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單觸點(diǎn)額定電流60A的電源連接器,你見過嗎?

發(fā)布時(shí)間:2021-07-09 來源:貿(mào)澤電子 責(zé)任編輯:wenwei

【導(dǎo)讀】如果按照功能來給連接器分類,通常可以分為信號(hào)連接器和電源連接器兩大類,前者負(fù)責(zé)在不同電子系統(tǒng)之間傳輸數(shù)據(jù)和信號(hào),而后者則負(fù)責(zé)傳輸電能。由于角色不同,所以開發(fā)者對(duì)于兩者的核心訴求也有差異——對(duì)于信號(hào)連接器,傳輸速率通常是最關(guān)鍵的一個(gè)性能指標(biāo);而對(duì)于電源連接器來說,能夠承載和傳輸更大的功率,則是其追求的極致目標(biāo)。
 
電源連接器的設(shè)計(jì)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(huì)增大整個(gè)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(shì)下,顯然難于滿足設(shè)計(jì)要求。
 
而且很多大功率的應(yīng)用,比如電動(dòng)汽車電池監(jiān)控/管理、電源控制系統(tǒng)、機(jī)器人驅(qū)動(dòng)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(duì)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(jì)上不能隨便。
 
簡(jiǎn)單歸納一下,我們不難看出今天人們對(duì)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(zhǎng)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(dòng)以及高溫環(huán)境的的考驗(yàn),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(cuò)配等機(jī)制,且安裝和配接過程簡(jiǎn)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(shí)滿足上述所有這些要求,那么這樣的電源連接器確實(shí)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(duì)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(gè)完整的Kona互連系統(tǒng)組件包括一個(gè)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(gè)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(huì)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(gè)高位,主要是他們看到了明確的市場(chǎng)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(jì)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(gè)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(gè)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(gè)觸點(diǎn)都可以同時(shí)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(huì)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(shí)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(gè)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(jì)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(jì)上也有創(chuàng)新之舉。與傳統(tǒng)的線對(duì)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(jì),這樣在配接時(shí),公頭的觸點(diǎn)就可以在360°的各個(gè)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(jì)(圖源:Harwin)
 
Kona連接器在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上還有一個(gè)特點(diǎn)就是,連接器的每個(gè)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(cuò)誤操作對(duì)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(jì),可以有效防止錯(cuò)配的發(fā)生。
 
圖4:Kona連接器每個(gè)觸點(diǎn)都有單獨(dú)的保護(hù)罩
并采用了極化外形設(shè)計(jì)(圖源:Harwin)
 
為了提升在耐沖擊和耐振動(dòng)方面的機(jī)械特性,Kona連接器設(shè)計(jì)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(jiǎn)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(gè)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(gè)長(zhǎng)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(shí)20G的振動(dòng)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(gè)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(shí)出“1號(hào)”觸點(diǎn)的位置,可確保連接器組件正確定向,這也算是一個(gè)很貼心的設(shè)計(jì)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(gè)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(jì)目標(biāo),所有的“秘密”其實(shí)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(jì)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(jì)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(shì)
(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(huì)讓你失望。想要進(jìn)一步認(rèn)識(shí)和了解這款優(yōu)秀的連接器產(chǎn)品,請(qǐng)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(jì)資源。
 
 
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