電源連接器的設(shè)計要求

 

為了提升功率傳輸能力，電源連接器就需要提升其單一觸點(diǎn)的電流承載能力（即額定電流）。以往在電源連接器的應(yīng)用中，受制于端子額定載流能力，為了達(dá)到傳輸大電流的目的，開發(fā)者只能采用多端子分流的方式，但是這無疑會增大整個電源互連系統(tǒng)的尺寸。這在電子產(chǎn)品功率越來越高，而外形越來越小的趨勢下，顯然難于滿足設(shè)計要求。

 

而且很多大功率的應(yīng)用，比如電動汽車電池監(jiān)控/管理、電源控制系統(tǒng)、機(jī)器人驅(qū)動器、伺服控制、無人機(jī)、航天衛(wèi)星等，其工作環(huán)境十分復(fù)雜和惡劣，往往對連接器的可靠性也有更高的要求，這就使得此類電源連接器在設(shè)計上不能隨便。

 

簡單歸納一下，我們不難看出今天人們對于高功率、高可靠性連接器的一般要求包括：

 

●    在電氣性能方面，需要能夠承載更大的電流，具有更高的耐壓，以支持更高的功率傳輸；

●    在機(jī)械特性方面，需要更加耐用，滿足長期使用和反復(fù)插拔的使用要求；

●    在使用環(huán)境方面，需要有能力耐受高沖擊、高振動以及高溫環(huán)境的的考驗，能夠在惡劣的環(huán)境中使用；

●    在易用性方面，需要有必要的安全防護(hù)、防止錯配等機(jī)制，且安裝和配接過程簡單，易于操作；

●    在外形上，需要管理好自己的“身材”，在高功率和小型化上找到最佳的平衡點(diǎn)。

 

如果能夠同時滿足上述所有這些要求，那么這樣的電源連接器確實就可以稱之為“理想之選”了。

 

Harwin的高功率高可靠性方案

 

盡管找到這樣的高功率、高可靠性的電源連接器不容易，不過我們還真發(fā)現(xiàn)了一款——那就是Harwin公司推出的Kona系列電源連接器。該系列線對板連接器具有8.5mm的引腳間距，單觸點(diǎn)可提供高達(dá)60A的額定電流，工作溫度范圍為-65℃?+150℃。

 

一個完整的Kona互連系統(tǒng)組件包括一個具備板安裝固定件的垂直穿板（through-board）式公頭連接器，以及一個支持8AWG規(guī)格電纜的母頭電纜連接器。

 

圖1：Kona系列電源連接器組件

（圖源：Harwin）

 

Harwin公司之前也推出過Datamate系列高功率連接器，之所以會考慮在新的產(chǎn)品系列中將觸點(diǎn)的額定電流提升到60A這樣一個高位，主要是他們看到了明確的市場需求，因此在原有產(chǎn)品的基礎(chǔ)上進(jìn)行了多方面的創(chuàng)新和優(yōu)化，最終達(dá)成了這樣的設(shè)計目標(biāo)。

 

Kona連接器特性詳解

 

從外形結(jié)構(gòu)上看，Kona系列連接器的觸點(diǎn)為單排布局，有2、3和4個觸點(diǎn)版本可選。與以前的高功率連接器相比，觸點(diǎn)的間距增加到了8.5mm，這樣帶來的一個顯著的好處就是為電氣性能的提升提供了空間——Kona系列連接器各個觸點(diǎn)都可以同時承載最高60A的電流；而額定電壓也可達(dá)到3000VAC（一分鐘）；在海平面高度的工作電壓高達(dá)1500V（DC或AC峰值）。

 

雖然與以前4mm間距的電源連接器相比，8.5mm的間距似乎會讓連接器的外形更大，但由于額定電流性能的大幅提升，在實際應(yīng)用中只需更少的觸點(diǎn)即可傳輸更大的電流，因而整個電源互連系統(tǒng)的功率密度反而是增加了，達(dá)到了每厘米48A，也使得系統(tǒng)空間更為緊湊。

 

圖2：Kona連接器8.5mm的間距

為提升電氣性能提供了空間（圖源：Harwin）

 

