BR112015021592B1

BR112015021592B1 - Dispositivo de alta tensão e método de atenuação de estresses de tensão

Info

Publication number: BR112015021592B1
Application number: BR112015021592-0A
Authority: BR
Inventors: Robert C. Woodward Jr
Original assignee: Doble Engineering Company
Priority date: 2013-03-14
Filing date: 2014-03-12
Publication date: 2021-12-21
Also published as: EP2974565B1; EP2974565A1; ZA201503761B; EP2974565A4; AU2014240504A1; AU2014240504B2; US9313878B2; WO2014159537A1; BR112015021592A2; US20140262445A1; BR112015021592A8; TR201910190T4; MX342134B; MX2015008465A

Abstract

método e estrutura para atenuar esforços de tensão em placa de circuito impresso. um método de atenuação de esforços de tensão em um pcb inclui a aplicação de uma tensão ca a uma estrutura de condensador de múltiplos terminais (100) de um pcb de múltiplas camadas (130). a estrutura de condensador de terminal é formada pela sobreposição de uma pluralidade de segmentos condutores entre as camadas de placa do pcb de múltiplas camadas (130). uma camada dielétrica correspondente é disposta entre os segmentos condutores sobrepostos das camadas da placa. os segmentos condutores sobrepostos incluem um primeiro terminal (a), um segundo terminal (b), um terceiro terminal (c), e um quarto terminal (d). o primeiro terminal (a) e o terceiro terminal (c) são dispostos em uma primeira camada do pcb de múltiplas camadas (130), e o segundo terminal (b) e o quarto terminal (d) são dispostos em uma camada inferior do pcb de múltiplas camadas (130). o primeiro terminal (a) e o segundo terminal (b) são conectados a um ponto de aterramento, e o terceiro terminal (c) e o quarto terminal (d) são conectados à tensão ca. as tensões de tensão no pcb são atenuadas utilizando-se a estrutura de condensador de múltiplos terminais (100).

Description

Referência Cruzada a Pedidos Relacionados

[001] O pedido reivindica prioridade e os benefícios do pedidoprovisório U.S. No. 61/783.901, intitulado "Methods and Circuit Structures for controlling Voltage stresses on Printed Circuit Board (PCB) in High Voltage Devices", depositado em 14 de março de 2013, que é incorporado por referência em sua totalidade.

Campo da Tecnologia

[002] O presente pedido se refere a métodos e estruturas de circuito para atenuação de estresses de tensão em placas de circuito impresso (PCB), que são utilizados em dispositivos de alta tensão. Antecedentes

[003] Fontes de alimentação de comutação de alta tensão utilizam múltiplas PCBs para circuitos de controle e circuitos de geração de energia. Os segmentos de circuito de placa e os componentes montados na placa de circuito estão sob estresse de alta tensão devido aos campos de alta tensão. Portanto, o desenho de aterramento para PCBs de alta tensão é sempre uma tarefa desafiadora. Mais particularmente, dispositivos de alta energia são altamente integrados onde componentes de alta densidade são montados em um espaço de placa limitado. Adicionalmente, múltiplas PCBs são montadas em proximidade um com o outro com pouco espaço de placa livre e com pouco espaço para as paredes circundantes do recinto do dispositivo.

[004] Por exemplo, uma fonte de alta tensão de 15kV RMS dentro de um envoltório de instrução para medir um dispositivo de utilidade de energia alta frequentemente possui um espaço livre limitado, que pode representar uma preocupação de segurança. Uma solução tradicional seria se montar ou suportar a fonte de alta tensão em iso- lantes longos, ou se submergir a fonte de alta tensão em um isolante líquido, ou utilizar material de plantio. Essa solução, no entanto, não é prática, visto que não existe espaço suficiente para se utilizar isolantes adequadamente longos. Adicionalmente, as restrições de peso impedem a utilização de encapsulados líquidos ou sólidos para isolar a fonte de alta tensão.

Sumário

[005] Uma modalidade da presente descrição fornece um métodode atenuação de estresses de tensão em uma placa de circuito impresso (PCB). O método inclui: a aplicação de uma tensão de corrente alternada (CA) para uma estrutura de condensador de múltiplos terminais de uma PCB de múltiplas camadas, onde a estrutura de condensador de terminal é formada pela sobreposição de uma pluralidade de segmentos condutores entre as camadas de placa da PCB de múltiplas camadas, onde uma camada dielétrica correspondente é disposta entre a pluralidade de segmentos condutores sobrepostos das camadas de placa, onde a pluralidade de segmentos condutores sobrepostos inclui: pelo menos um primeiro terminal e um segundo terminal, um terceiro terminal e um quarto terminal, onde o primeiro terminal e o terceiro terminal são dispostos em uma primeira camada da PCB de múl-tiplas camadas, e o segundo terminal e o quarto terminal são dispostos em uma camada inferior da PCB de múltiplas camadas; onde o primeiro terminal e o segundo terminal são conectados a um ponto de ater- ramento; e o terceiro terminal e o quarto terminal são conectados à tensão CA; e a atenuação de estresses de tensão na PCB utilizando a estrutura de condensador de múltiplos terminais para ultrapassar as correntes CA da tensão CA aplicada para o ponto de aterramento.

