一种PCB板绝缘耐压性能预测方法及装置与流程

一种pcb板绝缘耐压性能预测方法及装置
技术领域
1.本技术涉及电子器件领域，具体而言，涉及一种pcb板绝缘耐压性能预测方法及装置。


背景技术：

2.广泛应用于生活的电动汽车和智慧家电等皆属于高压电气设备。对于该类高压电气设备，行业内通常会严格要求它们的电气性能、emc性能和安全性能，从而使得该类高压电气设备可以安全稳定的进行工作。其中，不能轻视的多个测试当中就包括对所有的高压电气设备的绝缘耐压测试。
3.众所周知，高压电气设备具有工作电压高和输出功率大的特点，作为高压电路载体和实现电气连接重要组成部分的高压电气设备内部的pcb板和焊装在pcb板上面的无源器件和有源器件，不但决定了高压电气设备的电气性能和emc性能，还决定了高压电气设备的绝缘耐压等电气安全性能。因此，对高压电气设备内的pcb板的绝缘性能尽早的预测和评估，能够在高压电气设备开发早期发现绝缘耐压安全性能的隐患，既便于修改，又有利于提高高压电气设备整体的绝缘耐压安全性能。
4.目前，对高压电气设备样件或完成焊装调试的pcb板绝缘耐压测试主要是通过对实物测试进行评估和整改，这需要等到pcb板生产并完成焊接、调试，甚至整个高压电气设备样件调试完成后才能开展测试，从产品设计和开发的后期才能介入，整改上存在局限性，只能更换封装差异不大的器件，不能对芯片和走线进行修改。其次，该种测试过程高压电容易对芯片和周边元器件造成损坏，存在测试安全的风险，使得整改周期延长而且过程重复。另外，该种方法对于不通过绝缘耐压测试的高压电气设备，问题定位也存在困难，通常是通过故障现象和经验来定位，解决问题时间长而且容易存在隐患。


技术实现要素：

5.本技术实施例的目的在于提供一种pcb板绝缘耐压性能预测方法及装置，能够在高压电气设备开发前期，有效预测和评估pcb板的绝缘耐压安全性能，并定位出风险点的位置，方便后续进行更换器件和修改走线等各种整改措施，从而便于技术人员准确、快速地确认出最佳的整改方案，进而能够避免器件损坏的风险和反复焊装的繁琐，最大程度地节省了人力和物力。
6.本技术实施例第一方面提供了一种pcb板绝缘耐压性能预测方法，包括：
7.导入目标pcb板的设计文件；
8.根据所述设计文件获取pcb板模型；
9.对所述pcb板模型进行预处理，得到预处理模型；
10.通过所述预处理模型仿真计算pcb板近电场/磁场，得到仿真结果；
11.将仿真结果与空气和介质的击穿场强进行比对，得到所述目标pcb板的板绝缘耐压性能预测结果。
12.在上述实现过程中，该方法可以预先导入目标pcb板的设计文件；然后根据设计文件获取pcb板模型，并对pcb板模型进行预处理，得到预处理模型；当获取到预处理模型之后，该方法可以通过预处理模型仿真计算pcb板近电场/磁场，得到仿真结果；最后，再将仿真结果与空气和介质的击穿场强进行比对，得到目标pcb板的板绝缘耐压性能预测结果。可见，该方法可以对基于模型进行仿真计算，并依据仿真计算结果确定绝缘耐压不通过的风险，从而得到板绝缘耐压性能预测结果，进而能够实现在高压电气设备开发前期预测和评估pcb板的绝缘耐压安全性能的效果。
13.进一步地，所述对所述pcb板模型进行预处理，得到预处理模型，包括：
14.确定所述pcb板模型上只带有标称值的无源器件、有源器件位置和对外连接器位置；
15.将所述无源器件更换为预设的等效电路模型，得到第一处理pcb板模型；
16.将所述有源器件位置替换为预设的接口电路，得到第二处理pcb板模型；
17.在所述对外连接器位置处，将所有的信号脚短路，得到第三处理pcb板模型；
18.在短路的所述信号脚处添加高电压源作为冲击信号，得到预处理模型。
19.进一步地，所述方法还包括：
20.判断所述板绝缘耐压性能预测结果是否超出预设耐压性能限值；
21.如果是，根据所述板绝缘耐压性能预测结果获取针对所述目标pcb板的器件调整方案；
22.输出所述板绝缘耐压性能预测结果和所述器件调整方案。
23.进一步地，所述根据所述板绝缘耐压性能预测结果获取针对所述目标pcb板的器件调整方案，包括：
24.根据所述设计文件确定所述目标pcb板的叠层信息、走线信息和器件信息；
