《新能源汽車電學基礎與高壓安全》 課件 項目二 任務三 常見電控元件認知及測量

新能源汽車電學基礎與高壓安全項目二

電路元器件認知及測量目錄contents任務一

電路基礎元件及參數(shù)認識任務二

常見電子元器件認知及測量任務三

常見電控元件認知及測量03常見電控元件認知及測量一、PCB板（印制電路板）（一）定義印制電路板，又稱印刷電路板、印刷線路板，常使用英文縮寫PCB（Printed

CircuitBoard）或PWB（Printed

Wire

Board），以絕緣板為基材，切成一定尺寸，其上至少附有一個導電圖形，并布有孔（如元件孔、緊固孔、金屬化孔等），用來代替以往裝置電子元器件的底盤，并實現(xiàn)電子元器件之間的相互連接，如圖所示。由于這種板是采用電子印刷術制作的，故被稱為“印刷”電路板。一、PCB板（印制電路板）（一）定義幾乎每種電子設備，小到電子手表、計算器，大到計算機、通信電子設備、軍用武器系統(tǒng)，只要有集成電路等電子元件，為了使各個元件之間的電氣互連，都要使用印制板。印制線路板由絕緣底板、連接導線和裝配焊接電子元件的焊盤組成，具有導電線路和絕緣底板的雙重作用。它可以代替復雜的布線，實現(xiàn)電路中各元件之間的電氣連接，不僅簡化了電子產(chǎn)品的裝配、焊接工作，減少傳統(tǒng)方式下的接線工作量，大大減輕工人的勞動強度；而且縮小了整機體積，降低產(chǎn)品成本，提高電子設備的質(zhì)量和可靠性。印制線路板具有良好的產(chǎn)品一致性，它可以采用標準化設計，有利于在生產(chǎn)過程中實現(xiàn)機械化和自動化。同時，整塊經(jīng)過裝配調(diào)試的印制線路板可以作為一個獨立的備件，便于整機產(chǎn)品的互換與維修。目前，印制線路板已經(jīng)廣泛地應用在電子產(chǎn)品的生產(chǎn)制造中。一、PCB板（印制電路板）（一）定義集成電路的迅速發(fā)展及廣泛應用，使電子設備的體積越來越小，電路布線密度和難度越來越大，這就要求印制板要不斷更新。目前，印制板的品種已從單面板發(fā)展到雙層板、多層板和撓性板（見圖）；結(jié)構(gòu)和質(zhì)量也已發(fā)展到超高密度、微型化和高可靠性；新的設計方法、設計用品、制板材料、制板工藝不斷涌現(xiàn)。近年來，各種計算機輔助設計（CAD）印制線路板的應用軟件已經(jīng)在行業(yè)內(nèi)普及與推廣，在專門化的印制板生產(chǎn)廠家中，機械化、自動化生產(chǎn)已經(jīng)完全取代了手工操作。PCB雙層板和PCB撓性板一、PCB板（印制電路板）（二）特點PCB之所以能受到越來越廣泛的應用，是因為它有很多獨特的優(yōu)點，大致如下。1.可高密度化多年來，印制板的高密度一直能夠隨著集成電路集成度的提高和安裝技術的進步而相應發(fā)展。2.高可靠性通過一系列檢查、測試和老化試驗等技術手段，可以保證PCB長期（使用期一般為20年）可靠地工作。3.可設計性、對PCB各種性能的電氣、物理、化學機械等要求，可以通過設計標準化、規(guī)范化等來實現(xiàn)。這樣設計時間短、效率高。4.可生產(chǎn)性、PCB采用現(xiàn)代化管理，可實現(xiàn)標準化規(guī)模（量）化、自動化生產(chǎn)，從而保證產(chǎn)品質(zhì)量的一致性。一、PCB板（印制電路板）（二）特點PCB還有其他的一些優(yōu)點，如使系統(tǒng)小型化、輕量化，信號傳輸高速化等。5.可測試性、建立了比較完整的測試方法測試標準，可以通過各種測試設備與儀器等來檢測并鑒定PCB產(chǎn)品的合格性和使用壽命。6.可組裝性。PCB產(chǎn)品既便于各種元件進行標準化組裝，又可以進行自動化、規(guī)?；呐可a(chǎn)另外，將PCB與其他各種元件進行整體組裝，還可形成更大的部件、系統(tǒng)，直至整機。7.可維護性，PCB產(chǎn)品與各種元件整體組裝的部件是以標準化設計與規(guī)模化生產(chǎn)的，因而，這些部件也是標準化的。所以，一旦系統(tǒng)發(fā)生故障，可以快速、方便、靈活地進行更換迅速恢復系統(tǒng)的工作。一、PCB板（印制電路板）（三）功能PCB之所以能受到越來越廣泛的應用，是因為它有很多獨特的優(yōu)點，大致如下。（1）提供集成電路等各種電子元器件固定、裝配的機械支承，實現(xiàn)集成電路等各種電子元器件之間的布線和電氣連接或電絕緣，提供所要求的電氣特性。