安规之电气间距和爬电距离-电路图讲解-电子技术方案

本文从安规距离基本定义入手，解析了IEC60950、GB4943-2011标准中的爬电距离和电气间隙的查询方法并描述了工作电压测试规范，最后针对实测电压波形图进行了分析与计算。从理论解析到实例分析，一步到位让你轻松了解开关电源的安规间距。

基本概念
在IEC60950、GB4943-2011标准中，规定了不同电压等级需要的最小安全距离，而安全距离又包括电气间距和爬电距离两种。对于开关电源主要需要保证最小安全距离的地方有以下两个方面：

1、一次侧电路对外壳（保护地）的安全距离；

2、一次侧电路对二次侧电路之间的安全距离。

电气间隙
电气间隙是两个导电体之间在空气中的最短距离，而最小电气绝缘间隙主要由表格2J、2K和2L来确定。具体查表方法如下：

1、根据交流电网电压有效值和过电压类别确认交流电网电源瞬态电压（由附录Z和表2J确定）；

表2J 交流电网电源瞬态电压

 

2、首先确定污染等级，再根据实测两点峰值工作电压B和上述确认的交流电网电源瞬态电压值可确定最小电气间隙为C1（由表2K确定）；

表2K 一次电路绝缘以及一次电路与二次电路之间绝缘最小电气间隙（海拔2000m以下）

单位为mm

 

3、确定污染等级后，再根据实测两点峰值工作电压B和电网电源瞬态电压确认附加电气间隙C2（由表2L确定）；

表2L 一次电路的附加电气间隙（适用于海拔2000m以下）

单位为mm

 

4、如果B大于交流电网峰值则最小电气间隙为C1+C2，如果B小于或等于交流电网峰值则最小电气间隙就等于C1。

爬电距离
爬电距离是两个导电体沿绝缘材料表面的最短距离，而最小爬电距离只由表格2N来确定；具体查表方法如下：

1、确定污染等级；

2、再根据实测工作电压有效值和绝缘材料的材料组别确定最小爬电距离（由表2N确定）。

表2N 最小爬电距离

单位为mm

 

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通用串行总线即“USB”已经流行许久； 起初USB设备便具有主设备和从设备之分：传输的数据来自主设备如电脑，数据传输至从设备如手机、鼠标或键盘。但随着消费电子产品的发展，从智能手机到U盘、从平板电脑到智能手机以及从相机到打印机之间的数据传输需求也随之增加。

USB On-the-Go（OTG）是使设备能够充当主设备或从设备的规范。USB OTG可广泛应用于PC、智能手机、ePOS（电子销售点）和移动电源。主设备或从设备的角色可以根据协议进行改变。数据可从智能手机或相机传输存储到U盘中，当智能手机连接到主设备PC时，智能手机也可以充当从设备。数码相机照片可直接上传至打印机，而无需通过PC传输。数据可在“从设备”之间相互传输。这在我们的日常生活中十分有用。图1所示为市售的USB OTG驱动器和USB OTG连接线。

 

 

图1：USB OTG驱动器（左）和USB连接线（右）

OTG功能在便携式设备中非常流行，其中大部分设备由锂离子（Li-ion）电池（2.7V至4V）供电。USB OTG电源需要一个升压转换器（通常为5V）。

随着数据传输速度不断提高，USB Implementers Forum多次更新了电源规格，并于2016年宣布了最新USB OTG设备的USB电源（PD）规范。该USB PD规范规定，5V时的最大电流为3A。TI的TPS61230A高效升压转换器可涵盖此规范的大多数应用。对于大多数便携式设备来说，由于内部空间有限，所以封装尺寸和散热性能就显得至关重要。TPS61230A在尺寸和性能（效率、散热）之间实现了良好平衡，并且满足了锂离子电池USB PD的最大5V/2.4A的功率需求，如图2所示。

 

图2：USB OTG Vbus电源框图

 

TPS61230A基于谷值限流模式控制方案，最小开关电流为4.8A。该器件集成了两个低RDS（on）FET（18mΩ/高速，21mΩ/低速），这使其具有更高的效率和更良好的热性能。在室温条件下，VIN = 3.6V，VOUT = 5.0V，IOUT = 2.0A时，只能实现25℃的升温，如图3所示。

 

 

图3：热性能和EVM

TPS61230A频率可高达1.15MHz，可适用于小尺寸的电感和电容。TPS61230A 为紧凑型；QFN（四方扁平无引线）2mm×2mm封装只有七个管脚。封装下方的增强型电源总线有助于散热（热电阻为56℃/W，电源总线下方有通孔）。TPS61230A 在电力系统中极易设计，而七个管脚使得印刷电路板（PCB）布局极其简单。

图4所示为不同输入电压的效率曲线。在VOUT = 5V和VIN = 3.6V时，TPS61230A具有3A的出色输出容量；效率可高达94％。

 

图4：测试条件：VOUT = 5V，L =1μH（XFL4020-102MEB）

总之，由于高侧和低侧MOSFET的导通电阻都很低，TPS61230A可使您的设计更加紧凑、更加冷却、更加强大。
 

 

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