25.根据所述板绝缘耐压性能预测结果和所述器件信息确定所述目标pcb板中超出限值场强周边的目标器件；
26.获取针对所述目标器件的高绝缘性能器件调整方案；
27.获取针对pcb板走线间距、线宽的走线调整方案；
28.根据所述高绝缘性能器件调整方案和所述走线调整方案生成器件调整方案。
29.本技术实施例第二方面提供了一种pcb板绝缘耐压性能预测装置，所述pcb板绝缘耐压性能预测装置包括：
30.导入单元，用于导入目标pcb板的设计文件；
31.第一获取单元，用于根据所述设计文件获取pcb板模型；
32.预处理单元，用于对所述pcb板模型进行预处理，得到预处理模型；
33.仿真单元，用于通过所述预处理模型仿真计算pcb板近电场/磁场，得到仿真结果；
34.比对单元，用于将仿真结果与空气和介质的击穿场强进行比对，得到所述目标pcb板的板绝缘耐压性能预测结果。
35.在上述实现过程中，该pcb板绝缘耐压性能预测装置可以通过导入单元导入目标pcb板的设计文件；通过第一获取单元根据设计文件获取pcb板模型；通过预处理单元对pcb板模型进行预处理，得到预处理模型；通过仿真单元来通过预处理模型仿真计算pcb板近电场/磁场，得到仿真结果；通过比对单元将仿真结果与空气和介质的击穿场强进行比对，得
到目标pcb板的板绝缘耐压性能预测结果。可见，该装置可以对基于模型进行仿真计算，并依据仿真计算结果确定绝缘耐压不通过的风险，从而得到板绝缘耐压性能预测结果，进而能够实现在高压电气设备开发前期预测和评估pcb板的绝缘耐压安全性能的效果。
36.进一步地，所述预处理单元包括：
37.第一确定子单元，用于确定所述pcb板模型上只带有标称值的无源器件、有源器件位置和对外连接器位置；
38.更换子单元，用于将所述无源器件更换为预设的等效电路模型，得到第一处理pcb板模型；
39.替换子单元，用于将所述有源器件位置替换为预设的接口电路，得到第二处理pcb板模型；
40.短路子单元，用于在所述对外连接器位置处，将所有的信号脚短路，得到第三处理pcb板模型；
41.添加子单元，用于在短路的所述信号脚处添加高电压源作为冲击信号，得到预处理模型。
42.进一步地，所述pcb板绝缘耐压性能预测装置还包括：
43.判断单元，用于判断所述板绝缘耐压性能预测结果是否超出预设耐压性能限值；
44.第二获取单元，还用于在判断出超出所述预设耐压性能限值时，根据所述板绝缘耐压性能预测结果获取针对所述目标pcb板的器件调整方案；
45.输出单元，用于输出所述板绝缘耐压性能预测结果和所述器件调整方案。
46.进一步地，所述第二获取单元包括：
47.第二确定子单元，用于根据所述设计文件确定所述目标pcb板的叠层信息、走线信息和器件信息；以及根据所述板绝缘耐压性能预测结果和所述器件信息确定所述目标pcb板中超出限值场强周边的目标器件；
48.获取子单元，用于获取针对所述目标器件的高绝缘性能器件调整方案；以及获取针对pcb板走线间距、线宽的走线调整方案；
49.生成子单元，用于根据所述高绝缘性能器件调整方案和所述走线调整方案生成器件调整方案。
50.本技术实施例第三方面提供了一种电子设备，包括存储器以及处理器，所述存储器用于存储计算机程序，所述处理器运行所述计算机程序以使所述电子设备执行本技术实施例第一方面中任一项所述的pcb板绝缘耐压性能预测方法。
51.本技术实施例第四方面提供了一种计算机可读存储介质，其存储有计算机程序指令，所述计算机程序指令被一处理器读取并运行时，执行本技术实施例第一方面中任一项所述的pcb板绝缘耐压性能预测方法。
附图说明
52.为了更清楚地说明本技术实施例的技术方案，下面将对本技术实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
53.图1为本技术实施例提供的一种pcb板绝缘耐压性能预测方法的流程示意图；
54.图2为本技术实施例提供的一种pcb板绝缘耐压性能预测装置的结构示意图。
具体实施方式
55.下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行描述。
