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很容易忽视供应商规定的连接器配对周期数量,从而随着时间的推移遇到问题。
不,这个标题并不是关于如果你的连接器在夜间被独自留下,它们会神奇地繁殖出新的迷你版本,或者奇迹般地长出新的接触位置之类的笑话。相反,这是一个很容易被忽视和忽略的问题,直到在调试、长期评估甚至现场时,它会给设计师带来令人沮丧的后果。
连接器的作用就是插拔(连接和断开)——显然,这是它的功能。但连接器对多少次这样的连接循环能够耐受,才能在出现高电阻或接触不良导致难以追踪的系统问题时性能下降?设计师可能不会过多考虑连接器的连接循环要求,这取决于产品、用户和应用——但应该考虑。
供应商会规定其连接器性能在定义的连接循环次数内,这是整体连接器设计、接触设计、材料、镀层以及在定义的电压和电流值下使用的函数。但在实际的用户应用中,很容易超过这个数值。
连接器:往往被理所当然地忽视
物理接触看似简单,实则不然,因为它必须在狭小空间内实现多种电气和机械考虑,同时满足性能、安全、防火等多项行业标准。顶级连接器的性能指标中,接触电阻和插拔力是关键。第一个数值应尽可能低并保持稳定,而第二个数值则取决于连接器的用途和应用。
对于非电力传输的信号接触设计,接触点几乎总是镀上几微米(µm)的金或更经济的锡,以降低电气电阻、最小化腐蚀,并增强接触面的耐磨性。这对一个物理尺寸小、接触面积更小的接触点来说要求很高。许多连接器设计成即使镀层因反复插拔循环而磨损,其性能仍能保持足够,因为其基材会逐渐暴露。
一个连接器需要多少次连接循环?显然,答案取决于应用。在某些情况下,它可能只有个位数,但也可以达到数百甚至数千次;想想你手机上的充电连接器。同一个连接器在不同情况下使用,其连接循环次数可能差异巨大。
实例展示连接多样性
观察一些连接器可以发现它们的连接循环范围和接触电阻差异很大;这也表明你不能仅凭外观或假设来判断:
图1中的JAE Electronics SM3ZS067U410AMR1000 是一款高可靠性 67 位女卡边连接器,兼容 PCI-SIG M.2 规范,接触间距为 0.020 英寸/0.50 毫米(mm)。其额定接合循环次数为 60 次,最大接触电阻为 55 毫欧(mΩ)。

图 1. 这个卡边连接器具有 0.50 毫米间距的接触点,符合 PCI-SIG M.2 规范,并规定为 60 次连接循环。(图片:JAE-日本航空电子工业有限公司)
相比之下,图 2 中所示的三菱电机株式会社 UX60A-MB-5ST 是一款表面贴装直角型迷你-B USB 2.0 插座连接器(5 位),额定接合循环次数为 5000 次,电阻为 70 mΩ。

图 2。这款面向消费者的三菱电机 USB 插座连接器在保持最大 70 毫欧接触电阻的同时,额定接合循环次数为 5000 次。(图片:HIROSE Electric Go., LTD)
图 3 中的扁平带状电缆连接器(也称为绝缘位移连接器或 IDC),属于 Würth Elektronik 490107671012“SKEDD”系列,通常用于产品外壳内部,不需要像面向用户的连接器那样多的接合循环次数。

图 3. Würth Elektronik 的这种直接插入 PC 板的绝缘位移连接器有两种配合电路板钻孔图案:一种用于原型,一种用于最终产品。(图片:Würth Elektronik)
这个 10 位连接器独特之处在于它可以直接插入 PC 板的铰接孔中,而不是使用互补配合部件,并且在使用供应商指定的生产运行板孔图案、直径和镀层时,其额定值为 20 mΩ的 10 个循环。Würth 还定义了一套略有不同、更坚固的数字标准用于原型设计,将这一评级提升至 25 个循环。
最后,图 4 中所示的 Harting 09332062648 是一款六针接地位置连接器,适用于线径从 0.14 至 2.5 mm²(AWG 26 至 AWG 14)的电线,可承受高达 500 V、16 A 的电流。它适用于频繁的连接/断开循环,需要极低的电阻以在较高电流下最小化 IR 压降,因此其额定寿命超过 10,000 次循环,最大接触电阻仅为 3 mΩ。

图 4. 这是 HARTING 公司的一个电源连接器组件,其规格要求在至少 10,000 次连接循环内保持接触电阻低于 3 毫欧姆。(图片:HARTING 技术集团通过 Digi-Key 提供)
这一系列不同的连接器展示了供应商如何根据目标应用调整其连接器配对循环和最大电阻评级,而这些数字仅从其物理尺寸或外观上可能并不明显。
正确的策略可以最小化问题
在为物料清单指定连接器时,除了基本的连接器选择外,还需要注意一些连接循环问题:
研究数据表时,特别关注供应商如何以及在不同条件下指定连接循环次数,因为除了特殊情况外,没有行业标准。这是否相对于接触电阻的明确增加来定义?插入力?其他?
如果使用 PC 板边缘配合手指作为连接器对的一半,应与板制造商合作确定可用的额外或特殊镀层类型,因为标准的 1 或 2 盎司铜可能长期使用效果不佳。
如果可能的话,考虑使用更坚固的两件式连接器,而不是 PCB 边缘手指。
检查连接器供应商是否提供更厚的连接器接触镀层作为定制或标准选项,因为很多供应商都提供(同时考虑这对最终物料清单是否合理)。
认识到电源连接器的配对循环寿命需求通常与信号连接器差异很大;循环次数限制对微型的吉赫兹级连接器尤其具有挑战性。一般来说,特别是对于大众市场消费应用,很难确定多少配对循环次数是一个合理的目标。交流插头可能很少使用(厨房烤面包机),也可能每天使用(吹风机)。USB 连接器同样面临这一困境。
最后,如果应用程序支持热插拔,在插入和拔出循环中接触表面会出现新的点蚀和磨损问题。
当连接器在其定义的规格范围内使用时,它们是可靠的。然而,在调试和评估阶段,很容易忽略它们的限制,并超过其配接循环和其他参数的额定值。结果可能是令人沮丧的、间歇性的、无法解释的电路故障行为。
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