摘要：本文對(duì)汽車(chē)保險(xiǎn)絲盒的結(jié)構(gòu)做了簡(jiǎn)單分析，提出了保險(xiǎn)絲盒電路板的設(shè)計(jì)原則。根據(jù)該原則設(shè)計(jì)出的二層電路板通過(guò)了嚴(yán)格的DV/PV測(cè)試。

關(guān)鍵詞：汽車(chē)；保險(xiǎn)絲盒；二層電路板

中圖分類(lèi)號(hào)：U467 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-7988(2018)09—

前言

汽車(chē)保險(xiǎn)絲盒又稱(chēng)汽車(chē)配電盒（又名POWER DISTRIBUTION CENTER）是汽車(chē)從蓄電池到各個(gè)負(fù)載的電流分配保護(hù)裝置。目前，放在氣缸附近的UEC保險(xiǎn)絲盒內(nèi)部溫度大多數(shù)保持在125-150攝氏度。高溫導(dǎo)致保險(xiǎn)絲盒內(nèi)部元件容易出故障，壽命減少。

圖1： 保險(xiǎn)絲盒實(shí)物照片

1. 汽車(chē)保險(xiǎn)絲盒的結(jié)構(gòu)

以汽車(chē)前艙PCB電氣盒為例，電流通過(guò)母線(xiàn)（BUSBAR）進(jìn)入電路板(見(jiàn)圖2和圖3)，再分配到各個(gè)保險(xiǎn)絲/繼電器電路，通過(guò)輸出端子到電纜向各個(gè)負(fù)荷供電。

圖2： 保險(xiǎn)絲盒外部連接圖

圖3：保險(xiǎn)絲盒內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖

2. 保險(xiǎn)絲盒的熱平衡

為了防止污水流入保險(xiǎn)絲盒從而引起漏電，保險(xiǎn)絲盒設(shè)計(jì)成密封盒，其內(nèi)部產(chǎn)生的熱量大多數(shù)通過(guò)塑料外殼和進(jìn)出線(xiàn)電纜散熱，散熱效率非常低。保險(xiǎn)絲盒內(nèi)部的熱源主要由以下部分組成：

（1） 大電流通過(guò)母線(xiàn)（BUSBAR）產(chǎn)生的熱量。這個(gè)熱量是保險(xiǎn)絲盒內(nèi)部熱源的一小部分來(lái)源，可以通過(guò)加大母線(xiàn)的橫截面和減少母線(xiàn)長(zhǎng)度來(lái)降低。

（2） 電流通過(guò)電路板上的銅皮產(chǎn)生的熱量。這個(gè)熱量是保險(xiǎn)絲盒內(nèi)部熱源的一小部分來(lái)源，可以通過(guò)加大電路板上銅皮的橫截面和減少銅皮導(dǎo)線(xiàn)的長(zhǎng)度來(lái)降低。

（3） 電流通過(guò)保險(xiǎn)絲和繼電器產(chǎn)生的熱量。這個(gè)熱量是保險(xiǎn)絲盒內(nèi)部熱源的主要來(lái)源，無(wú)法改變。

（4） 電流通過(guò)端子產(chǎn)生的熱量。這個(gè)熱量是保險(xiǎn)絲盒內(nèi)部熱源的很一小部分來(lái)源，難以改變。

（5） 電流通過(guò)各個(gè)元件接觸面產(chǎn)生的熱量。這個(gè)熱量是保險(xiǎn)絲盒內(nèi)部熱源的一小部分來(lái)源，難以改變。

當(dāng)保險(xiǎn)絲盒內(nèi)部熱源產(chǎn)生熱量的速度大于是保險(xiǎn)絲盒外部的散熱速度，保險(xiǎn)絲盒內(nèi)部溫度就上升；否則就下降。當(dāng)保險(xiǎn)絲盒內(nèi)部熱源產(chǎn)生熱量的速度等于保險(xiǎn)絲盒外部的散熱速度，保險(xiǎn)絲盒內(nèi)部溫度就維持不變

