Взрывозащищенные печатные платы для светодиодных светильников: платы, драйверы и узлы для взрывоопасных зон.

Взрывозащищенное освещение защищает места, где одна искра или горячая поверхность могут воспламенить газ, пар или пыль — нефтехимические заводы, нефтеперерабатывающие заводы, морские платформы, зернохранилища, горнодобывающие предприятия, покрасочные цеха и топливные склады. Сертифицированный корпус выполняет основную задачу — предотвращает возгорание, но электроника внутри должна быть спроектирована таким образом, чтобы она сама не стала источником возгорания: контролируемая температура поверхности, отсутствие открытых источников энергии и компоненты, способные выдерживать суровые, коррозионные и вибрационные условия в течение многих лет.

Компания Highleap Electronics — это комплексное предприятие по производству печатных плат и сборке печатных плат , и одним из самых сложных направлений нашей деятельности является производство осветительных приборов для взрывоопасных зон. Мы не сертифицируем готовые светильники — это задача производителя и уполномоченного органа — но мы производим платы управления световым модулем, драйвером, датчиком перенапряжения и контрольные платы в соответствии с требованиями к тепловым характеристикам, расстоянию утечки и защите, которые позволяют светильнику пройти сертификацию и выдержать эксплуатацию в полевых условиях. В этом руководстве объясняется, как платы обеспечивают соответствие требованиям для взрывоопасных зон и что мы производим. Более широкий раздел представлен на нашей странице производителя печатных плат для светодиодного освещения.

Краткий ответ: Во взрывозащищенном светильнике сертифицированный корпус предотвращает воспламенение, но печатные платы должны исключать его возникновение: световой модуль должен работать при низкой, контролируемой температуре поверхности, драйвер должен быть залит компаундом или покрыт защитным слоем, а компоновка должна учитывать утечку тока и зазоры, чтобы исключить образование дугового разряда. Компания Highleap Electronics изготавливает и собирает все эти платы в соответствии с требованиями взрывозащищенных корпусов Ex/ATEX/IECEx, класса IPC 3, с заливкой компаундом, защитным покрытием и проверкой на прочность, минимальный объем заказа 1 шт.

Что на самом деле требует от электроники «взрывозащищенность»?

Важно точно указывать термины. Взрывозащищенный или огнестойкий (Ex d) светильник использует прочный корпус, предназначенный для сдерживания внутреннего взрыва и предотвращения его распространения в окружающую атмосферу. Другие концепции защиты — повышенная безопасность (Ex e), герметизация (Ex m) и искробезопасность (Ex i) — снижают энергию, необходимую для возгорания. В реальных светильниках часто сочетаются различные концепции, и платы должны соответствовать той или иной применимой.

Вне зависимости от концепции, электроника предъявляет несколько жестких требований: максимальная температура поверхности должна оставаться в пределах температурного класса светильника (T-рейтинг) даже при полной мощности и высокой температуре окружающей среды; не должно быть открытых горячих компонентов или источников дугового разряда, которые не учитываются методом защиты; и каждая плата должна выдерживать коррозионные, влажные, вибрационные условия и температурные циклы без ухудшения характеристик. Поэтому при проектировании платы в первую очередь учитываются температура и изоляция, а светоотдача – во вторую очередь.

Как печатная плата обеспечивает соответствие требованиям безопасности при работе в опасных зонах

Сама по себе печатная плата не имеет сертификата Ex — сертификация распространяется на готовый светильник, протестированный уполномоченным органом на соответствие соответствующему стандарту (серия IEC/EN 60079, а также региональные схемы, такие как ATEX в Европе, IECEx на международном уровне и UL/CSA для североамериканских систем классификации/разделения и зонирования). Однако конструкция платы имеет решающее значение для того, сможет ли светильник пройти сертификацию, и производитель, понимающий это, работает совершенно иначе, чем тот, кто рассматривает плату как обычный источник света.