56.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本技术的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
57.实施例1
58.请参看图1，图1为本技术实施例提供了一种pcb板绝缘耐压性能预测方法的流程示意图。其中，该pcb板绝缘耐压性能预测方法包括：
59.s101、导入目标pcb板的设计文件。
60.本实施例中，该方法可以导入pcb板设计文件，该pcb板设计文件包括叠层、走线和器件信息。
61.本实施例中，该方法导入pcb板的设计文件时，需要准确输入对于绝缘安全性能影响的叠层、走线和器件信息。其中，叠层信息包括各导体层的材料和厚度。其中，导体通常为金属铜，厚度通常为0.5oz(低压部分)和1oz(高压部分)，也有需要通过大电流导体层厚度为1mm，和各层导体层之间介质层的材料和厚度，介质通常是fr4，厚度通常在0.1mm-1mm范围。
62.s102、根据设计文件获取pcb板模型。
63.s103、确定pcb板模型上只带有标称值的无源器件、有源器件位置和对外连接器位置。
64.s104、将无源器件更换为预设的等效电路模型，得到第一处理pcb板模型。
65.本实施例中，该方法将pcb板模型上只带有标称值的无源器件更换为等效电路模型。
66.s105、将有源器件位置替换为预设的接口电路，得到第二处理pcb板模型。
67.本实施例中，该方法将pcb板模型上的有源器件位置替换为接口电路。
68.s106、在对外连接器位置处，将所有的信号脚短路，得到第三处理pcb板模型。
69.本实施例中，该方法在pcb板的对外连接器位置，将所有的信号脚短路并添加高电压源作为冲击信号。
70.s107、在短路的信号脚处添加高电压源作为冲击信号，得到预处理模型。
71.本实施例中，该方法可以将pcb板上只有标称值的无源器件更换为等效电路模型，有源器件替换为接口电路。其中，绝缘安全性能与pcb板的介质和器件之间形成的漏电流密切相关。具体的，无源器件的等效电路模型需要包含寄生电阻、寄生电感和寄生电容部分；有源器件连接管脚需要添加由无源器件组成的接口电路。
72.s108、通过预处理模型仿真计算pcb板近电场/磁场，得到仿真结果。
73.本实施例中，该方法通过仿真计算pcb板近电场/磁场。
74.s109、将仿真结果与空气和介质的击穿场强进行比对，得到目标pcb板的板绝缘耐压性能预测结果。
75.本实施例中，板绝缘耐压性能预测结果为仿真结果与空气和介质的击穿场强的比对结果。
76.s110、判断板绝缘耐压性能预测结果是否超出预设耐压性能限值，若是，则执行步骤s111～s112；若否，则结束本流程。
77.本实施例中，该方法通过对仿真结果与空气和介质的击穿场强的比对结果，确定是否超出预设耐压性能限值时。
78.在本实施例中，如果超出预设耐压性能限值时，则说明存在绝缘耐压不通过的风险；如果未超出预设耐压性能限值时，则说明不存在绝缘耐压不通过的风险。
79.s111、根据板绝缘耐压性能预测结果获取针对目标pcb板的器件调整方案。
80.作为一种可选的实施方式，根据板绝缘耐压性能预测结果获取针对目标pcb板的器件调整方案，包括：
81.根据设计文件确定目标pcb板的叠层信息、走线信息和器件信息；
82.根据板绝缘耐压性能预测结果和器件信息确定目标pcb板中超出限值场强周边的目标器件；
83.获取针对目标器件的高绝缘性能器件调整方案；
84.获取针对pcb板走线间距、线宽的走线调整方案；
85.根据高绝缘性能器件调整方案和走线调整方案生成器件调整方案。
86.本实施例中，当仿真结果与空气和介质的击穿场强的比对结果超出预设耐压性能限值时，该方法可以在pcb板中对超出限值场强周边的器件进行调整，更换高绝缘性能的器件，或者修改该位置的pcb板走线间距、线宽等，使得仿真结果满足限值要求。
87.在本实施例中，上述调整可以是人为进行的调整，也可以是该方法根据预设规则进行的自动调整。无论是哪种情况，该方法都可以根据调整的结果生成器件调整方案。
88.s112、输出板绝缘耐压性能预测结果和器件调整方案。
89.本实施例中，该方法中所示用的激励电压的激励电压值为该高压电力设备工作时电源高压*2 1000v。其中，电压源可以是直流电压源也可以是工频交流电压源，该方法可以选择直流电压和50hz交流工频电压。
