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ZHCAD41 August 2023 ISO5451 , ISO5452 , ISO5851 , ISO5852S , ISO7741 , ISO7810 , ISO7820 , ISO7821 , ISO7830 , ISO7831 , ISO7840 , ISO7841 , ISO7842 , UCC23513 , UCC5310 , UCC5320 , UCC5350 , UCC5390

2.2 间隙和爬电距离确定方法示例

为了更好地理解前述的过程，本章介绍了如何根据图 2-1 逐步定义绝缘距离的详细示例。

步骤 1：要求收集。下面列出了一个工业电机驱动系统的规格：

I 类设备（位于机箱接地的金属柜中）
标称 220Vac 和 380Vac 的三相电源（Y 形电源），OVC III
工业污染等级 2 微环境
最终用户所需的隔离（人机界面 - HMI）
热侧 MCU 控制
工作海拔高度 < 2000m

图 2-2 显示了该系统的方框图。

图 2-2 隔离式工业电机驱动系统典型方框图

步骤 2：电压块定义。该步骤指定电气原理图中的电压块。没有内部电流隔离的电路，其中针对间隙，两个导体之间的电压不能高于 50Vac 和 120Vdc。

图 2-3 显示了根据步骤 1 的方框图定义的所有电压块。

图 2-3 隔离式工业电机驱动系统典型电压块

步骤 3：确定绝缘类型和 OVC 等级。绝缘类型包括基本绝缘、功能绝缘和增强绝缘。OVC 等级包括 I、II、III 和 IV。表 2-1 显示了每个电压块之间的绝缘类型和 OVC 等级。

表 2-1 每个电压块之间的绝缘类型和 OVC 等级

绝缘类型 OVC	电压块
绝缘类型 OVC	A	B	C	D	E	F	G	H	U	V	W
A		BASIC	BASIC	BASIC	BASIC	BASIC	BASIC	增强	BASIC	BASIC	BASIC
B	III		BASIC	BASIC	BASIC	BASIC	BASIC	增强	BASIC	BASIC	BASIC
C	III	III		BASIC	BASIC	BASIC	BASIC	增强	BASIC	BASIC	BASIC
D	III	III	III		FUNCTIONAL	FUNCTIONAL	BASIC	增强	FUNCTIONAL	FUNCTIONAL	FUNCTIONAL
E	III	III	III	I		FUNCTIONAL	BASIC	增强	FUNCTIONAL	FUNCTIONAL	FUNCTIONAL
F	III	III	III	I	I		BASIC	增强	FUNCTIONAL	FUNCTIONAL	FUNCTIONAL
G	III	III	III	III	III	III		BASIC	BASIC	BASIC	BASIC
H	III	III	III	III	III	III	I		增强	增强	增强
U	III	III	III	I	I	I	III	III		FUNCTIONAL	FUNCTIONAL
V	III	III	III	I	I	I	III	III	I		FUNCTIONAL
W	III	III	III	I	I	I	III	III	I	I

步骤 4：确定工作电压 (WV)。间隙 (CL) 额定工作电压为峰值（请参阅 IEC60664-1 的表 B），爬电距离 (CR) 工作电压为 RMS 值。IEC60664-1 的表 B 包含 50V、100V、150V、300V、600V、1000V 这 6 级工作电压。表 2-2 显示了每个电压块之间的间隙和爬电距离的工作电压。工作电压值是通过仿真和计算得出的。

表 2-2 每个电压块之间的工作电压

CR 的 CL_WV WV (V)	电压块
CR 的 CL_WV WV (V)	A	B	C	D	E	F	G	H	U	V	W
A		300_400ac	300_400ac	300_400ac	300_400ac	300_400ac	300_400ac	300_400ac	300_440ac⁽²⁾	300_440ac	300_440ac
B			300_400ac	300_400ac	300_400ac	300_400ac	300_400ac	300_400ac	300_440ac	300_440ac	300_440ac
C				300_400ac	300_400ac	300_400ac	300_400ac	300_400ac	300_440ac	300_440ac	300_440ac
D					300_565dc⁽¹⁾	300_565dc	300_400ac	300_400ac	300_565dc	300_565dc	300_565dc
E						300_565dc	300_400ac	300_400ac	300_565dc	300_565dc	300_565dc
F							300_400ac	300_400ac	300_565dc	300_565dc	300_565dc
G								50_10ac	300_400ac	300_400ac	300_400ac
H									300_400ac	300_400ac	300_400ac
U										300_400ac	300_400ac
V											300_400ac
W