Вот факторы на уровне печатной платы, обеспечивающие соответствие требованиям безопасности в опасных зонах, и описание того, как мы проектируем каждый из них:

• Контролируемая температура поверхности (класс Т) — это самый важный фактор. Световой модуль и драйвер должны обеспечивать температуру всех поверхностей ниже предельного значения для данного класса светильника. Мы проектируем Светодиодная тепловая конструкция И выберите металлический сердечник Подложка обеспечивает поддержание температуры перехода и поверхности в пределах допустимых значений с запасом, поскольку перегрев платы может привести к дисквалификации корпуса, соответствующего стандартам.
• Утечка и зазор — Надлежащее расстояние между проводниками, находящимися под разными потенциалами, предотвращает образование дорожек и искрения. Мы проектируем платы с учетом расстояний утечки и зазоров, необходимых для рабочего напряжения и степени загрязнения, что является более строгим требованием, чем обычная коммерческая практика.
• Инкапсуляция и заливка компаундом (например, m) — В отличие от традиционных методов защиты, где концепция защиты основана на герметизации, мы заливаем плату компаундом, чтобы энергетически активные компоненты были изолированы и не могли контактировать с атмосферой. Компаундирование также позволяет одновременно бороться с вибрацией и коррозией.
• Защитное покрытие — для устойчивости к влажности и коррозионным газам, наши защитное покрытие обеспечивает защиту узла в условиях, которые могут вызвать коррозию незащищенной платы.
• Ограничение энергии компонента — В искробезопасных секциях компоновка и выбор компонентов позволяют поддерживать накопленную и доступную энергию ниже пороговых значений воспламенения; плата поддерживает конструкцию барьера, а не противодействует ей.
• Прочная конструкция — Более толстый слой меди, умеренная плотность тока и высоконадежное покрытие, благодаря чему ничто не выйдет из строя в течение всего срока службы светильника.

Крайне важно, чтобы все эти параметры были согласованы с корпусом и процедурой сертификации. Мы работаем в соответствии со спецификацией и температурным классом производителя светильника, изготавливая платы таким образом, чтобы тепловой баланс, изоляция и метод защиты соответствовали требованиям, которые будет предъявлять уполномоченный орган. Когда модуль управления, драйвер и защитные платы изготавливаются одним производителем в соответствии с единым согласованным планом теплоизоляции и изоляции, светильник получает сертификацию быстрее и с меньшим количеством циклов доработки, чем когда платы закупаются отдельно и в ходе испытаний обнаруживается их несовместимость.

Мы предоставляем клиентам необходимую документацию для подтверждения сертификации — декларации о материалах, записи о строительстве, тепловые данные и информацию о прослеживаемости — при этом четко указывая, что сам сертификат принадлежит готовому, протестированному светильнику.

Плата размещена внутри взрывозащищенного светильника.

Как и другие промышленные светильники, взрывозащищенный светильник представляет собой многоплатную систему — и здесь координация между платами является не просто удобством в плане производительности, а частью обеспечения безопасности. Каждая плата представляет собой отдельное семейство печатных плат, и их совместная сборка обеспечивает согласованность тепловых и изоляционных характеристик:

• Легкий двигатель — алюминиевый или медный сердечник печатная плата с металлическим сердечником Разработан для обеспечения низкой температуры поверхности в пределах класса T светильника, а не просто для максимальной яркости.
• Плата водителя — горшок или с покрытием Плата драйвера светодиодов с консервативным снижением номинальных характеристик, поскольку тепло, выделяемое драйвером, вносит свой вклад в температурный баланс поверхности, которому должен соответствовать весь светильник.
• Ёмкость защиты от перенапряжения — На промышленных и открытых опасных участках наблюдаются сильные переходные процессы; тяжелая медь Этап защиты обеспечивает безопасность водителя и предотвращает усугубление неисправностей.
• Панель управления и мониторинга — Регулировка яркости, переключение, а в некоторых светильниках — контроль температуры или неисправности, на низковольтной плате, согласованной с драйвером и логикой управления.
• Аварийная/аккумуляторная панель — Многие светильники для взрывоопасных зон должны оставаться включенными во время отключения электроэнергии, поэтому для их работы требуется дополнительный аккумулятор и... плата защиты аккумулятора Это само по себе должно соответствовать требованиям окружающей среды.

