新能源汽车电学基础与高压安全 课件 4-2 常见电控原件认知及测量

2常见电控原件认知及测量和汽车新时代的领导者一起成长《新能源汽车电学基础与高压安全》能力模块四常见元器件认知及测量知识目标1.了解PCB版的定义、特点与功能作用；2.掌握霍尔电流传感器的定义和基本原理；3.掌握接触器的定义、装置作用和工作原理；4.掌握变压器的定义和原理；5.掌握变流器的定义、作用原理；6.掌握继电器的定义、作用、主要技术参数和测试；7.掌握集成电路的特点、检测常识、分类，熟悉常见的NE555、升降压IC、IGBT驱动芯片等常见的基础集成电路。技能目标1.能正确使用PCB版进行电路的搭建；2.能正确阐述霍尔传感器的定义和基本原理；3.能够通过万用表检测判断接触器好坏；4.能正确阐述变压器、变流器的工作原理；5.能独立进行继电器的检测。素养目标1.通过PCB板的电路搭建，培养学生动力操作的能力；2.通过认识各个新电控元器件，提高获取新知识的能力；3.通过分组完成实训，培养学生沟通协助的能力；4.培养学生6S管理能力。任务导入获取信息任务实施学习目标任务导入获取信息任务实施学习目标小张对电工很感兴趣，目前已经认识了不少电路元件和基础的电子元器件，他在此前搭建电路的时候都是用导线进行连接，但是他发现如果电路的元件多并且相对复杂的话，都使用导线进行搭建电路的话，操作不方便且很容易出错。他通过学习了解到，有PCB板这类电子元器件，利用PCB板实现电路功能非常方便。你知道什么是PCB板吗？它具体有哪些特点呢？CONTENTS目录CONTENTS01PCB板（印制电路板）^^^^02霍尔电流传感器03接触器04变压器CONTENTS目录CONTENTS05变流器^^^^06继电器07集成电路08实训：电控元件继电器的测量PCB板（印制电路板）01.《新能源汽车电学基础与高压安全》inwinic和汽车新时代的领导者一起成长任务导入获取信息任务实施学习目标（一）定义PCB（PrintedCircuitBoard），中文名称为印制电路板，称印刷线路板，也印制板，是重要的电子部件，是电子元器件的支撑体，也是电子元器件电气相互连接的载体。由于它是采用电子印刷术制作的，故被称为“印刷”电路板。任务导入获取信息任务实施学习目标（一）定义应用：几乎每种电子设备，小到电子手表、计算器，大到计算机、通信电子设备、军用武器系统，只要有集成电路等电子元件，为了使各个元件之间的电气互连，都要使用印制板。结构：印制线路板由绝缘底板、连接导线和装配焊接电子元件的焊盘组成，具有导电线路和绝缘底板的双重作用。种类：印制板的品种已从单面板发展到双面板、多层板和挠性板。PCB双层板PCB挠性板任务导入获取信息任务实施学习目标（二）特点2可设计性对PCB各种性能的电气、物理、化学、机械等要求，可以通过设计标准化、规范化等来实现。这样设计时间短、效率高。1可高密度化多年来，印制板的高密度一直能够随着集成电路集成度的提高和安装技术的进步而相应发展。3可测试性建立了比较完整的测试方法、测试标准，可以通过各种测试设备与仪器等来检测并鉴定PCB产品的合格性和使用寿命。任务导入获取信息任务实施学习目标（二）特点高可靠性可生产性PCB采用现代化管理，可实现标准化、规模（量）化、自动化生产，从而保证产品质量的一致性。54通过一系列检查、测试和老化试验等技术手段，可以保证PCB长期（使用期一般为20年）而可靠地工作。可组装性PCB产品既便于各种元件进行标准化组装，又可以进行自动化、规模化的批量生产。另外，将PCB与其他各种元件进行整体组装，还可形成更大的部件、系统，直至整机。67可维护性PCB产品与各种元件整体组装的部件是以标准化设计与规模化生产的，一旦系统发生故障，可以快速、方便、灵活地进行更换，迅速恢复系统的工作。任务导入获取信息任务实施学习目标（三）功能机械支承提供集成电路等各种电子元器件固定、装配的机械支承，实现集成电路等各种电子元器件之间的布线和电气连接或电绝缘，提供所要求的电气特性。识别字符和图形为自动焊接提供阻焊图形，为元器件插装、检查、维修提供识别字符和图形。电子元件自动插装或贴装电子设备采用印制板后，由于同类印制板的一致性，避免了人工接线的差错，并可实现电子元器件自动插装或贴装、自动焊锡、自动检测，保证了电子产品的质量，提高了劳动生产率、降低了成本，并便于维修。任务导入获取信息任务实施学习目标（三）功能机械支承提供集成电路等各种电子在高速或高频电路中为电路提供所需的电气特性、特性阻抗和电磁兼容特性。识别字符和图形为自动焊接提供阻焊图形，为元器件插装、检查、维修提供识别字符和图形。电子元件自动插装或贴装电子设备采用印制板后，由于同类印制板的一致性，避免了人工接线的差错，并可实现电子元器件自动插装或贴装、自动焊锡、自动检测，保证了电子产品的质量，提高了劳动生产率、降低了成本，并便于维修。任务导入获取信息任务实施学习目标（三）功能电气特性、特性抗阻在高速或高频电路中为电路提供所需的电气特性、特性阻抗和电磁兼容特性。简化安装程序内部嵌入无源元器件的印制板，提供了一定的电气功能，简化了电子安装程序，提高了产品的可靠性。芯片载体在大规模和超大规模的电子封装元器件中，为电子元器件小型化的芯片封装提供了有效的芯片载体。霍尔电流传感器02.《新能源汽车电学基础与高压安全》inwinic和汽车新时代的领导者一起成长任务导入获取信息任务实施学习目标（一）定义