(1) 565V 是 Vbus 电压 = √2 × 400V

(2) 440V 是仿真结果 = 1.1 × 市电线电压

第 5 步和第 6 步：间隙和爬电距离定义。

间隙距离：IEC60664-1 的表 F.1 根据每个工作电压和 OVC 等级定义了额定脉冲电压，而表 F.2 定义了承受瞬态过压的间隙。间隙大小应能够承受表 F.1 和 F.2 要求的脉冲耐受电压。对于脉冲电压，应按照表 F.2 中与额定脉冲电压对应的规定确定增强绝缘的间隙大小，但在首选系列值中比基本绝缘规定的值高一级。

对于 220V 或 380V 系统，具有功能隔离的 OVC1 的脉冲电压为 1500V，具有基本隔离的 OVCIII 的脉冲电压为 4000V，增强绝缘的脉冲电压为 6000V。那么污染等级 2 对应的间隙为：1500V（具有功能隔离）为 0.5mm，4000V（具有基本隔离）为 3mm，6000V（具有增强隔离）为 5.5mm。

爬电距离：IEC60664-1 的表 F.4 根据印刷电路板的不同污染等级和材料组定义了避免发生故障，功能绝缘和基本绝缘所需的爬电距离。增强绝缘的爬电距离应为表 F.4 中基本绝缘的爬电距离的两倍。IEC61800-5-1 还规定，当爬电距离小于脉冲电压确定的间隙时，应增加到该间隙。

方程式 1. Creepage for 400-V working voltage = 2 mm (functional, basic), 4 mm (reinforced)

方程式 2. Creepage for 440-V working voltage = 40 V × (2.5 mm – 2 mm) / (500 V – 400 V) + 2 mm = 2.2 mm

方程式 3. Creepage for 565-V working voltage = 65 V × (3.2 mm – 2.5 mm) / (630 V – 500 V) + 2.5 mm = 2.8 mm

表 2-3 显示了每个电压块之间的间隙和爬电距离。

表 2-3 间隙和爬电距离定义

CL_CR PD2 (mm)	电压块
CL_CR PD2 (mm)	A	B	C	D	E	F	G	H	U	V	W
A		3_2	3_2	3_2	3_2	3_2	3_2	5.5_4	3_2.2	3_2.2	3_2.2
B			3_2	3_2	3_2	3_2	3_2	5.5_4	3_2.2	3_2.2	3_2.2
C				3_2	3_2	3_2	3_2	5.5_4	3_2.2	3_2.2	3_2.2
D					0.5_2.85	0.5_2.85	3_2	5.5_4	0.5_2.85	0.5_2.85	0.5_2.85
E						0.5_2.85	3_2	5.5_4	0.5_2.85	0.5_2.85	0.5_2.85
F							3_2	5.5_4	0.5_2.85	0.5_2.85	0.5_2.85
G								0.2_0.04	3_2	3_2	3_2
H									5.5_4	5.5_4	5.5_4
U										0.5_2	0.5_2
V											0.5_2
W

最后，选择间隙和爬电距离之间的最大值作为绝缘距离，然后将这些值输入 PCB 设计工具作为约束规则，如表 2-4 所示。

表 2-4 PCB 上的绝缘距离

间距网络名称	CR_Inner Layer (mm)	CR_Outer Layer (mm)	CL (mm)
A、B、C - A、B、C	3	3	3
A、B、C - D、E、F	3	3	3
A、B、C - G	3	3	3
A、B、C - H	5.5	5.5	5.5
A、B、C - U、V、W	3	3	3
D、E、F - D、E、F	2.85	2.85	0.5
D、E、F - G	3	3	3
D、E、F - H	5.5	5.5	5.5
D、E、F - U、V、W	2.85	2.85	0.5
G - H	0.2	0.2	0.2
G - U、V、W	3	3	3
H - U、V、W	5.5	5.5	5.5
U、V、W - U、V、W	2	2	0.5

根据规定的要求，工作海拔高度在 2000 米以下。当产品或电路板要求海拔高度高于 2000m 时，务必考虑海拔高度校正因数。IEC60664-1 的表 A.2 定义了空气间隙的倍增系数。例如，4000m 海拔高度校正因数为 1.29。2000m 的间隙距离为 3mm，则 4000m 的间隙为 3mm × 1.29 = 3.87mm。