（2）為自動焊接提供組焊圖形，為元器件插裝、檢查、維修提供識別字符和圖形。（3）電子設備采用印制板后，由于同類印制板的一致性，避免了人工接線的差錯，并可實現(xiàn)電子元器件自動插裝或貼裝、自動焊錫、自動檢測，保證了電子產(chǎn)品的質(zhì)量，提高了勞動生產(chǎn)率、降低了成本，并便于維修。（4）在高速或高頻電路中為電路提供所需的電氣特性、特性阻抗和電磁兼容特性。，（5）內(nèi)部嵌入無源元器件的印制板提供了一定的電氣功能，簡化了電子安裝程序，提高了產(chǎn)品的可靠性。（6）在大規(guī)模和超大規(guī)模的電子封裝元器件中，為電子元器件小型化的芯片封裝提供了有效的芯片載體。二、霍爾電流傳感器（一）定義霍爾電流傳感器（見圖）基于磁平衡式霍爾原理制成的。根據(jù)霍爾效應原理，從霍爾元件的控制電流端通入電流Ic，并在霍爾元件平面的法線方向上施加磁感應強度為B的磁場，那么在垂直于電流和磁場方向（即霍爾輸出端之間），將產(chǎn)生一個電勢VH，稱其為霍爾電勢，其大小正比于控制電流I與磁感應強度B的乘積。即有VH=KIB式中K——霍爾系數(shù)，由霍爾元件的材料決定；I——控制電流；B——磁感應強度；VH——霍爾電勢。通過測量霍爾電勢的大小間接測量載流導體電流的大小。因此，電流傳感器經(jīng)過了電-磁-電的絕緣隔離轉(zhuǎn)換。二、霍爾電流傳感器（二）基本原理霍爾電流傳感器是根據(jù)霍爾效應制作的一種磁場傳感器。它有兩種工作方式，即開環(huán)（直放式）和閉環(huán)（磁平衡式）。直放式霍爾傳感器的優(yōu)點是電路形式簡單，成本相對較低；其缺點是精度、線性度較差，響應時間較慢，溫度漂移較大。為了克服它的不足，人們發(fā)明了閉環(huán)（磁平衡式）霍爾電流傳感器。閉環(huán)式霍爾電流傳感器又稱零磁通式霍爾電流傳感器，如圖所示，它是由原邊電路、聚磁環(huán)、霍爾元件次級線圈、放大器等組成。當原邊電流IP產(chǎn)生的磁通通過高品質(zhì)磁芯集中在磁路中，霍爾元件固定在氣隙中檢測磁通，通過繞在磁芯上的多匝線圈輸出反向的補償電流，用于抵消原邊IP產(chǎn)生的磁通，使得磁路中磁通始終保持為零。經(jīng)過特殊電路的處理，傳感器的輸出端能夠輸出精確反映原邊電流的電流變化。三、接觸器（一）定義接觸器（見圖）分為交流接觸器和直流接觸器，它應用于電力、配電與用電場合。接觸器廣義上是指工業(yè)電中利用線圈流過電流產(chǎn)生磁場，使觸頭閉合，以達到控制負載的電器。三、接觸器（二）裝置作用在電工學上，接觸器可快速切斷交流與直流主回路和可頻繁地接通與關斷大電流（達800A）控制電路的裝置，它經(jīng)常以電動機為控制對象，也可用作控制工廠設備、電熱器、工作母機和各種電力機組等電力負載。接觸器不僅能接通和切斷電路，而且還具有低電壓釋放保護作用。接觸器控制容量大，適用于頻繁操作和遠距離控制，是自動控制系統(tǒng)中的重要元件之一。在工業(yè)電氣中，接觸器的型號很多，工作電流在5～1000A不等，其用途相當廣泛。三、接觸器（三）工作原理接觸器結(jié)構(gòu)，如圖所示。接觸器的工作原理是當接觸器線圈通電后，線圈電流會產(chǎn)生磁場，產(chǎn)生的磁場使靜鐵心產(chǎn)生電磁吸力吸引動鐵心，并帶動交流接觸器點動作，常閉觸點斷開，常開觸點閉合，兩者是聯(lián)動的。當線圈斷電時，電磁吸力消失，銜鐵在釋放彈簧的作用下釋放，使觸點復原，常開觸點斷開，常閉觸點閉合。直流接觸器的工作原理跟溫度開關類似。四、變壓器（三）工作原理變壓器是一種將某一等級的電壓（或電流）轉(zhuǎn)換成另一等級的電壓（或電流）的裝置，如圖所示。它的基本結(jié)構(gòu)是由鐵心及柱的線圈（也叫作繞組）組成。通常將接于電源的繞組稱為二次繞組（也稱為原繞組或初級繞組）；將負載側(cè)的繞組稱為二次繞組（也稱為副繞級或次級繞組）。四、變壓器（三）工作原理根據(jù)電磁感應定律，當變壓器的一次繞組接入電源時，交流電源電壓就為一次繞組中感應出變化的磁通，稱為主磁通。主磁通以鐵心為閉合回路既穿過一次繞組又穿過二次繞組，通過交流電后就在二次繞組中感應出交變電動勢。如果次繞組次級輸出端接入負載，將會在負載中流過交流電流。二次側(cè)輸出的電壓（或電流）和一次側(cè)輸入的電壓（或電流）之間的比例，與一二次繞組之間的匝數(shù)比有著對應的關系。如果將變壓器本身的損耗忽略不計，那么向變壓器輸入的功率就等于變壓器向負載提供的功率。