Причина, по которой все эти компоненты производятся одним производителем, здесь более насущна, чем в обычном освещении. Температурный класс — это общий запас, распределяемый между всеми платами: если драйвер нагревается сильнее, чем планировалось, это уменьшает необходимый запас мощности, и светильник может не пройти сертификацию. Когда один завод проектирует и тестирует всю конструкцию в соответствии с единой схемой теплоотвода и изоляции, этот запас остается согласованным. Поставка плат по отдельности приводит именно к тем несоответствиям, которые проявляются только во время дорогостоящих сертификационных испытаний.

Проектирование подложки, утечки и зазоров.

Два аспекта, касающиеся конструкции печатных плат, заслуживают отдельного упоминания, поскольку именно в них печатные платы для опасных зон наиболее существенно отличаются от обычных печатных плат освещения.

Выбор подложки определяется температурным классом. Алюминиевый сердечник с более высокой диэлектрической проводимостью или медный сердечник, если этого требует нагрузка, позволяют с запасом снизить температуру поверхности. Для светильников, работающих при самых высоких температурах или с самым высоким магнитным потоком, мы используем керамические подложки (Al₂O₃ или AlN), которые сочетают в себе превосходные тепловые характеристики с размерной стабильностью, необходимой в суровых условиях эксплуатации.

Конструкция, обеспечивающая защиту от проскальзывания и зазоров, позволяет расположить проводники с разными потенциалами на достаточном расстоянии друг от друга, чтобы предотвратить образование замыканий и дуговых разрядов. Размеры зазоров определяются рабочим напряжением и степенью загрязнения окружающей среды. В опасной зоне это не формальность — именно предотвращению дугового разряда и служит цель всего светильника. Мы проектируем эти расстояния с запасом и проверяем их по таблицам применимых стандартов.

В совокупности решения, касающиеся подложки и расстояния между элементами, превращают стандартный световой модуль в плату, которая может размещаться внутри сертифицированного взрывозащищенного светильника.

Заливка компаундом, нанесение покрытия и теплоизоляция.

Защита от воздействия окружающей среды является обязательной, а не факультативной для электроники, используемой в опасных зонах. Мы обеспечиваем ее собственными силами, поэтому она проектируется как часть платы, а не добавляется сторонней компанией.

• Герметичные — Полная герметизация драйвера или энергетических секций для защиты от взрыва Ex m, повышения виброустойчивости и защиты от коррозии за одну операцию.
• Защитное покрытие — Защита от влажности и коррозионных газов для плат, которые не полностью залиты компаундом.
• Водонепроницаемая и герметичная конструкция — для опасных участков, которые также являются влажными или подверженными промывке, таких как морские платформы и предприятия пищевой/химической промышленности.
• Тепловое сдерживание — Защитный материал и теплопроводность платы разработаны таким образом, чтобы заливка компаундом не задерживала тепло и не выводила светильник за пределы допустимой температурной зоны.

Совмещение заливки компаундом и терморегулирования — это настоящий инженерный компромисс, и именно производство обоих процессов на одной линии позволяет нам сохранять светильник в пределах его класса термостойкости, обеспечивая при этом полную герметизацию электроники.

Драйверы и силовые платы, выдерживающие эксплуатацию в полевых условиях.

Драйвер — это компонент, который с наибольшей вероятностью ограничивает срок службы светильника, предназначенного для взрывоопасных зон, поэтому мы проектируем платы драйверов с запасом прочности: используем электролитические конденсаторы с пониженной номинальной мощностью или долговечные аналоги, обеспечиваем надежную коррекцию коэффициента мощности для соответствия промышленным стандартам, широкий диапазон входного напряжения для нестабильного электроснабжения объекта и защиту от перенапряжения, рассчитанную на конкретное местоположение. Поскольку тепловыделение драйвера влияет на температурный класс светильника, мы проектируем его таким образом, чтобы он работал с низким нагревом внутри герметичного корпуса, а не на пределе своих номинальных характеристик.