霍尔电流传感器基于磁平衡式霍尔原理，根据霍尔效应原理，从霍尔元件的控制电流端通入电流Ic，并在霍尔元件平面的法线方向上施加磁感应强度为B的磁场，那么在垂直于电流和磁场方向（即霍尔输出端之间），将产生一个电势VH，称其为霍尔电势，其大小正比于控制电流I。与磁感应强度B的乘积。即有式中：K为霍尔系数，由霍尔元件的材料决定；I为控制电流；B为磁感应强度；VH为霍尔电势。任务导入获取信息任务实施学习目标（二）基本原理如果在输入端通入控制电流IC，当有一磁场B穿过该器件感磁面，则在输出端出现霍尔电势VH。霍尔电势VH的大小与控制电流IC和磁通密度B的乘积成正比，即：VH=KHICBsinθ按霍尔效应原理制成，在载流导体周围产生一正比于该电流的磁场，而霍尔器件则用来测量这一磁场。通过测量霍尔电势的大小间接测量载流导体电流的大小。因此，电流传感器经过了电－磁－电的绝缘隔离转换。接触器03.《新能源汽车电学基础与高压安全》inwinic和汽车新时代的领导者一起成长任务导入获取信息任务实施学习目标（一）定义接触器分为交流接触器（电压AC）和直流接触器（电压DC），它应用于电力、配电与用电场合。接触器广义上是指工业电中利用线圈流过电流产生磁场，使触头闭合，以达到控制负载的电器。右图为接触器实物。任务导入获取信息任务实施学习目标（二）装置作用在电工学上，运用于电动机作为控制对象，也可用作控制工厂设备、电热器、工作母机和各样电力机组等电力负载，可快速切断交流与直流主回路和可频繁地接通与关断大电流控制（达800A）电路的装置。接触器不仅能接通和切断电路，而且还具有低电压释放保护作用。接触器控制容量大，适用于频繁操作和远距离控制，是自动控制系统中的重要元件之一。任务导入获取信息任务实施学习目标（三）工作原理接触器的工作原理是：当接触器线圈通电后，线圈电流会产生磁场，产生的磁场使静铁芯产生电磁吸力吸引动铁芯，并带动交流接触器点动作，常闭触点断开，常开触点闭合，两者是联动的。当线圈断电时，电磁吸力消失，衔铁在释放弹簧的作用下释放，使触点复原，常开触点断开，常闭触点闭合。直流接触器的工作原理跟温度开关的原理有点相似。接触器结构变压器04.《新能源汽车电学基础与高压安全》inwinic和汽车新时代的领导者一起成长任务导入获取信息任务实施学习目标定义：变压器是变换交流电压、电流和阻抗的器件，当初级线圈中通有交流电流时，铁芯（或磁芯）中便产生交流磁通，使次级线圈中感应出电压（或电流）。组成：变压器由铁芯（或磁芯）和线圈组成，线圈有两个或两个以上的绕组，其中接电源的绕组叫初级线圈，其余的绕组叫次级线圈。互感应效应：在发电机中，不管是线圈运动通过磁场或磁场运动通过固定线圈，均能在线圈中感应电势，此两种情况，磁通的值均不变，但与线圈相交链的磁通数量却有变动，这是互感应的原理。变压器就是一种利用电磁互感效应，变换电压，电流和阻抗的器件。变压器05.《新能源汽车电学基础与高压安全》inwinic和汽车新时代的领导者一起成长任务导入获取信息任务实施学习目标（一）定义整流器（交流变直流<AC/DC>）逆变器（直流变交流<DC/AC>）交流变流器（交流变频器<AC/AC>）直流变流器（直流斩波器<DCChopper>）

