PCB板與匯流條組合式汽車電器盒的設(shè)計研究

范存建，張明柱

（1. 河南科技大學 機電工程學院，河南 洛陽 471023；2. 河南天海電器有限公司，河南 鶴壁 458030 ）

PCB板與匯流條組合式汽車電器盒的設(shè)計研究

范存建1，2，張明柱2

（1. 河南科技大學 機電工程學院，河南 洛陽 471023；2. 河南天海電器有限公司，河南 鶴壁 458030 ）

通過對PCB板和匯流條導電能力的研究，提出一種PCB板與匯流條組合式方案；通過試驗驗證，能夠解決單獨PCB板承載電流能力低的問題。

PCB板；匯流條；組合式

隨著汽車技術(shù)的飛速發(fā)展，汽車的功能模塊也越來越多，而汽車電器盒作為諸多功能模塊的電源分配中心，其壓力也越來越大［1］。汽車電器盒在國內(nèi)外主要的結(jié)構(gòu)形式有匯流條式、直插式和PCB板式［2］。在現(xiàn)有的幾種結(jié)構(gòu)形式中，PCB板式電器盒作為當前汽車電器盒的發(fā)展主流，隨著汽車配置的逐步增加，其承載電流方面的壓力也相應增大，解決其自身承載電流能力低的問題已迫不及待。

1 常用汽車電器盒類型和特點

1.1 匯流條式電器盒

匯流條式電器盒見圖1，采用幾層沖壓的銅條疊加的方式來實現(xiàn)內(nèi)部電路的連接控制，因銅條導電性好、橫截面較大，又有絕緣物固定，所以發(fā)熱量不是很大，一般不會因發(fā)熱變形造成短路，故相對可靠性較好［3］。但這種形式的電器盒由于其制作工藝比較復雜，設(shè)計變更不容易實現(xiàn)，制造成本也相對比較高，加上其自身的質(zhì)量會比其它形式的同等功能電器盒要重，因此，在現(xiàn)代汽車電器盒選型時都不采用這種類型。

1.2 直插式電器盒

直插式電器盒見圖2，由壓線端子和若干銅條組成，通過銅條和導線實現(xiàn)電源的分配和電路的布置，其優(yōu)點是結(jié)構(gòu)較簡單、更改適用性強、成本相對低、電氣性能較好［4］，但由于電器盒與導線連接在一起，安裝和更換起來比較麻煩，維修成本較大。

圖1 匯流條式電器盒

圖2 直插式電器盒

1.3 PCB板式電器盒

PCB板式電器盒見圖3，是用電路板將熔斷絲、焊接端子和繼電器等集成在一起， 起到集中控制、線路簡潔、易于安裝維修的作用。該電器盒整體性能優(yōu)于直插式和匯流條式電器盒，并且針對不同車型該電器盒電路板可改進，有很大的市場應用前景，也被各大汽車廠商廣泛采用。

圖3 PCB式電器盒

2 PCB板與匯流條組合式汽車電器盒特征及設(shè)計要求

2.1 PCB板與匯流條組合式汽車電器盒結(jié)構(gòu)特征

PCB板與匯流條組合式汽車電器盒見圖4，匯流條通過焊接的方式與PCB板連接，實現(xiàn)兩者間的電路導通。

圖4 PCB板與匯流條組合式電器盒

電器盒設(shè)計時將大電流功能負載布置在匯流條上，通過匯流條連接熔斷絲或繼電器，然后直接輸出至功能模塊；對于中小電流功能負載的設(shè)計，可以充分利用PCB板的優(yōu)勢，在PCB板上合理布置，然后借助于焊接端子，與熔斷絲或繼電器連接，最后輸出至功能模塊。

2.2 PCB板與匯流條組合式汽車電器盒設(shè)計要求

2.2.1 PCB板導電能力

PCB板與匯流條組合式汽車電器盒要求將中小電流功能負載布置在PCB板上，這就要求我們先對PCB導電能力充分了解，然后在布置PCB板時才能游刃有余。目前，對PCB板導電能力的研究主要是考慮一定寬度、一定厚度的覆銅在特定溫度下的承載電流值，而且行業(yè)已有很多數(shù)據(jù)可參考。但當前汽車電器盒在發(fā)展中逐漸對電器盒溫升提出嚴格要求，這就要求我們在一定溫度限制條件下考慮PCB板承載能力，進而迫使我們對PCB板導電能力做更深入的研究，以便更能適應電器盒的發(fā)展。