[006] Em outra modalidade da descrição, uma estrutura de condensador de múltiplos terminais implementada em uma placa de circuito impressão de múltiplas camadas (PCB) é descrita. A estrutura de condensador de múltiplos terminais pode incluir uma pluralidade de segmentos condutores sobrepostos entre as camadas de placa da PCB de múltiplas camadas formando a estrutura de condensador de múltiplos terminais onde uma camada dielétrica correspondente é disposta entre a pluralidade de segmentos condutores sobrepostos das camadas de placa, onde a pluralidade de segmentos condutores sobrepostos inclui pelo menos um primeiro terminal, um segundo terminal, um terceiro terminal e um quarto terminal, onde o primeiro terminal e o segundo terminal são conectados a um ponto de aterramento, e o terceiro terminal e o quarto terminal são conectados à fonte de tensão CA, onde a estrutura PCB controla os estresses de tensão quando uma tensão de corrente alternada (CA) é aplicada aos conjuntos de circuitos de energia na PCB.

[007] As várias modalidades da descrição fornecem uma soluçãoefetiva para reduzir a tensão de tensão nas PCBs de alta tensão, pela criação de uma estrutura de circuito dentro de uma PCB de múltiplas camadas. A estrutura de circuito efetiva é um circuito capacitor de divisão de tensão formado por uma pluralidade de capacitores em série e em paralelo utilizando os segmentos condutores em ambas as extremidades da PCB de múltiplas camadas, que forma uma estrutura de condensador de múltiplos terminais. O condensador de múltiplos terminais suprime efetivamente ou ultrapassa os campos elétricos de alta tensão irradiados dos componentes montados e dos segmentos condutores do circuito da PCB para o plano de aterramento, permitindo, assim, que o material de placa opere dentro de um limite de segurança como especificado pelo fabricante.

[008] As camadas capacitivas na estrutura de condensador demúltiplos terminais atenuam a distribuição de campos de tensão na superfície da PCB para impedir a formação de arco ou centelha. Ex- tensores de escoamento também podem ser localizados na superfície da PCB para evitar a centelha causada pelos contaminantes.

[009] A estrutura de condensador de múltiplos terminais permiteo uso de guias de cartão de circuito tradicionais para suporte mecânico no recinto para permitir que o resfriamento por ar para manter o peso baixo, enquanto permite o uso de uma fonte de tensão CA 15kV RMS para ser integrada em um espaço limitado do recinto de instrumento.

Breve Descrição dos Desenhos

[0010] Os desenhos em anexo são incluídos para fornecer umacompreensão adicional das reivindicações. Os desenhos são incorporados em, e constituem uma parte dessa especificação. A descrição detalhada e as modalidades ilustradas descritas servem para explicar os princípios definidos pelas reivindicações.

[0011] A figura 1A ilustra uma vista transversal de uma extremidade de uma PCB de múltiplas camadas de uma estrutura de condensador de múltiplos terminais ilustrativa, de acordo com uma modalidade da descrição.

[0012] A figura 1B ilustra uma vista projetada, camada por camada, de uma estrutura de condensador de múltiplos terminais ilustrativa associada com da PCB de múltiplas camadas da figura 1A, de acordo com uma modalidade da descrição.

[0013] A figura 1C ilustra uma representação esquemática da estrutura de condensador de múltiplos terminais ilustrativa das figuras 1A e 1B, de acordo com uma modalidade da descrição.

[0014] A figura 2A ilustra uma vista transversal de uma extremidade de uma PCB de múltiplas camadas de uma estrutura de múltiplos terminais ilustrativa, de acordo com outra modalidade da descrição.

[0015] A figura 2B ilustra uma vista projetada, camada por camada, da estrutura de condensador de múltiplos terminais ilustrativa de associada com da PCB de múltiplas camadas da figura 2A, de acordo com uma modalidade da descrição.

[0016] A figura 2C ilustra uma representação esquemática de umaestrutura de condensador de múltiplos terminais ilustrativa da figura 2A, de acordo com uma modalidade da descrição.

[0017] A figura 2D apresenta uma vista projetada de segmentoscondutores ilustrativos de uma primeira camada e uma camada intermediária de uma estrutura de condensador de múltiplos terminais como apresentado na figura 2A, de acordo com uma modalidade da descrição.

[0018] A figura 3 é um fluxograma ilustrando operações ilustrativasque podem ser realizadas para atenuar os estresses de tensão em uma PCB.