变流器是使电源系统的电压、频率、相数和其他电量或特性发生变化的电器设备。在实际应用场合中，有些场合需要将交流电源变成直流电源，这就是整流电路。在另外一些场合则需要将直流电源变成交流电源，这种对应于整流的逆向过程，定义为逆变电路。在一定条件下，一套晶闸管电路既可以作整流电路又可作逆变电路，这种装置称为变流器。主电路可以分为四种：

任务导入获取信息任务实施学习目标（二）构成原理

主电路：变流器除主电路（分别为整流电路、逆变电路、交流变换电路和直流变换电路）控制电路：还需有控制功率开关元件通断的触发电路（或称驱动电路）和实现对电能调节、控制的控制电路。触发电路：包括脉冲发生器和脉冲输出器两部分。

前者根据控制信号的要求产生一定频率、一定宽度或一定相位的脉冲；后者将此脉冲的电平放大为适合变流器中功率开关元件需要的驱动信号。任务导入获取信息任务实施学习目标（二）构成原理触发电路按控制的功能可分为：相控触发电路A斩控触发电路B频控触发电路C采用正弦波的频控电路不仅能控制逆变器的输出电压，还能改善输出电压的质量。任务导入获取信息任务实施学习目标（二）构成原理变流器的控制电路按控制方式分：按控制信号性质分：模拟信号最常采用的是直流电压和电流，便于用电的方法加以处理和变换；数字信号是一组信息参量具有离散值的不连续变化的信号。数字控制具有高精度，但电路较为复杂，价格昂贵。因此，实际上广泛应用的是数字模拟混合式控制电路。此外，采用微型计算机的控制电路也具有很多优点。开环控制电路闭环控制电路A模拟控制电路B数字控制电路继电器06.《新能源汽车电学基础与高压安全》inwinic和汽车新时代的领导者一起成长任务导入获取信息任务实施学习目标（一）定义继电器（Relay）是一种电控制器件，是当输入量（激励量）的变化达到规定要求时，在电气输出电路中使被控量发生预定的阶跃变化的一种电器。它具有控制系统（又称输入回路）和被控制系统（又称输出回路）之间的互动关系。通常应用于自动化的控制电路中，它实际上是用小电流去控制大电流运作的一种“自动开关”。故在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用。继电器结构原理，如图4-2-8所示。任务导入获取信息任务实施学习目标（二）作用继电器是具有隔离功能的自动开关元件，广泛应用于遥控、遥测、通讯、自动控制、机电一体化及电力电子设备中，是最重要的控制元件之一。