90.举例来说，该方法可以导入eda软件设计完成的pcb板设计文件，并准确设置pcb板的叠层、走线和器件信息，如导线的材料和厚度，介质层的材料和厚度。此后，将pcb板上的无源器件都换成带寄生电容、寄生电感和寄生电阻的等效电路模型，有源器件管脚位置添加由无源器件组成的接口电路。根据测试大纲中的要求，在pcb板的对外连接器位置即测试耐压注入位置，将所有的信号脚短路并添加高电压源作为冲击信号。然后再仿真计算pcb板的近电场，仿真结果与空气和介质的电场击穿场强进行比对，超出场强值时，说明存在绝缘耐压不通过的风险。通常情况下，空气的击穿场强为3e6v/m，fr4的击穿场强为14e6v/m。当上述比对结果超出限值时，用户可以在pcb板中对超出限值场强周边的器件进行调整，更换高绝缘性能的器件，或者修改该位置的pcb板走线间距、线宽，从而使得其可以达到低于限值要求，并完成整改。
91.本实施例中，该方法的执行主体可以为计算机、服务器等计算装置，对此本实施例中不作任何限定。
92.在本实施例中，该方法的执行主体还可以为智能手机、平板电脑等智能设备，对此
本实施例中不作任何限定。
93.可见，实施本实施例所描述的pcb板绝缘耐压性能预测方法，能够适合高压电气设备在开发前期对高压电气设备绝缘安全性能进行评估和预测；同时，只利用高压电气设备内pcb板layout设计文件和焊装在上面器件的规格书，即可以进行绝缘耐压预测，并使得其不存在损坏器件或测试安全的风险，从而真正做到了在产品开发的前期设计和预测产品绝缘耐压的安全性能。另外，该方法还可以在高压电气设备绝缘耐压性能整改过程中既能够快速地预测结果，又能够提供可视化的结果图以便于准确定位绝缘耐压超标风险点的位置，从而为整改提供很好的理论依据。最后，该方法中pcb板电子设计文件更换器件和修改走线都较为方便快捷，适合快速进行不同整改措施对绝缘耐压性能影响程度的仿真分析，并能够在得到仿真结果时提供多种有效低成本的整改方案，从而使得该方法具有很好的可行性和实用性。
94.实施例2
95.请参看图2，图2为本技术实施例提供的一种pcb板绝缘耐压性能预测装置的结构示意图。如图2所示，该pcb板绝缘耐压性能预测装置包括：
96.导入单元210，用于导入目标pcb板的设计文件；
97.第一获取单元220，用于根据设计文件获取pcb板模型；
98.预处理单元230，用于对pcb板模型进行预处理，得到预处理模型；
99.仿真单元240，用于通过预处理模型仿真计算pcb板近电场/磁场，得到仿真结果；
100.比对单元250，用于将仿真结果与空气和介质的击穿场强进行比对，得到目标pcb板的板绝缘耐压性能预测结果。
101.作为一种可选的实施方式，预处理单元230包括：
102.第一确定子单元231，用于确定pcb板模型上只带有标称值的无源器件、有源器件位置和对外连接器位置；
103.更换子单元232，用于将无源器件更换为预设的等效电路模型，得到第一处理pcb板模型；
104.替换子单元233，用于将有源器件位置替换为预设的接口电路，得到第二处理pcb板模型；
105.短路子单元234，用于在对外连接器位置处，将所有的信号脚短路，得到第三处理pcb板模型；
106.添加子单元235，用于在短路的信号脚处添加高电压源作为冲击信号，得到预处理模型。
107.作为一种可选的实施方式，pcb板绝缘耐压性能预测装置还包括：
108.判断单元260，用于判断板绝缘耐压性能预测结果是否超出预设耐压性能限值；
109.第二获取单元270，还用于在判断出超出预设耐压性能限值时，根据板绝缘耐压性能预测结果获取针对目标pcb板的器件调整方案；
110.输出单元280，用于输出板绝缘耐压性能预测结果和器件调整方案。
111.作为一种可选的实施方式，第二获取单元270包括：
112.第二确定子单元271，用于根据设计文件确定目标pcb板的叠层信息、走线信息和器件信息；以及根据板绝缘耐压性能预测结果和器件信息确定目标pcb板中超出限值场强
周边的目标器件；
113.获取子单元272，用于获取针对目标器件的高绝缘性能器件调整方案；以及获取针对pcb板走线间距、线宽的走线调整方案；
