成安全隐患。

电弧放电

当两个高电荷导体靠近放置时，电弧会立即产生影响。在高压导体中，当电应力破坏电介质的分子结构时，就会发生电弧放电。当绝缘体失效时，电流在高压导体与地之间流动并导致电火花。即使电弧没有破坏性，也可能对相邻电路 造成电磁干扰(EMI)。

高压连接器的设计注意事项

安装在 PCB 上的高压连接器

就高压连接器设计而言，火灾隐患和安全风险是真实存在的。因此，在使用高压连接器时，我们需要考虑以下设计建议。

绝缘材料

由于高压会损害绝缘体，因此我们需要选择由具有高电气强度的电介质制成的连接器。例如，聚四氟乙烯和硅橡胶更耐电击穿。此外，绝缘体不具有多孔表面以防止电晕放电也很重要。

爬电距离和间隙

爬电距离是指导体之间沿绝缘体的最短距离，而间隙是指导体与空气之间的最短路径。这两个参数对于防止电弧放电和电晕放电都很重要。选择连接器时，请确保其在指定电压下具有足够的爬电距离和电气间隙。

操作环境

空气中存在异物颗粒和水分会加剧电弧放电和电晕放电。即使我们使用的是在实验室环境中可靠工作的连接器，我们也不能假设在部署时具有相同程度的安全性。高压连接器根据其污染等级进行分类，范围从1到4。如果我们将产品部署在污染环境中，则需要使用污染等级较高的连接器，以符合UL和IEC等安全标准.

PCB布局

确保高压设计的安全性并不仅限于选择正确的连接器。在电子产品中，PCB布局成为确保电路安全性和可靠性的重要因素。以下是在 PCB 上使用高压连接器或接线端子进行设计时要遵守的一些基本规则：

· 确保高压和相邻走线之间有足够的间隙。

· 避免高压走线上有锋利的边缘，以防止产生电弧。

· 采取安全措施，例如保险丝，以防短路。

· 如果走线也承载大电流，请确保其有足够的厚度和宽度。

Cadence 提供的设计和分析工具可帮助我们在功能、安全性和可制造性之间取得平衡。我们的软件允许我们指定规则和约束，以满足电子产品中高压连接器设计的严格标准。