继电器一般都有能反映一定输入变量（如电流、电压、功率、阻抗、频率、温度、压力、速度、光等）的感应机构（输入部分）；有能对被控电路实现“通”、“断”控制的执行机构（输出部分）；在继电器的输入部分和输出部分之间，还有对输入量进行耦合隔离，功能处理和对输出部分进行驱动的中间机构（驱动部分）。作为控制元件，概括起来，继电器有如下几种作用：放大综合信号任务导入获取信息任务实施学习目标（三）主要技术参数释放电流触点切换电压和电流额定工作电压直流电阻吸合电流任务导入获取信息任务实施学习目标（四）继电器测试ABCD测触点电阻测线圈电阻测量吸合电压和吸合电流测量释放电压和释放电流集成电路07.《新能源汽车电学基础与高压安全》inwinic和汽车新时代的领导者一起成长任务导入获取信息任务实施学习目标（一）分类1.集成电路按其功能、结构可以分：为模拟集成电路、数字集成电路和数/模混合集成电路三大类。模拟集成电路又称线性电路,用来产生、放大和处理各种模拟信号（指幅度随时间变化的信号）。例如半导体收音机的音频信号、录放机的磁带信号等，其输入信号和输出信号成比例关系。而数字集成电路用来产生、放大和处理各种数字信号（指在时间上和幅度上离散取值的信号）。例如5G手机、数码相机、电脑CPU、数字电视的逻辑控制和重放的音频信号和视频信号。2.按制作工艺分：集成电路按制作工艺可分为半导体集成电路和膜集成电路。膜集成电路又分类厚膜集成电路和薄膜集成电路。任务导入获取信息任务实施学习目标（一）分类3.按集成度高低分集成电路按集成度高低的不同可分为：SSIC小规模集成电路（SmallScaleIntegratedcircuits）MSIC中规模集成电路（MediumScaleIntegratedcircuits）LSIC大规模集成电路（LargeScaleIntegratedcircuits）VLSIC超大规模集成电路（VeryLargeScaleIntegratedcircuits）ULSIC特大规模集成电路（UltraLargeScaleIntegratedcircuits）GSIC巨大规模集成电路也被称作极大规模集成电路或超特大规模集成电路（GigaScaleIntegration）。任务导入获取信息任务实施学习目标（一）分类4.按导电类型分集成电路按导电类型可分为双极型集成电路和单极型集成电路，它们都是数字集成电路。双极型集成电路的制作工艺复杂，功耗较大，代表集成电路有TTL、ECL、HTL、LST-TL、STTL等类型。单极型集成电路的制作工艺简单，功耗也较低，易于制成大规模集成电路，代表集成电路有CMOS、NMOS、PMOS等类型。5.按用途分集成电路按用途可分为电视机用集成电路、音响用集成电路、影碟机用集成电路、录像机用集成电路、电脑（微机）用集成电路、电子琴用集成电路、通信用集成电路、照相机用集成电路、遥控集成电路、语言集成电路、报警器用集成电路及各种专用集成电路。如图4-2-11所示，为集成电路。任务导入获取信息任务实施学习目标（一）分类6.按应用领域分集成电路按应用领域可分为标准通用集成电路和专用集成电路。7.按外形分集成电路按外形可分为圆形（金属外壳晶体管封装型，一般适合用于大功率）、扁平型（稳定性好，体积小）和双列直插型。任务导入获取信息任务实施学习目标（二）检测常识1.检测前要了解集成电路及其相关电路的工作原理2.测试避免造成引脚间短路3.严禁在无隔离变压器的情况下，用已接地的测试设备去接触底板带电的电视、音响、录像等设备4.要注意电烙铁的绝缘性能任务导入获取信息任务实施学习目标（二）检测常识5.要保证焊接质量

6.不要轻易断定集成电路的损坏7.测试仪表内阻要大

8.要注意功率集成电路的散热9.引线要合理任务导入获取信息任务实施学习目标（三）NE555NE555（TimerIC）为8脚时基集成电路，大约在1971年由西格尼蒂克公司（SigneticsCorporation）发布，在当时是唯一非常快速且商业化的TimerIC。NE555体积小、重量轻、稳定可靠，操作电源范围大，输出端的供给电流能力强，计时精确度高，温度稳定度佳，且价格便宜。如图所示，为智能电学套装中NE555集成块。任务导入获取信息任务实施学习目标（三）NE555NE555时机电路封形式有两种，一是DIP双列直插8脚封装，另一种是SOP-8小型（SMD）封装形式。NE555内部功能：任务导入获取信息任务实施学习目标（三）NE555