Descrição Detalhada das Modalidades

[0019] As várias modalidades da presente descrição são adicionalmente descritas em detalhes em combinação com os desenhos em anexo e modalidades abaixo. Deve-se compreender que as modalidades específicas descritas aqui são utilizadas apenas para explicar a presente descrição, e não devem ser considerados como uma limitação das reivindicações. Adicionalmente, a fim de manter a descrição breve e concisa, apenas as características recém-adicionadas, ou características que são diferentes das anteriormente descritas em cada nova modalidade, podem ser descritas em detalhes. Características similares podem ser referidas às descrições anteriores em um desenho de numeração anterior ou referidas á frente a um desenho de numeração superior.

[0020] A figura 1A ilustra uma vista transversal de uma parte deextremidade de uma PCB de múltiplas camadas (130) de uma estrutura de condensador de múltiplos terminais ilustrativos (100), de acordo com uma modalidade da descrição. Mais especificamente, a estrutura de condensador de múltiplos terminais (100) é formada pela sobreposição de uma pluralidade de segmentos condutores (A-D, 116a-116z) dispostos entre as camadas de placa (130A a 130K) da PCB de múltiplas camadas (130), onde uma camada dielétrica correspondente (110) é disposta entre a pluralidade de segmentos condutores sobrepostos (A a C, 116a a 116z), das camadas de placa (130A a 103K), e onde a estrutura de condensador de múltiplos terminais (100) inclui pelo menos um primeiro terminal (A), um segundo terminal (B), um terceiro terminal (C) e um quarto terminal (D). O primeiro terminal (A) e o segundo terminal (B) são conectados a um ponto de aterramento. O terceiro terminal (C) e o quarto terminal (D) são conectados a uma fonte de tensão CA. A estrutura de condensador de múltiplos terminais atenua os estresses de tensão quando uma tensão de corrente alternada (CA) é aplicada aos conjuntos de circuitos de energia (por exemplo, segmentos de circuito 230A, 230C na figura D) na PCB.

[0021] Como ilustrado, da PCB de múltiplas camadas ilustrativo(130) pode incluir 10 camadas (130A a 103K), onde cada camada possui um padrão de segmento condutor correspondente. Por exemplo, a camada 130A (isso é, a primeira camada) pode incluir terminais A e C. Os terminais A e C podem, cada um, possuir uma largura de segmento (114) de cerca de 0,304 cm (0,120"), e pode ser espaçado em extremidades opostas (E e F) da estrutura de condensador de múltiplos terminais (100). A camada 130B (isso é, a 2a camada) pode incluir segmentos condutores (116a-116d) possuindo larguras de segmento respectivas de cerca de 0,304 cm (0,120"), 0,751 cm (0,296"), 0,751 cm (0,296") e 0,304 cm (0,120"). As várias larguras de segmento podem ser diferentes ou selecionadas para adequar a uma situação em particular.

[0022] Em algumas implementações, um espaçamento uniforme(11) pode ser utilizado entre os segmentos condutores (116a-116z) por todas as camadas PCB intermediárias (100B-100J). A camada 130C (isso é, a 3a camada) pode incluir a pluralidade de segmentos conduto- res (116e-116j), cada um podendo ter uma largura de segmento ilustrativa de 0,304 cm (0,120") e cada uma podendo ser igualmente espaçada por uma distância de 0,152 cm (0,056"). Da mesma forma, a camada 130K (isso é, a 10a. camada) inclui terminais B e D, que podem ser dispostos de forma similar aos terminais A e C na primeira camada 130A. Em outras implementações, a largura de segmento (114) e o espaçamento (112) podem variar de camada para camada, e de desenho para desenho.

[0023] Adicionalmente, as características da estrutura de condensador de múltiplos terminais (100) podem ser dispostas simetricamente ao longo de várias linhas de simetria para otimizar o desempenho. Por exemplo, uma linha de simetria pode dividir a 5a camada (130E) e a 6a camada (130F). Da mesma forma, uma linha de simetria pode dividir os segmentos condutores 116g e 116h. Deve-se notar que a simetria pode não ser uma exigência para a estrutura de condensador de múltiplos terminais (100). Uma estrutura de condensador de múltiplos terminais assimétrica (100) também pode ser implementada como necessário em qualquer desenho determinado.

[0024] Adicionalmente, as respectivas camadas dielétricas (110)de uma espessura correspondente podem ser dispostas entre a pluralidade sobreposta de segmentos condutores (A-D, 116a-116z) dascamadas de placa (130A a 130K). Uma rede de séries interconectadas e capacitores paralelos tal como a estrutura de condensador de múltiplos terminais (100) pode, portanto, ser formada. Em uma modalidade, um material dielétrico uniforme pode ser utilizado para cada camada da camada dielétrica (110) para facilitar a fabricação de PCB. Em outras implementações, o material dielétrico pode variar de camada para camada para alcançar as exigências do desenho.