支持更高的載流能力，結(jié)構(gòu)設(shè)計的優(yōu)化不是唯一的要素。Kona系列連接器在觸點(diǎn)的設(shè)計上也有創(chuàng)新之舉。與傳統(tǒng)的線對板電源連接器不同，Kona公頭連接器的鈹青銅觸點(diǎn)采用了獨(dú)特的6指設(shè)計，這樣在配接時，公頭的觸點(diǎn)就可以在360°的各個方向上提供正向的法向彈力，使公頭與母頭的觸點(diǎn)牢牢接觸。而且連接器公頭和母頭的觸點(diǎn)都有鍍金層，這樣一來，不僅確保了最佳的電氣傳輸性能（最大接觸電阻僅2mΩ），也讓連接的可靠性更有保障，使得Kona連接器的配接次數(shù)（壽命）達(dá)到250次。

 

圖3：Kona公頭連接器的觸點(diǎn)采用

獨(dú)特的6指設(shè)計（圖源：Harwin）

 

Kona連接器在結(jié)構(gòu)設(shè)計上還有一個特點(diǎn)就是，連接器的每個觸點(diǎn)都有單獨(dú)的保護(hù)罩，讓觸點(diǎn)之間彼此隔離，這樣既能夠防止在配接過程中意外觸碰到觸點(diǎn)，也可以避免由于錯誤操作對觸點(diǎn)造成損壞，可以說是一舉兩得。

 

從圖4中大家還可以看到，在公頭和母頭連接器保護(hù)罩的外輪廓上還采用了極化設(shè)計，可以有效防止錯配的發(fā)生。

 

圖4：Kona連接器每個觸點(diǎn)都有單獨(dú)的保護(hù)罩

并采用了極化外形設(shè)計（圖源：Harwin）

 

為了提升在耐沖擊和耐振動方面的機(jī)械特性，Kona連接器設(shè)計了強(qiáng)化的鎖定方式，可通過安裝在母頭連接器組件上的不銹鋼指旋螺絲，將其與公頭連接器緊密地固定在一起，且安裝簡捷，無需采用任何工具，能夠最大程度地提高用戶的便利性。在公頭連接器一端，由于需要裝配在PCB上，所以每個觸點(diǎn)都留有4.5mm的電路板穿孔端子，在連接器的兩端還各有一個長5.2mm的固定螺栓，以增強(qiáng)公頭連接器在PCB上的穩(wěn)固性。

 

由于采用了“先配接后鎖定（mate-before-lock）”機(jī)制，可確保觸點(diǎn)在完全配接之后再接合鎖定裝置，從而防止在鎖定過程中造成損壞。上述這些舉措，使得Kona連接器組件可承受12小時20G的振動力，以及6mS高達(dá)100G的沖擊力。

 

圖5：Kona連接器提供了更穩(wěn)固的

機(jī)械連接特性（圖源：Harwin）

 

圖6分別展示了Kona連接器公頭（上圖）和母頭（下圖）的機(jī)械結(jié)構(gòu)，大家可以一目了然。其中還有一個小細(xì)節(jié)——在Kona連接器的公母組件的外殼上都設(shè)置有觸點(diǎn)指示器，明確標(biāo)識出“1號”觸點(diǎn)的位置，可確保連接器組件正確定向，這也算是一個很貼心的設(shè)計了。

 

圖6：Kona連接器專門設(shè)置了觸點(diǎn)指示器

（圖源：Harwin）

 

本文小結(jié)

 

上述所有這些特性，使得Kona連接器成為了一個高功率、高可靠性電源連接器的典范。之所以能夠達(dá)成這樣的設(shè)計目標(biāo)，所有的“秘密”其實都在上述這些“細(xì)節(jié)”之中。我們不妨將這些被專門設(shè)計和優(yōu)化的“細(xì)節(jié)”總結(jié)列舉出來，大家可以按圖索驥，慢慢品讀。

 

圖7：Kona連接器設(shè)計細(xì)節(jié)和主要產(chǎn)品特性

（圖源：Harwin）

 

表1：Kona連接器產(chǎn)品特性和應(yīng)用優(yōu)勢

（圖源：Harwin）

 

如果你也在尋找這樣一款高功率、高可靠性的互連解決方案，那么Kona連接器一定不會讓你失望。想要進(jìn)一步認(rèn)識和了解這款優(yōu)秀的連接器產(chǎn)品，請移步貿(mào)澤電子的網(wǎng)站，那里有更豐富的技術(shù)和設(shè)計資源。

 

 

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