這說明變壓器是一種功率傳遞裝置。五、變流器（一）定義變流器是指使電源系統(tǒng)的電壓、頻率、相數(shù)和其他電量或特性發(fā)生變化的電氣設備。在實際應用場合中，有些場合需要將交流電源變成直流電源，這就是整流電路。在另外一些場合則需要將直流電源變成交流電源，這種對應于整流的逆向過程，定義為逆變電路。在一定條件下，一套晶閘管電路既可以作整流電路又可作逆變電路，這種裝置稱為變流器。五、變流器（二）構(gòu)成原理變流器除主電路外，還需有控制功率開關元件通斷的觸發(fā)電路和實現(xiàn)對電能調(diào)節(jié)、控制的控制電路。變流器的觸發(fā)電路包括脈沖發(fā)生器和脈沖輸出器兩部分。前者根據(jù)控制信號的要求產(chǎn)生一定頻率、一定寬度或一定相位的脈沖；后者將此脈沖的電平放大為適合變流器中功率開關元件需要的驅(qū)動信號。觸發(fā)電路按控制功能可分為相控觸發(fā)電路、斬控觸發(fā)電路和頻控觸發(fā)電路。采用正弦波的頻控電路不僅能控制逆變器的輸出電壓，還能改善輸出電壓的質(zhì)量。五、變流器（二）構(gòu)成原理變流器的控制電路按控制方式分開環(huán)控制電路和閉環(huán)控制電路。前者主要用在要求不高的一些專用設備；后者具有自動控制和調(diào)節(jié)的作用，廣泛應用在各種工作機械上。變流器按控制信號性質(zhì)分模擬控制電路和數(shù)字控制電路。模擬信號最常采用的是直流電壓和電流，便于采用電的方法加以處理和變換；數(shù)字信號是一組信息參量具有離散值的不連續(xù)變化的信號。數(shù)字控制精度高，但電路較為復雜，價格昂貴。因此，實際上廣泛應用的是數(shù)字模擬混合式控制電路。六、繼電器（一）定義繼電器（見圖）是用于小開關功率的電磁驅(qū)動開關。汽車上常用的繼電器按使用情況，可分為功能繼電器和電路控制繼電器兩種。常見的功能繼電器如閃光繼電器、雨刮器間歇繼電器、液位報警繼電器等。電路控制繼電器是指單純實現(xiàn)電路通斷與轉(zhuǎn)換的繼電器。它通過流經(jīng)開關和繼電器電磁線圈的小電流，控制用電裝置的大電流，起到減小流經(jīng)開關的電流，保護開關觸點不被燒蝕的作用。常見的電路控制繼電器有電源繼電器（又稱卸荷繼電器）、啟動繼電器、前照燈繼電器、霧燈繼電器、喇叭繼電器、空調(diào)繼電器、電子風扇繼電器等。六、繼電器（一）定義繼電器由電磁線圈、觸點、支架和續(xù)流二極管或電阻等組成，如圖所示。為防止線圈斷電時產(chǎn)生的自感電勢對車上某些電子設備的影響，有的繼電器在線圈的兩端，并聯(lián)有泄放自感電勢的電阻或二極管。六、繼電器（二）作用繼電器是具有隔離功能的自動開關元件，廣泛應用于遙控、遙測、通信、自動控制、機電一體化及電力電子設備中，是最重要的控制元件之一。繼電器一般都有能反映一定輸入變量（如電流、電壓、功率、阻抗、頻率、溫度、壓力、速度、光等）的感應機構(gòu)（輸入部分）；有能對被控電路實現(xiàn)“通”“斷”控制的執(zhí)行機構(gòu)（輸出部分）；在繼電器的輸入部分和輸出部分之間，還有對輸入量進行耦合隔離，功能處理和對輸出部分進行驅(qū)動的中間機構(gòu)（驅(qū)動部分）。六、繼電器（二）作用作為控制元件，概括起來，繼電器有以下幾種作用。1.擴大控制范圍例如，多觸點繼電器控制信號達到某一定值時，可以按觸點組的不同形式，同時換接、開斷、接通多路電路。2.放大，例如，靈敏型繼電器、中間繼電器等用一個很微小的控制量，可以控制很大功率的電路。3.綜合信號例如，當多個控制信號按規(guī)定的形式輸入多繞組繼電器時，經(jīng)過比較、綜合，達到預定的控制效果。4.自動、遙控、監(jiān)測例如，自動裝置上的繼電器與其他電器一起，可以組成程序控制線路，從而實現(xiàn)自動化運行。六、繼電器（三）類型繼電器按觸點的不同，可分為常開、常閉、開閉混合三種。常開型繼電器通電動作后接通控制電路；常閉型繼電器通電動作后切斷控制電路；混合型繼電器平時常閉觸點接通、常開觸點斷開，如果繼電器線圈通電，則變成相反的狀態(tài)。繼電器與電路連接的方式，可分為接柱式和插接式。一般接柱式繼電器的容量（負荷）較大，常見于老式車的起動、喇叭電路中，該類繼電器的安全、可靠性低于插接式的繼電器，所以目前正逐漸被插接式繼電器取代。插接式繼電器因安裝方便、體積小，在新型汽車上得到了廣泛的應用。七、集成電路（一）概述集成電路（Integrated