В тех случаях, когда светильнику требуется аварийная работа, батарея и защитная электроника изготавливаются и тестируются в соответствии с теми же экологическими стандартами — нет смысла в прочном светильнике с хрупкой платой резервного питания внутри.

Взрывозащищенные характеристики печатных плат: краткий обзор

В таблице приведено краткое описание того, что мы предлагаем для панелей управления освещением в опасных зонах:

В ходе бесплатного анализа DFM мы порекомендуем конструкцию, соответствующую вашей концепции защиты и температурному классу, и предоставим документы, необходимые для сертификации.

Почему стоит сотрудничать с крупным заводом по производству печатных плат?

Наиболее наглядный пример успешного сотрудничества с одним компетентным производителем – это освещение взрывоопасных зон. Температурный класс и требования к изоляции являются общими для платы двигателя, платы драйвера и платы защиты, поэтому их раздельное изготовление чревато несоответствием, которое проявится только во время сертификации. В цехах, специализирующихся только на металлокерамических изделиях, в обычных цехах, работающих с материалом FR-4, или в торговых компаниях приходится координировать изготовление этих плат уже после производства – именно тогда, когда исправление ошибок обходится дороже всего.

Компания Highleap Electronics производит платы для двигателей, драйверов, датчиков перенапряжения, управления и батарей на одном предприятии, сертифицированном по стандарту ISO 9001, в соответствии с единым планом теплоизоляции и термоподготовки, включающим заливку компаундом, нанесение покрытий, изготовление по стандарту IPC Class 3, тестирование на прочность и документацию, требуемую вашим уполномоченным органом. Отправьте ваши технические характеристики и температурный класс нашей команде по сборке печатных плат для получения коммерческого предложения в течение 24 часов.

Как сделать заказ — файлы, минимальный объем заказа и сроки выполнения.

Заказ взрывозащищенных светодиодных плат от Highleap Electronics начинается с определения технических характеристик светильника, концепции защиты и температурного класса. Каждое коммерческое предложение включает бесплатную проверку технологичности производства (DFM), а минимальный заказ составляет одну единицу без дополнительной платы за прототип.

Какие файлы отправить

• Изготовление печатных плат. — Файлы Gerber RS-274X (все слои меди, защитной пленки и шелкографии), файл сверления Excellon, контур платы на механическом слое и примечания по изготовлению, касающиеся подложки, диэлектрика, плотности меди, качества поверхности и цвета защитной пленки.
• Сборка печатной платы (PCBA) — вышеперечисленное, а также спецификация материалов с номерами деталей производителя и их количеством, и файл для установки компонентов поверхностного монтажа (Centroid).
• Электронные решения «под ключ» — вышеперечисленные файлы, а также файлы (STEP/DXF) для радиатора или корпуса, сведения об оптике или линзах, спецификации драйвера или системы управления, микропрограммное обеспечение (если применимо) и любые графические материалы для брендинга или упаковки. Если файлы отсутствуют, пришлите имеющиеся, и наша инженерная команда выявит недостающие файлы в ходе проверки DFM (проектирование для производства).

Минимальный заказ и цены

• Минимальный объем заказа составляет 1 блок Это касается как изготовления, так и сборки, без штрафных санкций за изготовление прототипа.
• Скидки за объем продаж действуют при заказе 10, 50, 100, 500 и более единиц.
• Мы сохраняем ваши файлы, поэтому при повторных заказах вам не придется заново рассчитывать стоимость инженерных работ.

Время выполнения заказа

• Изготовление печатных плат — Стандартный срок доставки: 5–7 рабочих дней; экспресс-доставка: 24–48 часов, в зависимости от наличия свободных мест.
• Сборка печатной платы (PCBA) — 7–12 рабочих дней, включая поиск комплектующих; 5 дней экспресс-доставки для комплектующих, имеющихся на складе.
• Модули «под ключ» — Обычно от 12 до 18 рабочих дней в зависимости от типа основания, защиты и объема.
• Все сроки выполнения заказа подтверждаются в вашем коммерческом предложении и отсчитываются с момента подтверждения заказа и утверждения документов.

