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摘要：本文对汽车行业中最新研究并取得广泛关注的汽车印刷线路板电器盒的设计进行了详细介绍，包括线路板设计、继电器插座设计、熔断丝报警设计等，同时分析了线路板电器盒在小型化技术以及智能化发展技术。

关键词：汽车；线路板；电器盒

随着汽车技术的快速兴起，智能化在其中的作用越来越明显，其中汽车电子功能模块随着汽车智能化的发展也逐渐增加，尤其自动驾驶技术的出现更进一步推动了电子功能模块的研发。目前，汽车电子功能模块主要有两大类，一是汽车电子功能模块，如电源模块、空调压缩机模块、照明和信号控制模块等；二是电子功能模块，如智能门锁、自动变速箱控制系统、防盗报警等。而这两大类中所包含的电器盒类型不同，但所要完成的功能基本相同，都是对电路进行控制和对信息进行存储。其中汽车电器盒是汽车电器系统的重点部件，其主要对汽车电子功能模块的电源起着配置作用，其具有重要价值，因此在汽车技术逐渐发达的趋势下，行业对汽车电器盒的要求逐渐增加，尤其强调其在安全性和可靠性方面的表现。汽车电器盒的组成部分主要包括塑料壳体、线路板、汇流条、连接器端子、熔断丝、继电器等，电器盒一般有直插式、汇流条式以及印刷线路板式3种类型，其中印刷线路板式（PCB）具有显著特点，PCB是一种将焊接端子、熔丝、继电器等整合到一块的电路板，具有集中控制、线路简洁、易于安装维修的优势。印刷线路板的综合性能高于直插式和汇流条式电器盒，同时其能够对不同车型进行针对性的改进和设计，因此成为当前汽车主机厂在电器盒中的首要选择类型。随着汽车智能化、电气化发展逐渐增快，汽车线路板式电器盒的设计技术也开始面临新型挑战。

1、线路板设计新技术

线路板不仅对整个电器盒的元件起着支持作用，并且也直接影响着电器盒的稳定性，是保证电器盒做功的关键部件。在电器盒初期设计阶段，线路板主要采用单板双面或双板四面的形式（图1），通过支撑住将各层电路固定在一起。这种初始形态容易导致电路之间直接接触，使整体出现性能不稳定的问题，同时也存在体积较大、成本较高以及效率低下的问题。这种线路板在设计回路时主要是从电源的输入端将电源输送到上层线路板，然后由上层线路板的短插头通过熔断丝插入另一个短插头，再从上层线路板经过焊接支撑住到达下层线路板，最终由标准插头输出电流。这种设计方式增加了回路长度，导致整体电阻较大，电压降较大，引起回路的整体发热量增加，温升值大，极易出现电器盒以及车辆烧毁的问题。

针对初始设计中存在的问题，刘凤军等设计了一种新型汽车电器盒线路板结构（图2），该设计由上层线路板2、下层线路板6、设于上层线路板上的电源输入端1和熔断丝4、设于下层线路板上的标准插头7组成，并在熔断丝4上匹配短插头3和长插头5，将短插头3连接到电源输入端1上，并通过长插头5将上层线路板2与下层线路板6相连。这种匹配长插头5的线路板设计结构，能够将上、下两层线路板直接连接起来，极大的缩短了回路长度，减小了回路电阻，将烧毁电器盒以及车辆的隐患降低到最小程度，同时节省了在焊接支撑住上的成产成本，将焊装工艺进行了简化，大幅提高生产效率，提高了电器盒的整体性能。

最近开始设计研发的单块多层线路板（图3），在每块上之上安装了3层电路4，通过绝缘层将两层电路隔开，将阻焊膜2设置在最上一层的上表面和最下一层的下表面之间。由于需要将不同层之间进行电路连接，因此可以借助通孔、埋孔或盲孔的结构对其进行不同方式的连接。在设置通孔前需要先将多层板钻孔，将电路层相应电线按照上下的位置对应起来，使孔壁带铜，然后再进行孔电镀，导通孔，最后形成镀通孔，这样就实现了电路之间的串联。几层内部电路与表面电路之间通过盲孔连接，需要将整个板子穿透，而埋孔则只需要连接内部的多层电路。单块多层线路板电器盒将各层电路分开，减少了各层电路之间的接触，并且减少了焊接支撑住、塑料支撑柱的使用，能够降低成本、简化焊装流程、缩短回路、减小电压，满足当前市场对汽车配件轻量化的需求。

一款车型在前舱电器盒中采用多层线路板结构（图4），电源输入端采用汇流条结构；通过将熔断丝与汇流条共断慢熔实现取电；尽量均匀分布大功率时的负载，以满足热量不聚集的要求；通过多次实验将PCB线路板的温升保持在92～125.1℃之间，其中温度最高点的温升值为45.1℃。这种设计能够全部满足设计初期的要求。

为了将线路板的载流能力提高，天海和奇瑞新开发了一种汽车印刷电路板（图5）。这种汽车印刷电路板将一层导流铜板设置在电路板本体的下表面，通过导脚将导流同班与印刷电路板本体导通，起到了导通印刷电路板本体电流的辅助作用，从而实现了印刷电路板载流能力的提升。同时根据大电流功能负载的分布可以设计不同形状的导流汇流条，从而改善PCB板在不规则形状设计上的不足。导流汇流条可以通过设计多个插脚实现对PCB板的多点供电，降低了一点供电的制约性，提高了电器盒性能，保证了电器盒布置上的规则性。

