連接器，從廣義上說(shuō)，根據(jù)其傳輸?shù)男盘?hào)類(lèi)型如電、光、流體、機(jī)械力等，包括電連接器、光連接器、流體連接器、機(jī)械連接器等；從狹義上說(shuō)，在無(wú)特別限定的情況下，連接器通常指電連接器。

（圖1）

 

電連接可分為永久性、半永久性和可卸式連接三類(lèi)。永久性連接如熔焊、壓接；半永久性連接如釬焊，繞接；而電連接器則屬于可卸式連接。其核心功能是端接導(dǎo)體并與相應(yīng)配對(duì)元件進(jìn)行連接和分離，從而控制電路的通斷。它基于電接觸原理，借助機(jī)械力或電信號(hào)完成電路的通斷操作，并在五個(gè)互連層面實(shí)現(xiàn)可卸式電連接：元件至印制電路板（PCB）、PCB至PCB、底板至底板、組件至輸入/輸出（I/O）端口以及系統(tǒng)。

（圖2）

 

連接器的分類(lèi)方法較多，按外形結(jié)構(gòu)分為圓形連接器和矩形連接器。按連接方式分為螺紋連接(一般螺紋和三頭螺紋)、卡口連接和直插式連接的連接器。按安裝方式分為自由端連接器(插頭)和固定端連接器(插座)。其中，固定端連接器又可細(xì)分為螺母安裝連接器、法蘭安裝連接器和焊接安裝連接器；自由端連接器則包括一般插頭和屏蔽插頭。按使用特征分為通用連接器和特種連接器，特種連接器涵蓋濾波、高壓、分離脫落連接器等。

 

盡管分類(lèi)方法較多，但是這些電機(jī)用連接器都有共同之處。連接器的核心特性參數(shù)均由電氣性能指標(biāo)、機(jī)械性能指標(biāo)和環(huán)境性能指標(biāo)構(gòu)成。具體如下：

 

（一）電氣性能指標(biāo)

主要包括介質(zhì)耐電壓、接觸電阻、絕緣電阻等，這些指標(biāo)直接決定連接器在電路中的電氣傳輸穩(wěn)定性與安全性。

（二）機(jī)械性能指標(biāo)

主要包括嚙合力、分離力、機(jī)械壽命等，反映連接器在插拔、連接過(guò)程中的機(jī)械穩(wěn)定性和耐用性。

（三）環(huán)境性能指標(biāo)

主要包括沖擊（規(guī)定脈沖）、高頻振動(dòng)、溫度沖擊、鹽霧腐蝕等，體現(xiàn)連接器在不同環(huán)境條件下的適應(yīng)能力和可靠性。

（圖3）

 

近年來(lái)，隨著電子產(chǎn)品的發(fā)展，功能化連接器越來(lái)越多，在特定環(huán)境下選用高性能、小型化的連接器以滿(mǎn)足整機(jī)系統(tǒng)的需求。如機(jī)車(chē)電源伺服中選用大電流傳輸?shù)?/span>連接器，激光陀螺上選用傳輸高電壓的連接器。對(duì)目前微電機(jī)上使用的連接器大多以小體積、高性能為主，選擇合適的連接器能提供可靠的連接及滿(mǎn)足產(chǎn)品的可靠性、維修性、適應(yīng)性和經(jīng)濟(jì)性。無(wú)論是永久性的還是半永久性的，都必須根據(jù)其應(yīng)用準(zhǔn)則來(lái)選擇。以下準(zhǔn)則必須考慮：額定電流、工作電壓、外形結(jié)構(gòu)、安裝形式、安裝空間、芯數(shù)和環(huán)境參數(shù)等。

 

1 額定電壓和電流

額定電壓又稱(chēng)為工作電壓，主要取決于連接器使用的絕緣材料及接觸對(duì)之間的間距，其核心通過(guò)介質(zhì)耐壓指標(biāo)體現(xiàn)——介質(zhì)耐壓越高，連接器可承受的工作電壓越高。

（圖4）

 

連接器的耐壓要求需符合國(guó)際電工委員會(huì)標(biāo)準(zhǔn)IEC62368-1的安全規(guī)定，具體計(jì)算方式為：通過(guò)查表結(jié)合1.6倍安全系數(shù)，再進(jìn)行污染/海拔修正試驗(yàn)電壓：