Circuit，IC），顧名思義，就是把一定數(shù)量的常用電子元件，如電阻、電容、晶體管等，以及這些元件之間的連線，通過半導體工藝集成在一起的具有特定功能的電路。它是20世紀50年代后期到60年代發(fā)展起來的一種新型半導體器件。集成電路封裝外殼有圓殼式、扁平式或雙列直插式等多種形式。集成電路技術包括芯片制造技術與設計技術，主要體現(xiàn)在加工設備、加工工藝、封裝測試、批量生產(chǎn)及設計創(chuàng)新的能力上。七、集成電路（二）特點集成電路具有體積小、質(zhì)量輕、引出線和焊接點少、壽命長、可靠性高、性能好等優(yōu)點，同時成本低，便于大規(guī)模生產(chǎn)。它不僅在工業(yè)、民用電子設備如收錄機、電視機、計算機等方面得到了廣泛的應用，同時在軍事、通信、遙控等方面也得到了廣泛的應用。用集成電路來裝配電子設備，其裝配密度比晶體管可提高幾十倍至幾千倍，設備的穩(wěn)定工作時間也可大大提高。集成電路的缺點是修理成本增加、故障判斷不便、電路拆卸困難等，但整體來說，優(yōu)點遠遠超過了缺點。七、集成電路（三）類型1