2.2.2 匯流條導電能力

PCB板與匯流條組合式汽車電器盒要求將大電流功能負載布置在匯流條上，所以對匯流條導電能力的研究也是設(shè)計的前提。與PCB板導電能力研究的要求相同，匯流條導電能力也需要研究不同銅材、在一定溫度限制條件下，不同橫截面積的承載電流能力，以適應當前電器盒對溫升的要求。

2.3 PCB板與匯流條組合式汽車電器盒優(yōu)點

1）提升整個電器盒的電流承載能力，優(yōu)化電器盒整體性能。

2）匯流條可以根據(jù)大電流功能負載的分布進行不同形狀的設(shè)計，能改善PCB板不利于進行不規(guī)則形狀設(shè)計的缺點。

3）匯流條可以通過設(shè)計成多個插腳對PCB板進行多點供電，避免PCB板從一點供電的局限性，提升了電器盒性能，同時也可以使整個電器盒布置更規(guī)則。

3 PCB板與匯流條組合式汽車電器盒設(shè)計案例

以下是針對某汽車廠設(shè)計的一款前艙電器盒，因電器盒要求的功能及大電流負載較多，如鼓風機電流為16.7A，高速風扇為15A，IP BOX電流為26A，點火開關(guān)電流為16A等，單獨的PCB板電器盒很難實現(xiàn)，所以，電器盒設(shè)計為PCB板與匯流條組合式結(jié)構(gòu)，如圖5a所示。

電器盒設(shè)計時P C B板一端焊接匯流條，將大電流負載（如EPS、高速風扇、IP BOX、點火開關(guān)等）布置在匯流條上，借助匯流條承擔大電流負載，另一端設(shè)計中小電流負載，最終通過PCB板與匯流條的組合設(shè)計，達到電器盒熱源的均勻分布。

圖5 PCB板與匯流條組合式電器盒試驗圖片

按照汽車廠的電器盒標準對組合式電器盒進行了加載溫升試驗，試驗過程如下：首先組裝電器盒，焊接熱電偶；然后連接線束，對電器盒加載電流；最終通過數(shù)據(jù)存儲儀采集數(shù)據(jù)并進行數(shù)據(jù)的匯總，測試試驗如圖5b、5c所示。溫升測試結(jié)果如表1所示。

表1 溫升試驗數(shù)據(jù)表 ℃

按照汽車廠的電器盒標準要求：試驗溫升值最大不超過55 ℃，測試結(jié)果表明：PCB板與匯流條組合式電器盒不僅符合標準要求，而且在加載大電流負載后體現(xiàn)了良好的性能。

4 結(jié)束語

PCB板與匯流條組合式汽車電器盒集匯流條式電器盒和PCB板式電器盒兩者的優(yōu)點于一體，承載能力大且體積小、使用方便，是當前最實用的汽車電器盒。目前，PCB板與匯流條組合式電器盒已推廣到各大汽車廠并得到廣泛應用，為企業(yè)贏取了可觀的經(jīng)濟效益。

［1］ 谷孝衛(wèi)， 王勝利，陳海濤，等.汽車中央配電器的設(shè)計和開發(fā)［J］. 汽車電器， 2013（2）：8-12.

［2］ 劉鳳軍， 張獻軍，康翠伶，等.汽車電器盒用PCB導電能力的研究［J］. 汽車電器， 2014（8）：38-40.

［3］ 劉占峰，范新煥，劉團結(jié).車用中央電氣接線盒分類及發(fā)展［J］.汽車電器，2009（6）：13-15.

［4］ 檀銀學.一種汽車中央電器盒：中國，200620076010.4［P］.2007-10-10.

（編輯 凌 波）

Research on Vehicle Electrical Box Combining PCB Board and Bus-bar

FAN Cun-jian1，2， ZHANG Ming-zhu2
(1. Mechanical Engineering School， Henan Technology University， Luoyang 471023；2. Henan THB Electric Co.， Ltd.， Hebi 458030， China)

Based on the study of electricity conductivity of PCB board and Bus-bar， a combination design scheme is put forward. Through experimental validation， this scheme is proved capable to solve the low current load issue on single PCB board.

PCB board；bus-bar；combined type

U463.6

A

1003-8639（2017）07-0044-03

2017-03-27

國家自然科學基金資助項目（51375145）

范存建（1983-），男，河南商丘人，碩士，從事產(chǎn)品設(shè)計、項目開發(fā)工作。