[0025] A figura 1B lustra uma vista projetada, camada por camada,de uma estrutura de condensador de múltiplos terminais ilustrativa que é associada com da PCB de múltiplas camadas na figura 1A. A estrutura de condensador de múltiplos terminais (100) pode ser formada pela sobreposição de segmentos condutores (100A a 100K) entre as camadas de placa da PCB de múltiplas camadas (130). A estrutura de condensador de múltiplos terminais ilustrativa (100) inclui pelo menos uma camada superior (130A), pelo menos uma camada intermediária (isso é, a 3a camada (130C)) e uma camada inferior (isso é, a 10a camada 130K) da PCB de múltiplas camadas (130). Como ilustrado na figura 1B, os segmentos condutores (100A) da camada superior (130A) podem incluir o primeiro terminal (A) e o terceiro terminal (C). Os segmentos condutores (100C) da terceira camada (130C) podem incluir a pluralidade de segmentos condutores (116e a 116j). Os segmentos condutores (100K) da camada inferior (130K) podem incluir o segundo terminal (B) e o quarto terminal (D).

[0026] Em uma modalidade, o ponto de aterramento (GND) pode seradjacente a uma borda (E) da PCB de múltiplas camadas. Em uma mo-dalidade, o terceiro e quarto terminais (C, D) podem ser dispostos em uma extremidade oposta (F) da estrutura de condensador de múltiplos terminais (100) para longe dos primeiro e segundo terminais (A, B).

[0027] Em uma modalidade, a estrutura PCB de múltiplas camadas (130) inclui adicionalmente duas estruturas de condensador de múltiplos terminais (100, 100'), cada uma disposta em extremidades opostas (E, E') da PCB de múltiplas camadas.

[0028] A figura 1C ilustra uma representação esquemática da estrutura de condensador de múltiplos terminais ilustrativa (100) em uma extremidade da PCB de múltiplas camadas como ilustrado nas figuras 1A e 1B, de acordo com uma modalidade. Como ilustrado, o aterra- mento CA pode ser fornecido através do acoplamento capacitivo de sinais CA dentro da estrutura de condensador de múltiplos terminais.

[0029] Em uma modalidade da descrição, o acoplamento capaciti- vo pode incluir um primeiro grupo de capacitores em série (isso é, C11, C21, C31, C41, C42, C32, C22, C23, C33, C43, C44, C34, C24,C25, C35, C45, C46, C36, C26, C12) que pode ser formado entre umprimeiro terminal (A) e um terceiro terminal (C), um segundo grupo de capacitores em série (C91, C81, C71, C61, C62, C72, C82, C83, C73,C23, C64, C74, C84, C85, C75, C65, C66, C76, C86, C92), que podeser formado entre um segundo terminal (B) e um quarto terminal (D).

[0030] Adicionalmente, uma pluralidade de capacitores em paralelo (isso é, C51, C52, C53) pode ser formada entre a primeira pluralidade de capacitores em série e a segunda pluralidade de capacitores em série. Os capacitores paralelos (isso é, C51, C52, C53) podem funcionar como capacitores de acoplamento, que acoplam ao longo do primeiro grupo de capacitores em série ao segundo grupo de capacitores em série em pares de nó respectivos (N1/N4, N2/N5 e N3/N6) na estrutura de condensador de múltiplos terminais (100).

[0031] Adicionalmente, a formação do primeiro grupo de capacito-res em série (isso é, C11, C21, C31, C41, C42, C32, C22, C23, C33,C43, C44, C34, C24, C25, C35, C45, C46, C36, C26, C12), o segundogrupo de capacitores em série (C91, C81, C71, C61, C62, C72, C82,C83, C73, C23, C64, C74, C84, C85, C75, C65, C66, C76, C86, C92)e o grupo de capacitores paralelos (isso é, C51, C52, C53) podem ser do tipo de capacitores de placa em paralelo, que são formados pelos segmentos condutores sobrepostos (isso é, A-D, 116a-116z) entre as camadas de placa (130A-130K) da PCB de múltiplas camadas (130).

[0032] Por exemplo, o capacitor em série C11 pode ser formadoentre o terminal A e o segmento condutor (116a). O capacitor em série C21 pode ser formado entre os segmentos condutores (116a e 116e). Os capacitores em série C91 e C92 podem ser formados entre o terminal B e o segmento condutor (116w) e o terminal D e o segmento condutor (116z), respectivamente. Da mesma forma, os capacitores paralelos (C51, C52, e C53) podem ser formados entre os segmentos condutores (116k e 116p), os segmentos condutores (116m e 116q) e os segmentos condutores (116n e 116r), respectivamente.

[0033] Em uma modalidade da descrição, os valores de capacitân-cia (por exemplo, 65pF em C11, 104 pF em C21...65 pF em C12) da primeira pluralidade de capacitores em série podem ser projetados para espelhar os valores de capacitância (por exemplo, 65 pF em C91, 104 pF em C81...65 pF em C92) da segunda pluralidade de capacito- res em série respectiva. Porém, na mesma modalidade, os valores de capacitância (por exemplo, 0,65 pF) da pluralidade de capacitores em paralelo (C51 a C53) podem ser projetados para combinar uma com a outra, formando, assim, uma estrutura de condensador de múltiplos terminais simétrica (100).