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按

功

能

分按其功能不同，集成電路可分為模擬集成電路和數(shù)字集成電路兩大類。前者用來產(chǎn)生、放大和處理各種模擬電信號；后者則用來產(chǎn)生、放大和處理各種數(shù)字電信號。所謂模擬信號，是指幅度隨時間連續(xù)變化的信號。例如，人對著話筒講話，話筒輸出的音頻電信號就是模擬信號，收音機、收錄機、音響設備及電視機中接收/放大的音頻信號、電視信號，也是模擬信號。所謂數(shù)字信號，是指在時間上和幅度上離散取值的信號。例如，電報電碼信號，按一下電鍵，產(chǎn)生一個電信號，而產(chǎn)生的電信號是不連續(xù)的。這種不連續(xù)的電信號，一般叫作電脈沖或脈沖信號。計算機中運行的信號是脈沖信號，但這些脈沖信號均代表著確切的數(shù)字，因而又叫作數(shù)字信號。在電子技術中，通常又把模擬信號以外的非連續(xù)變化的信號，統(tǒng)稱為數(shù)字信號。七、集成電路（三）類型2

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按

制

作

工

藝

分集成電路按其制作工藝不同，集成電路可分為半導體集成電路、膜集成電路和混合集成電路三類。半導體集成電路是采用半導體工藝技術，在硅基片上制作包括電阻、電容、三極管、二極管等元器件并具有某種電路功能的集成電路；膜集成電路是在玻璃或陶瓷片等絕緣物體上，以“膜”的形式制作電阻、電容等無源器件。無源元件的數(shù)值范圍可以做得很寬，精度可以做得很高。但目前的技術水平尚無法用“膜”的形式制作晶體二極管、三極管等有源器件，因而使膜集成電路的應用范圍受到很大的限制。在實際應用中，多半是在無源膜電路上外加半導體集成電路或分立元件的二極管、三極管等有源器件，使之構(gòu)成一個整體，這便是混合集成電路。七、集成電路（三）類型3

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按

集

成

高

低

分按集成度高低不同，集成電路可分為小規(guī)模、中規(guī)模、大規(guī)模及超大規(guī)模集成電路四類。對模擬集成電路，由于工藝要求較高、電路又較復雜，所以一般認為集成50個以下元器件為小規(guī)模集成電路，集成50～100個元器件為中規(guī)模集成電路，集成100個以上的元器件為大規(guī)模集成電路；對數(shù)字集成電路，一般認為集成1～10等效門/片或10～100個元件/片為小規(guī)模集成電路，集成10～100個等效門/片或100～1000元件/片為中規(guī)模集成電路，集成100～10000個等效門/片或1000～100000個元件/片為大規(guī)模集成電路，集成10000以上個等效門/片或100000以上個元件/片為超大規(guī)模集成電路。七、集成電路（三）類型4

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按

導

電