從上面5個(gè)保險(xiǎn)絲盒內(nèi)部熱源來(lái)看，第二個(gè)熱源-電流通過(guò)電路板上的銅皮產(chǎn)生的熱量-可以通過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)來(lái)減少。電路板層數(shù)越多，銅皮越厚，電路板成本越高。工程師需要找到下面三者之間的平衡：電路板上的銅皮產(chǎn)生的熱量、電路板可靠性和電路板成本。

3  保險(xiǎn)絲盒電路板的設(shè)計(jì)原則

為了減少電流通過(guò)電路板上的銅皮產(chǎn)生的熱量，我們可以盡量加大電路板上銅皮的橫截面和減少銅皮導(dǎo)線(xiàn)的長(zhǎng)度。主要有以下幾點(diǎn)：

（1） 母線(xiàn)的橫截面遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于電路板銅皮的橫截面，所以母線(xiàn)盡量把電流送到負(fù)荷中心。電路板的中間部位是整個(gè)電路板的負(fù)荷中心，也是使母線(xiàn)長(zhǎng)度比較短的位置。

（2） 大電流保險(xiǎn)絲和繼電器盡量放在靠近母線(xiàn)的位置，以減少大電流在銅皮上流動(dòng)的距離。

（3） 使用盡量多的PASS-THROUGH端子，從而省去的從保險(xiǎn)絲到其輸出端子的銅皮及其產(chǎn)生的熱量。

（4） 母線(xiàn)到電路板的端子可以和保險(xiǎn)絲端子合二為一，從而省去的從母線(xiàn)到該保險(xiǎn)絲輸入端子的銅皮及其產(chǎn)生的熱量。

4．二層電路板與四層電路板的比較

目前，絕大多數(shù)保險(xiǎn)絲盒電路板都是四層的。而保險(xiǎn)絲盒電路是非常簡(jiǎn)單的，沒(méi)有必要使用四層電路板。原因如下：

（1） 四層電路板中間二層沒(méi)有對(duì)空氣的散熱能力，使用其散熱能力和二層電路板的差不多。

（2） 保險(xiǎn)絲盒電路是非常簡(jiǎn)單的，二層電路板基本上可以完成布圖。

（3） 二層電路板比四層電路板簡(jiǎn)單可靠。

（4） 二層電路板比四層電路板便宜。

5. 成功設(shè)計(jì)二層電路板并通過(guò)嚴(yán)格的DV/PV測(cè)試

筆者用二層電路板完成了8個(gè)不同大小、不同公司項(xiàng)目的電路板設(shè)計(jì)。結(jié)果證明，只要四層板能夠完成的布圖，在使用特定的輸出連接頭后，二層電路板也可以完成。在8個(gè)電路板中，前艙P(yáng)CB電氣盒電路板經(jīng)過(guò)了嚴(yán)格的DV/PV長(zhǎng)時(shí)間（數(shù)千小時(shí)）、大電流（220A）測(cè)試。測(cè)試結(jié)果顯示：燒毀了幾千個(gè)保險(xiǎn)絲，很多保險(xiǎn)絲端子和輸出端子附近的塑料燒化了，保險(xiǎn)絲端子和輸出端子表面燒焦了，輸出電纜線(xiàn)燒黑了，但是電路板上的銅皮完好無(wú)損。和四層電路板相比，該二層電路板每塊至少可以節(jié)省0.5美元，每年200萬(wàn)片的產(chǎn)量可以節(jié)省100萬(wàn)美元，經(jīng)濟(jì)效益顯著。

5   結(jié) 論

2021年全球汽車(chē)銷(xiāo)量達(dá)到8210萬(wàn)輛。每輛車(chē)至少有2塊電路板。如果有一半從四層電路板改為二層，每年全球可以節(jié)省4200萬(wàn)美元。

參考文獻(xiàn)：無(wú)

作者簡(jiǎn)介：王維共（1960），男，曾就職于YAZAKI NA，從事保險(xiǎn)絲盒電路板工作/研究。

（轉(zhuǎn)載）