[0034] Na mesma modalidade descrita na figura 1C, a disposiçãodo primeiro grupo de capacitores em série (isso é, C11, C21, C31, C41, C42, C32, C22, C23, C33, C43, C44, C34, C24, C25, C35, C45, C46, C36, C26, C12) pode funcionar como um primeiro capacitor de ultrapassagem para a tensão CA alta aplicada através dos terminais C e A. O segundo grupo de capacitores em série (C91, C81, C71, C61, C62, C72, C82, C83, C73, C23, C64, C74, C84, C85, C75, C65, C66, C76, C86, C92) pode funcionar como um segundo capacitor de ultrapassagem para a tensão CA alta aplicada através dos terminais D e B. Adicionalmente, os capacitores C51, C51 e C53 podem funcionar como capacitores de acoplamento adjacentes, que acoplam entre duas voltagens CA altas aplicadas aos terminais C e D, respetivamente.

[0035] Como mencionado previamente na figura 1A, a simetria pode não ser uma exigência para a estrutura de condensador de múltiplos terminais (100). Deve-se compreender que uma estrutura de condensador de múltiplos terminais assimétrica (100) pode ser implementada também para alcançar as exigências de desenho alvo.

[0036] Para resumir, a estrutura de condensador de múltiplos terminais descrita (100) (seja ela simétrica ou não) pode fornecer uma ultrapassagem efetiva de campos elétricos para aliviar os estresses de tensões causadas pelas voltagens CA altas aplicadas à PCB de múltiplas camadas (130). Um desenho simétrico, no entanto, pode fornecer uma solução de ultrapassagem mais estável para ultrapassar os campos elétricos de alta tensão.

[0037] A figura 2A lustra uma vista transversal de uma extremidade de uma PCB de múltiplas camadas (230) de outra estrutura de condensador de múltiplos terminais ilustrativos (200). Mais especificamente, a figura 2A é similar à figura 1A, exceto que os segmentos condutores (216a a 216z) nas camadas de placa intermediárias (230B a 230J) podem ter diferentes larguras e espaçamentos de segmento condutor, formando, assim, valores de capacitância diferentes para a estrutura de condensador de múltiplos terminais (200).

[0038] Adicionalmente, a figura 2A descreve que um primeiro furovazado revestido (220A) pode ser utilizado para prender os primeiro e segundo terminais (isso é, A e B) a um ponto de aterramento de retorno DC (GND), onde o primeiro furo vazado revestido (220A) pode conectar diretamente os segmentos condutores sobrepostos respetivos (216e, 216j, 216q, 216t) acima ou abaixo dos primeiro e segundo terminais (isso é, A e B).

[0039] De forma similar, um segundo furo vazado revestido (220B)pode ser utilizado para prender a tensão CA aplicada nos terceiro e quarto terminais (C e D). O segundo furo vazado revestido (220B) pode conectar diretamente os segmentos condutores sobrepostos respetivos (216i, 216p, 216r, 216u) acima ou abaixo dos terceiro e quarto terminais (C, D).

[0040] A figura 2B ilustra uma vista projetada, camada por camada, da estrutura de condensador de múltiplos terminais ilustrativa as- sociada com da PCB de múltiplas camadas (230) da figura 2A. A estrutura de condensador de múltiplos terminais (200) pode ser formada em ambas as extremidades da PCB (230) pela sobreposição de segmentos condutores (200A a 200K) entre as camadas de placa (230B a 230J) da PCB de múltiplas camadas (230). O primeiro furo vazado revestido (220A) pode ser utilizado para ligar os segmentos condutores sobrepostos (216e, 216j, 216q e 216t) ao ponto de aterramento (GND) nos primeiro e segundo terminais (isto é, A e B), e o segundo furo de conexão revestido (220B) pode ser utilizado para ligar os segmentos condutores sobrepostos (216i, 216p, 216r e 216u) aos terminais de tensão CA nos terceiro e quarto terminais (isso é, C, D).

[0041] A figura 2C ilustra uma representação esquemática de umaestrutura de condensador de múltiplos terminais ilustrativa (200) da figura 2A. Como ilustrado, a estrutura de condensador de múltiplos terminais (200) pode incluir quatro grupos de capacitores em série, três conjuntos de capacitores de acoplamento, e quatro capacitores de borda terminal.

[0042] O primeiro grupo de capacitores em série (isso é, C11 aC18) pode ser formado através de terminais de aterramento (A e B) e os terminais de tensão CA (C e D). O segundo grupo de capacitores em série (isso é, C31 a C38) pode ser formado através de terminais de aterramento (A e B) e os terminais de tensão CA (C e D). Um terceiro grupo de capacitores em série (isso é, C51 a C58) pode ser formado através de terminais de aterramento (A e B) e os terminais de tensão CA (C e D). Um quarto grupo de capacitores em série (isso é, C71 a C78) pode ser formado através de terminais de aterramento (A e B) e terminais de tensão CA (C e D).