 

第一步，按峰值工作電壓U_peak查表得基礎(chǔ)耐壓；按瞬態(tài)過(guò)電壓等級(jí)（OVC）查表得耐壓，再乘1.5倍安全系數(shù)。

第二步，用修正系數(shù)一次性調(diào)到位

污染等級(jí)PD：PD2=1.0，PD3=1.2，PD4=1.8

海拔修正：>2000m時(shí)，每升高1000m再乘約1.1

絕緣類(lèi)型：基本絕緣用表值，加強(qiáng)絕緣再乘1.5

 

額定電流又稱(chēng)工作電流，是指連接器在正常工作時(shí)可承受的電流值，低于該值時(shí)連接器可穩(wěn)定運(yùn)行。但在傳輸大電流時(shí)，需通過(guò)熱設(shè)計(jì)滿(mǎn)足額定電流要求——由于接觸對(duì)存在導(dǎo)體電阻和接觸電阻，電流流過(guò)時(shí)會(huì)產(chǎn)生熱量，若溫度過(guò)高，可能破壞絕緣材料或?qū)е陆佑|對(duì)表面鍍層軟化，引發(fā)故障。

 

接觸件額定電流可通過(guò)載流容量曲線(xiàn)計(jì)算確定。從熱設(shè)計(jì)角度，載流過(guò)大導(dǎo)致溫升過(guò)高會(huì)損壞產(chǎn)品，但也不可因過(guò)度放大安全系數(shù)而用大型連接器傳輸小電流，需在滿(mǎn)足電流容量的同時(shí)控制溫升不超過(guò)允許值。對(duì)于多芯連接器，額定電流必須降額使用以限制內(nèi)部溫升，例如3.5mm接觸對(duì)的單芯額定電流通常為50A，而5芯時(shí)需降額33%，每芯額定電流降至38A，且芯數(shù)越多，降額幅度越大。

 

 一般連接器技術(shù)規(guī)范中規(guī)定連接器能承受的額定電流、額定電壓及環(huán)境溫度范圍，其中上限溫度為連接器工作時(shí)內(nèi)部的最高熱點(diǎn)溫度。

 

2 安裝形式

無(wú)論圓形還是矩形連接器，安裝形式主要有面板安裝、盒式安裝，圓形連接器可采用螺帽式安裝，安裝形式的選擇由設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)和使用空間決定。對(duì)于微電機(jī)，因同芯數(shù)下矩形連接器的空間占比小于圓形連接器，故多采用矩形面板安裝。

 

3 產(chǎn)品接觸件結(jié)構(gòu)

所謂接觸件就是插針與插孔，為保證接觸的可靠性，常常會(huì)選用絞線(xiàn)插針，俗稱(chēng)麻花針。這是一種結(jié)構(gòu)獨(dú)特的高可靠接觸件，尺寸可做得很小但可靠性仍很高，很好地克服了小型化與高可靠性這一矛盾。

 

絞線(xiàn)插針由3根銅線(xiàn)作內(nèi)圈、7根彈性銅線(xiàn)作外圈，內(nèi)外圈反向絞合，兩端熔焊；插針中部凸起，凸起部分外切圓直徑大于插孔內(nèi)徑，工作時(shí)因受力產(chǎn)生壓縮變形和軸向旋轉(zhuǎn)伸長(zhǎng)，外圈7根銅線(xiàn)與插孔形成7線(xiàn)接觸。這種結(jié)構(gòu)構(gòu)成并聯(lián)系統(tǒng)，大幅提升接觸可靠性，與圓孔開(kāi)槽類(lèi)插孔相比，具有尺寸小、可靠性高、抗振動(dòng)、耐沖擊、接觸電阻小、插拔力小且柔和等特點(diǎn)，在強(qiáng)沖擊和振動(dòng)環(huán)境下仍能保持可靠接觸，使用壽命長(zhǎng)。

（圖5）

 

4 連接形式和使用環(huán)境

連接器的鎖緊形式取決于使用空間和使用頻率：空間狹小、使用頻繁時(shí)宜選用自動(dòng)鎖緊機(jī)構(gòu)；震動(dòng)場(chǎng)合或?qū)Ь€(xiàn)上有軸向載荷時(shí)，為防止意外分離，應(yīng)選用螺釘鎖緊機(jī)構(gòu)。帶鎖緊結(jié)構(gòu)的連接器需在分離前先打開(kāi)鎖緊機(jī)構(gòu)。