114.生成子单元273，用于根据高绝缘性能器件调整方案和走线调整方案生成器件调整方案。
115.本技术实施例中，对于pcb板绝缘耐压性能预测装置的解释说明可以参照实施例1中的描述，对此本实施例中不再多加赘述。
116.可见，实施本实施例所描述的pcb板绝缘耐压性能预测装置，能够适合高压电气设备在开发前期对高压电气设备绝缘安全性能进行评估和预测；同时，只利用高压电气设备内pcb板layout设计文件和焊装在上面器件的规格书，即可以进行绝缘耐压预测，并使得其不存在损坏器件或测试安全的风险，从而真正做到了在产品开发的前期设计和预测产品绝缘耐压的安全性能。另外，该方法还可以在高压电气设备绝缘耐压性能整改过程中既能够快速地预测结果，又能够提供可视化的结果图以便于准确定位绝缘耐压超标风险点的位置，从而为整改提供很好的理论依据。最后，该方法中pcb板电子设计文件更换器件和修改走线都较为方便快捷，适合快速进行不同整改措施对绝缘耐压性能影响程度的仿真分析，并能够在得到仿真结果时提供多种有效低成本的整改方案，从而使得该方法具有很好的可行性和实用性。
117.本技术实施例提供了一种电子设备，包括存储器以及处理器，所述存储器用于存储计算机程序，所述处理器运行所述计算机程序以使所述电子设备执行本技术实施例1中的pcb板绝缘耐压性能预测方法。
118.本技术实施例提供了一种计算机可读存储介质，其存储有计算机程序指令，所述计算机程序指令被一处理器读取并运行时，执行本技术实施例1中的pcb板绝缘耐压性能预测方法。
119.在本技术所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，也可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，附图中的流程图和框图显示了根据本技术的多个实施例的装置、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现方式中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。
120.另外，在本技术各个实施例中的各功能模块可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或两个以上模块集成形成一个独立的部分。
121.所述功能如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读存储介质中。基于这样的理解，本技术的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人
计算机，服务器，或者网络设备等)执行本技术各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(rom，read-only memory)、随机存取存储器(ram，random access memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
122.以上所述仅为本技术的实施例而已，并不用于限制本技术的保护范围，对于本领域的技术人员来说，本技术可以有各种更改和变化。凡在本技术的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的保护范围之内。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
123.以上所述，仅为本技术的具体实施方式，但本技术的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本技术揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本技术的保护范围之内。因此，本技术的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。
124.需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。