汽车保险丝盒用2层印刷电路板，既便宜，又可靠。

汽车保险丝盒用2层印刷电路板，既便宜，又可靠

王维共
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摘要：本文提出了保险丝盒电路板的设计原则。根据该原则设计出的二层电路板通过了严格的DV/PV测试，既便宜，又可靠。

关键词：汽车；保险丝盒；二层电路板

前言

汽车保险丝盒又称汽车配电盒（又名POWER DISTRIBUTION CENTER）是汽车从蓄电池到各个负载的电流分配保护装置。目前，放在气缸附近的UEC保险丝盒内部温度大多数保持在125-150摄氏度。高温导致保险丝盒内部元件容易出故障，寿命减少。

1. 汽车保险丝盒的结构

以汽车前舱PCB电气盒为例，电流通过母线（BUSBAR）进入电路板，再分配到各个保险丝/继电器电路，通过输出端子到电缆向各个负荷供电。

2. 保险丝盒的热平衡

为了防止污水流入保险丝盒从而引起漏电，保险丝盒设计成密封盒，其内部产生的热量大多数通过塑料外壳和进出线电缆散热，散热效率非常低。保险丝盒内部的热源主要由以下部分组成：

（1）大电流通过母线（BUSBAR）产生的热量。这个热量是保险丝盒内部热源的一小部分来源，可以通过加大母线的横截面和减少母线长度来降低。

（2）电流通过电路板上的铜皮产生的热量。这个热量是保险丝盒内部热源的一小部分来源，可以通过加大电路板上铜皮的横截面和减少铜皮导线的长度来降低。

（3）电流通过保险丝和继电器产生的热量。这个热量是保险丝盒内部热源的主要来源，无法改变。

（4）电流通过端子产生的热量。这个热量是保险丝盒内部热源的很一小部分来源，难以改变。

（5）电流通过各个元件接触面产生的热量。这个热量是保险丝盒内部热源的一小部分来源，难以改变。

当保险丝盒内部热源产生热量的速度大于是保险丝盒外部的散热速度，保险丝盒内部温度就上升；否则就下降。当保险丝盒内部热源产生热量的速度等于保险丝盒外部的散热速度，保险丝盒内部温度就维持不变

从上面5个保险丝盒内部热源来看，第二个热源（电流通过电路板上的铜皮产生的热量）可以通过优化设计来减少。电路板层数越多，铜皮越厚，电路板成本越高。工程师需要找到下面三者之间的平衡：电路板上的铜皮产生的热量、电路板可靠性和电路板成本。

3 保险丝盒电路板的设计原则

为了减少电流通过电路板上的铜皮产生的热量，我们可以尽量加大电路板上铜皮的横截面和减少铜皮导线的长度。主要有以下几点：

（1）母线的横截面远远大于电路板铜皮的横截面，所以母线尽量把电流送到负荷中心。电路板的中间部位是整个电路板的负荷中心，也是使母线长度比较短的位置。

（2）大电流保险丝和继电器尽量放在靠近母线的位置，以减少大电流在铜皮上流动的距离。

（3）使用尽量多的PASS-THROUGH端子，从而省去的从保险丝到其输出端子的铜皮及其产生的热量。

（4）母线到电路板的端子可以和保险丝端子合二为一，从而省去的从母线到该保险丝输入端子的铜皮及其产生的热量。

4．二层电路板与四层电路板的比较

目前，绝大多数保险丝盒电路板都是四层的。而保险丝盒电路是非常简单的，没有必要使用四层电路板。原因如下：

（1）四层电路板中间二层铜皮没有对空气的散热能力，所以四层电路板的散热能力和二层电路板的差不多。3/2/2/3 OZ四层电路板的铜皮产生的热量和4/4 OZ二层电路板的铜皮产生的热量一样。

（2）保险丝盒电路是非常简单的。8个项目的电路板布线结果显示，只要能把全部元件放到电路板上，二层电路板就可以完成布线。

（3）二层电路板比四层电路板简单可靠。

（4）二层电路板比四层电路板便宜。按照电路板大小不同，二层电路板比四层电路板便宜0.5-2美元。

5. 成功设计二层电路板并通过严格的DV/PV测试

笔者用二层电路板完成了8个不同大小、不同公司项目的电路板设计。结果证明，只要四层板能够完成的布图，在使用结构合理的连接头后，二层电路板也可以完成。在8个电路板中，GM UEC-C前舱PCB电气盒电路板经过了严格的DV/PV长时间（数千小时）、大电流（228A）测试。测试结果显示：烧毁了几千个保险丝，很多保险丝端子和输出端子附近的塑料烧化了，保险丝端子和输出端子表面烧焦了，输出电缆线烧黑了，但是电路板上的铜皮完好无损。和四层电路板相比，该二层电路板每块至少可以节省0.5美元，每年200万片的产量可以节省100万美元/年，经济效益显著。

5 结 论

汽车保险丝盒用2层印刷电路板，既便宜，又可靠。2021年全球汽车销量达到8210万辆。每辆车至少有2块电路板。如果有一半从四层电路板改为二层，每块电路板节省1美元左右，每年全球可以节省8000万美元以上。