2、继电器插座设计

继电器是电器盒中的重要组成部分，能够对电路起着分配控制的作用。工程师设计了继电器插座结构使其与MICRO和MINI继电器插脚分布和尺寸相匹配。MINI继电器和MICRO继电器的布局中有两个插脚是相同的，范存建等充分利用这两个插脚设计了混合插座（图6），避免了继电器与插座之间退位现象的发生，将卡子2设置在插座上，在各个插孔中设置了挂台，并将卡子的插脚与继电器混合插座的各个插脚保持一致。这种混合继电器能够使客户根据自身需求随时替换使用用MICRO型和MINI型继电器，增加了产品的多样性和平台化程度，减少了前期在备用继电器插座模具上的制造成本，也减少了后期更改模具的费用。

为解决 PCB上使用的保险丝接线和继电器接线端子采用传统的接线接头组装方法，造成手工组装费用高的问题，近来，电器盒线路板开始采用了音叉终端，其具有易于组装，可自动插装的优点。音叉式的结构端子，能够极大的减小端子的重量，只保留其中与性能关联密切的结构。新开发的音叉端子结构（图7）在通用性上表现优异，能够实现一件多用的功能，通过对其进行不同组合能够与多类型的电气元件相适应，从而提高产品装配的效率。同时弹性钢卡也能够保证音叉端子对熔断丝、继电器的夹持力，提高了电流承载能力。

3、监控报警系统

在以往的汽车电器盒设计中，熔断丝没有报警的功能，这种电器盒设计防护功能简单，导致了汽车电器盒的使用寿命普遍较低，同时也存在着一些隐形安全问题，对行车安全有严重影响。针对这种情况，李蕊设计了一种汽车电器盒熔断丝报警装置，将电流传感器、控制主机和蜂鸣器组成在一起，通过其工作反馈控制回路，当电流过载熔断熔断丝的同时，蜂鸣器能够及时报警引起使用者的注意。刘乾等人则将整个线路板电器盒温度的检测功能和报警功能

通过MLX90601系列红外测温模块得以实现，避免了电气故障的再度发生。

4、电器盒小型化设计

高度集成化是目前汽车发展的主要方向，汽车行业中融入的技术越来越多，汽车空间被多种控制单元、执行器以及辅助零部件占据，因此必须研究汽车电器盒的小型化设计。目前，汽车行业已经开始普遍应用小型熔断丝Mini，Micro2、3，也逐渐开始使用体积更小的慢熔熔断丝。这种趋势下，继电器也实现了自身的精细化，不断缩小体积，传统重型插装式继电器逐渐被轻的PCB小电流或大电流继电器取代。通过Z向排布，将小范围内熔断丝和继电器零部件集成在一起也是一种实现继电器体积减小的方式，以一个模块整个多个继电器，能够极大的简化熔断丝维修更换过程，在模块顶部放置熔断丝，不仅能够减小体积，也可以将其作为标准模块实现通用化。孙韵等设计了一种小型多功能汽车电器盒（图8），将模块化的理念融入其中，在继电器插槽区集中所有继电器，在熔断丝插槽区内安装所有熔断丝，并以成排的方式设置熔断丝和继电器，实现了集成的高度化、电器盒的小型化，同时设置多个迷你熔断丝1、J-case熔断丝2、微型继电器3和迷你继电器4，也能够保证功能的多样化。

5、智能化

最初阶段负载电路板和BCM电路板通过汽车智能电器盒集成在一起，不仅能够完成电源分配和负载保护的功能，又能够将BCM的智能逻辑控制功能融合在一起，同时实现方便安装布置、较少布置成本等要求。

汽车电器盒中电源分配单元装配的继电器线圈回路长时间加载电流会导致电能的损耗，其主要以热能的方式在产品内部散发，导致产品的环境温度过高，使工作环境更加恶劣。当车辆负载回路发生工作电流异常时，能够以熔断丝熔断的方式实现回路导线和负载的保护，但是这种保护存在被动性和一次性，在故障处理完毕后需要再次装配熔断丝，这种方式智能化水平较差。继电器的结构形式存在质量和体积较大的问题，尤其大电流功率型的继电器质量和体积更大，该问题也存在在大电流感性负载的熔断丝上。针对以上问题，刘凤军等设计了一种能够实现自我控制功能的的汽车电子式电源分配单元（图10），主要由包括内部设有线路板的壳体，该内部线路板上设置有有微处理控制器 （MCU） 2、SBC模块和若干个高驱动芯片1，SBC模块上设置了电压转换模块和CAN总线接口模块，将电压转换模块连接到外界电源上，CAN总线、MOSFET高驱动芯片结合其他控制单元或配套电路得到应用，能够发挥自我诊断或保护、故障报警以及提示等作用，最大程度的便于CAN总线技术的应用。CAN总线实现了接口模块与仪表盘显示屏的连接，当过流故障时能够实现开关的精确切断，实现主动保护负载回路的功能，具有较高的工作智能化，同时将过流回路编号或高驱动芯片编号直接在线显示出来，保证了维护方便性的实现。

6、总结

总而言之，目前印刷线路板电器盒需要在实现常规功能如防水设计、继电器熔断丝插座设计的同时，适应核心部件线路板向多层化、与铜条结合以提高载流能力的必然趋势，音叉端子的设计和使用将电器盒自动化插装水平进行了大幅度的提升，小型化也成为电器盒整体发展的方向，电子模块集成化以及智能化也成为当前电器盒的重点发展方向，尤其是MOSFET高驱动芯片的应用与其他控制单元或配套电路的结合，极大的推动了汽车电器盒向新技术革新上的发展。

参考文献

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作者简介：宋群：，1989年2月：  性别：女 民族：汉族 籍贯：山东省莱阳市 学历：硕士研究生，毕业院校：山东理工大学  职称：中级 研究方向：汽车电器维修 院校：山东水利技师学院