[0043] Um primeiro conjunto de capacitor de acoplamento (C21 aC23) acopla entre a primeira (C11 a C18) e a segunda (C31 a C38) pluralidades de capacitores em série. Um segundo conjunto de capaci- tores de acoplamento (C41 a C44) acopla entre a segunda (C31 a C38) e a terceira (C51 a C58) pluralidades de capacitores em série. Um terceiro conjunto de capacitores de acoplamento (C61 a C63) acoplamento entre a terceira (C51 - C58) e a quarta (C71 - C78) pluralidades de capacitores em série.

[0044] Os quatro capacitores de borda de terminal correspondema CA, CB, CC e CD para os terminais A, B, C e D, respectivamente.

[0045] Como observado, uma linha de simetria pode ser formadaao longo do segundo conjunto de capacitor de acoplamento (C41 a C44) para dividir a estrutura de condensador de múltiplos terminais (200) em duas metades simétricas espelhando uma à outra. Deve-se notar também que o valor dos capacitores em série (C11 a C18, C31 a C38, C51 a C58 e C71 a C78) pode ser um valor uniforme (por exemplo, 104pF). Da mesma forma, os conjuntos de capacitor de acoplamento (C21-C23, C41-C44 e C61-C63) podem ser uniformes em valor (por exemplo, 0,65pF). Ademais, os quatro capacitores de borda de terminal (sendo CA, CB, CC e CD) também podem ser uniformes em valor (por exemplo, 0,3 pF).

[0046] Como mencionado previamente na figura 1A, a simetria pode não ser uma exigência para a estrutura de condensador de múltiplos terminais (200). Uma estrutura assimétrica de condensador de múltiplos terminais (200) também pode ser implementada como necessário pelo desenho.

[0047] A figura 2D apresenta uma vista projetada de uma implementação real de segmentos condutores (200A) de uma primeira camada (230A), e segmentos condutores (200C) de uma camada intermediária (230C), na estrutura de condensador de múltiplos terminais (200) como apresentado na figura 2A. Como ilustrado, uma tensão CA alta pode ser suprida para ambos os terminais C e C' em extremidade sobrepostas da PCB (230), e os terminais A e A' podem ser aterrados ao recinto através de pontos de aterramento respectivos (GND).

[0048] A figura 3 é um fluxograma ilustrando operações ilustrativasque podem ser realizadas para atenuar os estresses de tensão em uma PCB.

[0049] No bloco 301, uma tensão de corrente alternada (CA) podeser aplicada a uma estrutura de condensador de múltiplos terminais (100) de uma PCB de múltiplas camadas (130). A estrutura de condensador de terminal (100) pode ser formada pela sobreposição de um grupo de segmentos condutores (100A a 100K) entre as camadas de placa (130A a 130K) da PCB de múltiplas camadas (130). Uma camada dielétrica correspondente pode ser disposta entre os segmentos condutores sobrepostos (100A a 100K) das camadas de placa (130A a 130K).

[0050] Em algumas implementações, os segmentos condutoressobrepostos (100A a 100K) podem incluir pelo menos um primeiro terminal (A), um segundo terminal (B), um terceiro terminal (C), e um quarto terminal (D). O primeiro terminal (A) e o terceiro terminal (C) são dispostos em uma primeira camada (130A) da PCB de múltiplas camadas (130), e o segundo terminal (B) e o quarto terminal (D) são dispostos em uma camada inferior (130K) da PCB de múltiplas camadas (130). O primeiro terminal (A) e o segundo terminal (B) podem ser conectados a um ponto de aterramento (GND), e o terceiro terminal (C) e o quarto terminal (D) podem ser conectados à tensão CA.

[0051] No bloco 302, os estresses de tensão na PCB (130) podemser atenuadas pela utilização da estrutura de condensador de múltiplos terminais (100) para ultrapassar as correntes CA da tensão CA aplicada para o ponto de aterramento (GND).

[0052] Em uma implementação, os primeiro e segundo terminais(A e B) podem ser conectados a um ponto de aterramento de retorno (GND) adjacente a uma borda (E) da PCB de múltiplas camadas (130). Os terceiro e quarto terminais (C, D) podem ser dispostos em uma ex- tremidade oposta (F) da estrutura de condensador de múltiplos terminais (100) longe dos primeiro e segundo terminais (A e B).

