對于經常工作在純數字低壓領域的工程師來說，對于“高壓”的理解也許就是數字電路的兩到三倍電壓，可能也就是24V或者48V，或者即使是三相數字域的線電壓也就是120/240V AC。但實際上確實存在需要在1000V、1500V或更高電壓下要完成的工程設計領域。

這些領域的產品設計需要不同尋常的思維、元器件和互連方式，工程師通常的那套低壓產品下的思維已經沒用，這些設計考量僅適用于無源組件、連接器、線路連接、MOSFET/IGBT和布局布線，也當然適合安全和監控方面。當你的設計電壓可能是高壓時，這將變成一個艱難無情的世界。一些微不足道的疏忽可能會突然變成危及生命安全的事件。記住，準則1就是在你做任何事情之前停下來想一想；準則2就是提醒記住準則1，也許還得多提醒幾次。

高壓設計的需求

鑒于如此大的風險和挑戰，為什么工程師還要考慮使用這些高壓？一個是工程師沒的選擇，另外是高壓設計是必需的。這種應用大致可以分為兩類：

就工程師沒的選擇而言，例如科學、醫學的和物理儀器設備確實需要高壓，如一些專業設備X-射線機等，為了開發高強電子場，使原子電離，以及加速電子和其他粒子。這同樣適合真空管，其仍需要大功率放射甚至中功率微波和毫米波發射機。更常見應用中是一個商用霓虹燈需要幾千伏電壓來電離里面的惰性氣體。注意，這些設備需要幾千伏甚至更高高壓，但是相其電流較小只有100mA左右。

圖1：許多科學實驗可能需要上萬伏電壓且低電流來激發激粒子，或控制和加速粒子運動

在高壓設計是必需的方面，工程師的設計主要考量是功耗和效率。當電源或馬達需要產生大功率時，功率源都是以瓦（功率單位）來計量的，它是電壓和電流的乘積，不過電壓降低，則電流要升高，所以IR(電流x電阻)的固有損耗在導線、連接器、開關以及有源器件引起的效率降低、損耗和I2R熱損耗等等。

圖2：為了使得IR在電纜和連接器、電磁元件和有源器件上的損耗降到最低，電機必須設計成在極高壓下工作。

減少這些損耗的方法是提升電壓降低電流，從而減少IR損耗和 I2R發熱。舉個例子，這就是為什么電機車工作在20KV并且電力公司AC-feeder 的線可以承載100KV甚至更多。如果我們在較低電壓下操作這種設備，基本路線和其他損耗（效率成本和耗散熱量）將非常大，這是難以容忍的，與上面提到的科研、醫療和物理的儀器應用相比，這些設備的“功率輸出”設計，除了千伏級電壓外，電流也可以達到數十或數百安培。

物理設計規則

處理高壓始于導體間距和相關尺寸規格。對于更高的電壓導體間距，其關鍵之處是爬電和間隙。

?爬電是指電弧可能在表面劃過的距離，比如印制配線板的兩個走線之間或者橫跨IC或者集線器表面。

?間隙是指電弧穿過空氣的最短距離，比如來自連接器或者IC管腳之間的距離。

爬電和間隙需要是峰值電壓的函數；正弦波交流信號，考慮安全因素，峰值是RMS值的1.4倍。如果在任何電壓下都能滿足特定的爬電和間隙尺寸，那是非常好的，但這樣做是不可能的，因為它們的尺寸取決于許多因素：

1、是否它是一個潛在的電擊危險或只有一個功能性故障問題,

2、該領域的標準，不同的區域有不同的標準,

3、應用：例如科學、工業、或醫學，甚至是消費類產品,

4、最大操作高度和濕度(干燥的空氣在海平面有閃絡評級4 kv /厘米,或10 kv /英寸),

5、在PC板和其他表面：潛在的污染程度，可能會由于各種污染；PCB材料級別；以及涂層(如果有的話)。

因此，需要特別研究確定所需的最小爬電和間隙值，如果最終產品需要正式批準生產和銷售時，工程師可能還需要雇傭一個有經驗的顧問或專家。

移到被動元件

從事低壓設計的工程師至少需要查看下他們的無源元件的電壓等級；這些幾乎數不清的的電阻、電容和電感支持IC和分立設備。但是這些確實有最大工作電壓等級規范。超過這個電壓，組件可能工作不規范，品質會大幅度降低，過早失效或者遭受災難性的失效故障。

例如，一個電容也許會標明“10uF/15V DC”，最大額定電壓應該要標示出來。注意，可以抵抗多久過壓取決于供應商；也許只有幾毫秒也許可以長達幾分鐘，所以工程師必須看供應商的定義。如果工作電壓是100V，那在電容內層之間可能會產生電弧，造成短路并且破壞電容功能。

大部分工程師會把預期最大電壓基礎上再乘以2到3倍安全系數作為額定電壓，所以對于1-KV的直流電路工程師往往會選擇2到3kv的額定電壓。

例如，AVX SXP塑封徑向多層電容（如圖3），有各種各樣的電壓等級，最大達到了3000V。SXP4是這個系列電容中最大的，從100pf到2200pF，并且測量值是22.4x16.3x5.84mm厚，管腳間距是19.8mm（大約是標準的回形針那么長）

圖3：這個AVX SXP系列電容額定電壓3000 v,并具有略低于20毫米的引線間距。