它的内部等效电路：NE555的内部中心电路是三极管BG15和BG17加正反馈组成的RS触发器。输入控制端有直接复位Reset端，通过比较器A1，复位控制端的TH、比较器A2置位控制的T。输出端为F，另外还有集电极开路的放电管DIS。它们控制的优先权是R、T、TH。

图中：①脚为电源负极（地）端；②脚为触发输入端，用于启动电路；③脚为输出端；④为总复位端；⑤脚为控制端；⑥脚称作阀值端；⑦为接地端；⑧脚为电源正极。任务导入获取信息任务实施学习目标（三）NE555NE555的主要特点是：1.只需简单的电阻器、电容器，即可完成特定的振荡延时作用。其延时范围极广，可由几微秒至几小时之久；2.它的操作电源范围极大，可与TTL，CMOS等逻辑电路配合，也就是它的输出电平及输入触发电平，均能与这些系列逻辑电路的高、低电平匹配；3.其输出端的供给电流大，可直接推动多种自动控制的负载；4.它的计时精确度高、温度稳定度佳，且价格便宜。任务导入获取信息任务实施学习目标（四）升降压IC

AL1540是一款专为升压、升降压开关电源设计的专用DC-DC控制器芯片。AL1540典型应用支持5-40V输入电压苑围。通过扩展输入供电，也可以支持400V以上的输入电压范围。芯片采用固定频率的PWM控制方式，并在轻载条件下自动降频提高转换效率芯片内置高精度误差放大器，振荡器，以及频率补偿电路，简化了外围设计。芯片内置过流保护以及EN脚关断功能。芯片工作频率可通过一个外接电阻调节，方便根据不同应用设置系统工作频率。AL1540内部集成了软启动以及过温保护电路，减少外围元件并提高系统可靠性。如图所示，为智能电学套装中升降压IC器件。任务导入获取信息任务实施学习目标（五）IGBT驱动芯片IGBT驱动芯片一般是指由IGBT驱动板、驱动辅助电源、驱动外围电路及接插件组成的板卡级电路产品。IGBT系列高频驱动板，主要采用SG3525A作为PWM脉冲形成，输出脉冲频率范围20~60KHZ，脉冲间隔互为180度，死区时间可以自行调整。可适用于IGBT全桥逆变串联谐振感应加热装置调频调功。功率范围：10~120KW，该控制板接线少，控制集中，没有调试，工作电源电压为三路交流双18V/1A及四个22V/0.5A的电源。具有过流，过压，却水，多种状态指示，并提供开关型霍尔保护接口和线性霍尔保护接口，有全桥逆变IGBT驱动电路，此板可直接组装IGBT高频感应加热装置。如图所示为智能电学套装中的IGBT驱动集成芯片。任务导入获取信息任务实施学习目标（五）IGBT驱动芯片性能：（1）动态驱动能力强，能为IGBT栅极提供具有陡峭前后沿的驱动脉冲；（2）能向IGBT提供适当的正向栅压；（3）能向IGBT提供足够的反向栅压；（4）有足够的输入输出电隔离能力；（5）具有栅压限幅电路，保护栅极不被击穿；（6）输入输出信号传输无延时；（7）电路简单，成本低；（8）IGBT损坏时，驱动电路中的其它元件不会随之损坏；（9）当IGBT处于负载短路或过流状态时，能在IGBT允许时间内通过逐渐降低栅压自动抑制故障电流，实现IGBT的软关断；（10）在出现短路、过流的情况下，能迅速发出过流保护信号，供控制电路进行处理针脚如图所示。任务导入获取信息任务实施学习目标（五）IGBT驱动芯片引脚序号引脚名称I/O描述1HINI逻辑输入控制信号高电平有效，控制高端功率MOS管的导通与截止“0”是关闭功率MOS管“1”是开启功率MOS管。