[0053] O aterramento CA pode ser fornecido através do acoplamento capacitivo de sinais CA dentro da estrutura de condensador de múltiplos terminais (100). O acoplamento capacitivo pode ser fornecido pela formação de um primeiro grupo de capacitores em série (isso é, C11, C21, C31, C41, C42, C32, C22, C23, C33, C43, C44, C34, C24, C25, C35, C45, C46, C36, C26, C12) entre o primeiro terminal (A) e o terceiro terminal (C). Um segundo grupo de capacitores em série (C91, C81, C71, C61, C62, C72, C82, C83, C73, C23, C64, C74, C84, C85, C75, C65, C66, C76, C86, C92) pode ser formado entre o segundo terminal (B) e o quarto terminal (D). Um grupo de capacitores em paralelo (C51 a C53) também pode ser formado entre o primeiro grupo de capacitores em série e a segunda pluralidade de capacitores em série pelo acoplamento em uma pluralidade de pares de nós respectivos (N1/N4, N2/N5 e N3/N6) ao longo da primeira pluralidade de capacito- res em série para o segundo grupo de capacitores em série.

[0054] Na modalidade da figura 1C, os valores de capacitância doprimeiro grupo de capacitores em série podem ser espelhados para valores capacitivos no segundo grupo de capacitores em série, e os valores de capacitância no grupo de capacitores em paralelo podem ser idênticos, formando, assim, uma estrutura de condensador de múltiplos terminais simétricos (100). Os primeiro e segundo grupos de ca- pacitores em série podem formar, cada um, um grupo respectivo de capacitores paralelos secundários através dos primeiro e terceiro terminais (A e C), e através dos segundo e quarto terminais (B e D) através do acoplamento adjacente dos segmentos condutores sobrepostos entre as camadas de placa do PCNB de múltiplas camadas.

[0055] Na modalidade da figura 1B, a tensão CA pode ser aplicadaa duas estruturas de condensador de múltiplos terminais (100, 100'), que são dispostos em extremidades opostas (E e E') da PCB de múltiplas camadas (130).

[0056] Na modalidade da figura 2A, os primeiro e segundo terminais(A,B) da estrutura de condensador de múltiplos terminais (100) podem ser amarrados ao ponto de aterramento de retorno (GND) através de um primeiro furo vazado revestido (220A). O primeiro furo vazado revestido (220A) pode conectar diretamente os segmentos condutores respectivos (216e, 216j, 216q, 216t) acima ou abaixo dos primeiro e segundo terminais (A e B). A tensão CA, aplicada nos terceiro e quarto terminais (C e D), pode ser amarrada através de um segundo furo vazado revestido (220B). O segundo furo vazado revestido (220B) conecta diretamente os segmentos condutores sobrepostos revestidos (216i, 216p, 216r, 216u) acima ou abaixo dos terceiro e quarto terminais (C e D).

[0057] Como descrito, o condensador de múltiplos terminais suprime efetivamente ou ultrapassa os campos elétricos de alta tensão irradiados a partir dos componentes montados e a partir de segmentos condutores de circuito da PCB para o plano de aterramento, permitindo, assim, que da PCB opere dentro de um limite de segurança como especificado pelo fabricante. As várias modalidades da estrutura de condensador de múltiplos terminais podem ser praticadas em qualquer um das PCBs de múltiplas camadas padrão ou tipos de substrato de múltiplas camadas, incluindo placas macios duroid, cerâmicas, semicondutores ou similares.

[0058] Deve ser aparente aos versados na técnica que várias modificações e variações nas dimensões físicas ou segmentos condutores e valores de capacitância podem ser realizadas à presente descrição sem se distanciar do escopo ou espirito da descrição. Em vista do exposto acima, a presente descrição cobre as modificações e variações que se encontram dentro do escopo das reivindicações a seguir e suas equivalências.

Claims

1. Dispositivo de alta tensão compreendendo uma estrutura de circuito para atenuar estresses de tensão em uma placa de circuito impresso (PCB) de múltiplas camadas, a estrutura de circuito compreendendo:uma pluralidade de grupos de segmentos condutores sobrepostos disposta entre camadas de placa da PCB de múltiplas camadas, cada grupo de segmentos sobrepostos compartilhando pelo menos um segmento condutor com um grupo vizinho de segmentos condutores sobrepostos, a pluralidade de grupos de segmentos condutores sobrepostos formando uma estrutura de condensador de múltiplos terminais (100) em uma lateral externa da PCB de múltiplas camadas, em que a estrutura de condensador de múltiplos terminais ainda compreende:uma camada dielétrica correspondente disposta entre a pluralidade de segmentos condutores sobrepostos das camadas de placa, em que a pluralidade de grupos de segmentos condutores sobrepostos compreende:pelo menos um primeiro terminal (A), um segundo terminal (B), um terceiro terminal (C) e um quarto terminal (D), caracterizado pelo fato de que:o primeiro terminal (A) e o terceiro terminal (C) são dispostos em uma primeira camada da PCB de múltiplas camadas, e o segundo terminal (B) e o quarto terminal (D) são dispostos em uma camada inferior da PCB de múltiplas camadas;o primeiro terminal (A) e o segundo terminal (B) são dispostos em uma borda (E) da PCB e cada um é conectado a um ponto de aterramento, e o terceiro terminal (C) e o quarto terminal (D) são dispostos em uma extremidade oposta da estrutura de condensador de múltiplos terminais longe do primeiro e segundo terminais e o terceiro terminal (C) e o quarto terminal (D) são conectados a uma fonte de tensão CA; ea estrutura de condensador de múltiplos terminais atenua os estresses de tensão na PCB de múltiplas camadas através de desvio das corrente CA para o ponto de aterramento quando uma tensão de corrente alternada (CA) é aplicada aos conjuntos de circuito de energia na PCB.