Сертификаты и стандарты: система управления качеством ISO 9001 , качество изготовления IPC класса 2 и 3 , автоматическое оптическое облучение (AOI) и функциональное тестирование каждой платы, а также рентгеновское, ИКТ- и тестирование на выгорание. Мы осуществляем доставку в более чем 40 стран с полным отслеживанием и предоставляем документацию о соответствии по запросу. Для взрывозащищенных светодиодных печатных плат загрузите файлы Gerber, спецификацию материалов (BOM), требования к взрывоопасным зонам, примечания по заливке или покрытию и целевое количество через форму запроса на сайте, чтобы Highleap Electronics могла тщательно проверить производственную упаковку.

Взрывозащищенная светодиодная печатная плата — часто задаваемые вопросы

Может ли печатная плата сама по себе быть «взрывозащищенной»?

Нет — взрывозащищенная (Ex) сертификация распространяется на готовый, протестированный светильник, оцененный уполномоченным органом на соответствие таким стандартам, как серия IEC/EN 60079 (а также схемам ATEX, IECEx или UL/CSA). Печатная плата обеспечивает эту сертификацию: поддерживает температуру поверхности в пределах температурного класса светильника, обеспечивает защиту от утечки тока и зазоров, а также имеет компаунд или покрытие, соответствующее условиям окружающей среды. Мы изготавливаем платы в соответствии с этими требованиями и предоставляем необходимую для сертификации документацию по конструкции и тепловым характеристикам.

Как обеспечить соответствие светового модуля температурному диапазону прибора?

Мы разрабатываем схему теплоотвода и выбираем подложку, соответствующую предельному классу, с запасом прочности. Обычно это означает использование алюминиевого сердечника с более высокой теплопроводностью , медного сердечника для более высоких нагрузок или керамического для самых требовательных светильников, в сочетании с консервативным снижением номинальной мощности драйвера, чтобы тепло, выделяемое драйвером, не превышало предельно допустимую температуру поверхности. Перед выпуском мы проверяем температуру при полной нагрузке и высокой температуре окружающей среды.

Вы заливаете компаундом и покрываете защитным слоем доски для работы в коррозионных и влажных опасных средах?

Да. Мы обеспечиваем полный комплекс услуг по заливке/герметизации для защиты от взрывов и вибрации, конформное покрытие для защиты от влаги и коррозионных газов, а также водонепроницаемую конструкцию для работы в условиях мойки или на морских платформах — все работы выполняются собственными силами, поэтому защита и теплоотвод платы проектируются совместно, а не добавляются по отдельности.

Вы производите платы управления, защиты от перенапряжения и аварийного отключения, а также сам световой модуль?

Да, и для светильников, используемых во взрывоопасных зонах, это имеет большее значение, чем обычно. Температурный класс — это общий бюджет для каждой платы, поэтому мы собираем модуль, герметизированный драйвер , каскад защиты от перенапряжения, плату управления и любую плату аварийной защиты/ защиты батареи по единому согласованному плану и тестируем их вместе — избегая несоответствий, которые возникают во время сертификации, когда платы поставляются разными поставщиками.

Какие стандарты качества и документацию вы предоставляете?

Мы производим продукцию в соответствии со стандартом IPC Class 3 для работы во взрывоопасных зонах на предприятии, сертифицированном по ISO 9001, с использованием автоматического оптического контроля (AOI) для каждой партии, рентгеновского контроля для зон с высокой плотностью размещения оборудования, проверки на прочность при выгорании и термической верификации, а также полной прослеживаемости материалов, партий и операторов. Мы предоставляем документацию о строительстве, тепловые данные и декларации RoHS/REACH для подтверждения сертификации вашего светильника, а сам сертификат Ex предоставляется на основании готового изделия.