在电动汽车日益普及的今天,充电桩作为关键基础设施,其稳定运行至关重要。而充电桩内部的印刷电路板(PCB),作为控制和管理充电过程的核心部件,常面临着恶劣的工作环境。这些环境因素若不加以有效防护,极有可能导致 PCB 故障,影响充电桩的正常使用。因此,了解充电桩 PCB 面临的恶劣环境,并采取针对性的防护措施显得尤为关键。
一、恶劣工作环境分析
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温度影响:充电桩通常安装在户外,经受着四季温度的巨大变化。夏季高温时,充电桩内部温度可能高达 50℃甚至更高,而在寒冷的冬季,温度又可能降至零下数十度。过高的温度会加速 PCB 上电子元件的老化,使元件性能下降,缩短使用寿命。例如,电容器在高温下,电解液挥发速度加快,电容量会逐渐减小,影响电路的稳定性。低温则可能导致 PCB 材料变脆,焊点的机械强度降低,在温度变化或轻微振动时,焊点容易出现开裂,引发电路断路故障。
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湿度与潮湿问题:湿度也是影响充电桩 PCB 的重要因素。在潮湿的环境中,尤其是在南方的梅雨季节或沿海地区,空气中的水汽含量高。PCB 长时间暴露在这样的环境下,容易吸收水分。水分的侵入会导致金属部件生锈腐蚀,如焊点、引脚等部位,使电路的导电性变差,甚至引发短路。此外,潮湿环境还可能滋生霉菌,霉菌生长过程中会分泌有机酸,进一步腐蚀 PCB,破坏其绝缘性能。
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灰尘与污染物:户外的充电桩容易受到灰尘、沙尘以及其他污染物的侵袭。灰尘积累在 PCB 表面,可能会影响散热效果,导致元件温度升高。而且,当灰尘与水汽结合时,可能形成具有导电性的污垢,桥接 PCB 上的线路,引发短路故障。在一些工业区域或道路附近的充电桩,还可能受到油污、化学气体等污染物的影响,这些污染物会对 PCB 的材料和元件造成腐蚀和损害。
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电气冲击与电磁干扰:充电桩在工作过程中,会频繁地接通和断开电路,这会产生电气冲击。电气冲击可能导致 PCB 上的元件承受过高的电压和电流,瞬间的过电压或过电流可能击穿电子元件,如电容、二极管等,造成元件损坏。同时,周围的电气设备、通信基站等会产生电磁干扰,影响充电桩 PCB 上信号的传输和处理,导致充电控制出现异常。
针对性防护措施
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温度防护:为应对温度变化,首先在 PCB 设计阶段,要选择耐高温和低温性能良好的材料。例如,选用玻璃化转变温度(Tg)较高的 PCB 基材,在高温环境下能保持较好的物理性能,不易软化变形。对于关键元件,可选择工业级或汽车级的产品,这些元件通常具有更宽的工作温度范围。同时,在充电桩内部安装散热装置,如散热片和风扇,将热量及时散发出去。在低温环境下,可以添加加热装置,或者采用保温材料对充电桩进行包裹,维持内部温度在适宜的工作范围。
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防潮与防水处理:为防止湿度和潮湿对 PCB 的影响,可对 PCB 进行三防处理,即涂覆防潮、防霉、防盐雾的保护漆。常见的保护漆有丙烯酸、聚氨酯、有机硅等类型。这些保护漆能够在 PCB 表面形成一层致密的保护膜,阻止水分和湿气的侵入。此外,在充电桩的结构设计上,要做好密封措施,防止雨水进入内部。例如,使用密封胶条对充电桩的柜门、接口等部位进行密封,确保外部的水汽无法进入充电桩内部接触到 PCB。
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防尘与防污措施:为减少灰尘和污染物对 PCB 的影响,充电桩内部可安装空气过滤装置,过滤进入充电桩的空气,减少灰尘的进入。同时,对 PCB 进行定期清洁维护,去除积累的灰尘和污垢。对于可能受到油污或化学气体影响的区域,可采用特殊的防护涂层,增强 PCB 的抗腐蚀能力。例如,在充电桩靠近道路或工业区域的一侧,对 PCB 进行额外的防腐处理,防止油污和化学气体的侵蚀。
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电气与电磁防护:针对电气冲击,在 PCB 上设计过压、过流保护电路。例如,使用压敏电阻、瞬态电压抑制二极管(TVS)等元件,当出现过电压时,这些元件能够迅速导通,将电压钳制在安全范围内,保护其他元件不受损坏。对于过流保护,可以采用保险丝或电流限制器等装置。为应对电磁干扰,在 PCB 布局时,要合理规划电路,将敏感电路和易产生干扰的电路分开布局。同时,使用屏蔽层和滤波电路,减少电磁干扰的影响。例如,在通信线路周围设置屏蔽地线,在电源输入输出端添加滤波电容,滤除高频干扰信号。
充电桩里的 PCB 在恶劣的工作环境下,需要从温度、湿度、灰尘、电气冲击和电磁干扰等多个方面进行全面防护。通过采取上述有效的防护措施,可以提高 PCB 的可靠性和稳定性,确保充电桩的正常运行,为电动汽车的普及提供有力支持。
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