2. Dispositivo de alta tensão, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o ponto de aterramento é adjacente a uma borda da PCB de múltiplas camadas.

3. Dispositivo de alta tensão, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que ainda compreende um primeiro furo vazado revestido amarrando os primeiro e segundo terminais (A, B) ao ponto de aterramento de retorno, em que o primeiro furo vazado revestido conecta diretamente os segmentos condutores sobrepostos respectivos acima ou abaixo dos primeiro e segundo terminais.

4. Dispositivo de alta tensão, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o aterramento CA é proporcionado através do acoplamento capacitivo de sinais CA dentro da estrutura de condensador de múltiplos terminais (100), em que o acoplamento ca- pacitivo compreende:uma primeira pluralidade de capacitores em série formada entre o primeiro terminal e o terceiro terminal;uma segunda pluralidade de capacitores em série formada entre o segundo terminal e o quarto terminal; euma pluralidade de capacitores em paralelo formada entre a primeira pluralidade de capacitores em série e a segunda pluralidade de capacitores em série, em que a pluralidade de capacitores em paralelo é formada pelo acoplamento em uma pluralidade de pares de nós respectivos ao longo da primeira pluralidade de capacitores em série na segunda pluralidade de capacitores em série.

5. Dispositivo de alta tensão, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que a primeira pluralidade de capacito- res em série, a segunda pluralidade de capacitores em série e a pluralidade de capacitores em paralelo entre a primeira pluralidade de ca- pacitores em série e a segunda pluralidade de capacitores em série são formadas pela sobreposição de segmentos condutores entre as camadas de placa da PCB de múltiplas camadas.

6. Dispositivo de alta tensão, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que os valores de capacitância na primeira pluralidade de capacitores em série são espelhados nos valores de capacitância na segunda pluralidade de capacitores em série, e os valores de capacitância na pluralidade de capacitores em paralelo são idênticos, formando, assim, uma estrutura de condensador de múltiplos terminais simétricos.

7. Dispositivo de alta tensão, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que a primeira e a segunda pluralidade de capacitores em série formam, cada uma, uma pluralidade respectiva de capacitores em paralelo secundários através dos primeiro e terceiro terminais, e através dos segundo e quarto terminais, através do acoplamento adjacente da sobreposição dos segmentos condutores entre as camadas de placa da PCB de múltiplas camadas.

8. Dispositivo de alta tensão, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a estrutura de PCB de múltiplas camadas compreende duas estruturas de condensador de múltiplos terminais (100, 100’), que são dispostas em extremidades opostas da PCB de múltiplas camadas.

9. Dispositivo de alta tensão, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que ainda compreende um segundo furo vazado revestido amarrando a tensão CA aplicada aos terceiro e quarto terminais (C, D), em que o segundo furo vazado revestido co- necta diretamente os segmentos condutores sobrepostos respectivos acima ou abaixo dos terceiro e quarto terminais.

10. Dispositivo de alta tensão, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizado pelo fato que a estrutura de condensador de múltiplos terminais (100) na PCB de múltiplas camadas é designada como uma área sendo livre de possuir componentes de PCB a serem montados na mesma.

11. Método de atenuação de estresses de tensão em um dispositivo de alta tensão como definido em qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que compreende:aplicar uma tensão de corrente alternada (CA) na estrutura de condensador de múltiplos terminais (100); eatenuar os estresses de tensão na PCB de múltiplas camadas utilizando a estrutura de condensador de múltiplos terminais (100) na PCB de múltiplas camadas para desviar as correntes CA da tensão CA aplicada para o ponto de aterramento.

12. Método, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que compreende conectar os primeiro e segundo terminais (A, B) a um ponto de aterramento de retorno adjacente a uma borda da PCB de múltiplas camadas.

13. Método, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que compreende aplicar uma tensão CA nas estruturas de condensador de múltiplos terminais (100, 100’) que são dispostos em extremidade opostas da PCB de múltiplas camadas.

14. Método de atenuação de estresses de tensão em um dispositivo de alta tensão, de acordo com qualquer uma das reivindicações 11 a 13, caracterizado pelo fato que a estrutura de condensador de múltiplos terminais (100) na PCB de múltiplas camadas é designada como uma área sendo livre de possuir componentes de PCB a serem montados na mesma.