 

其次在選用連接器時(shí)，還要考慮其使用的環(huán)境性能。

連接器的環(huán)境性能要求是由連接器預(yù)定使用的場(chǎng)合來(lái)確定的，為了預(yù)先了解連接器的耐環(huán)境性:確定連接器在各種環(huán)境下工作的最低性能要求，保證連接器能正常工作，規(guī)定了許多環(huán)境試驗(yàn)方法，其中有些是盡可能模擬連接器的嚴(yán)苛使用環(huán)境，有些是人為地進(jìn)行一種加速試驗(yàn)，以獲得有意義的比較數(shù)據(jù)。常見(jiàn)的環(huán)境性能包括耐溫、耐潮濕、耐鹽霧、耐振動(dòng)和沖擊等等。

 

4.1 濕度：相對(duì)濕度大于80%是電擊穿的主要誘因，潮濕環(huán)境會(huì)導(dǎo)致水蒸氣在絕緣材料表面吸收擴(kuò)散，使絕緣電阻降至MΩ及以下，長(zhǎng)期高濕還可能引發(fā)物理變形、分解等問(wèn)題。設(shè)備外部連接器需考慮潮濕、水滲和污染環(huán)境，應(yīng)選用密封連接器（分氣密型和水密型），水密、塵密連接器的防護(hù)等級(jí)通常按GB4208的外殼防護(hù)等級(jí)表示。

 

4.2 溫度：普通電機(jī)用連接器（如電子谷M12連接器）的工作溫度范圍通常為-40℃~125℃（采用PBT或PA66材料），特種高溫場(chǎng)景（如高溫電機(jī)）可選用陶瓷絕緣連接器，最高工作溫度達(dá)200℃。且工作溫度≠環(huán)境溫度，而是環(huán)境溫度與接點(diǎn)溫升之和（即電流負(fù)載和環(huán)境溫度綜合形成的最高內(nèi)部熱點(diǎn)溫度）。長(zhǎng)期極限高溫會(huì)導(dǎo)致絕緣體老化、金屬?gòu)椥约?yīng)力松弛；低溫會(huì)使橡膠件變硬、彈性降低；溫度劇烈變化可能因熱脹冷縮應(yīng)力導(dǎo)致裂紋或鍍層分離。選型時(shí)需結(jié)合使用環(huán)境溫度和工作功率，確認(rèn)連接器規(guī)定的工作溫度是否滿(mǎn)足需求。

 

4.3 耐鹽霧：在含潮氣和鹽分的環(huán)境（如海洋氣候）中，連接器的金屬結(jié)構(gòu)件、接觸件表面鍍層可能產(chǎn)生電化腐蝕，影響物理和電氣性能。鹽霧試驗(yàn)可評(píng)價(jià)其耐受能力，殼體基體材料（復(fù)合材料、鋁合金、銅合金、不銹鋼等）需經(jīng)表面處理以滿(mǎn)足不同鹽霧等級(jí)要求。為滿(mǎn)足鹽霧要求，連接器殼體推薦采用鋁合金+鋅鎳合金鍍層（鹽霧測(cè)試≥1000h）或不銹鋼材質(zhì)（鹽霧測(cè)試≥5000h）。

 

4.4 霉菌：霉菌會(huì)侵蝕材料中的有機(jī)成分，導(dǎo)致絕緣體結(jié)構(gòu)破壞、強(qiáng)度降低等問(wèn)題。連接器設(shè)計(jì)中需選用霉菌指標(biāo)達(dá)標(biāo)的非金屬材料，并通過(guò)與實(shí)際工作條件相似的試驗(yàn)（參照國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)）評(píng)價(jià)抗霉菌能力，確保在多霉菌環(huán)境中安全可靠使用。一般連接器霉菌等級(jí)需符合GJB150.10B-2021，非金屬材料應(yīng)選用防霉等級(jí)0級(jí)-無(wú)霉菌生長(zhǎng)；或1級(jí)-輕微生長(zhǎng)且不影響性能的材料。

（圖6）

 

其實(shí)，連接器的可靠性是由固有可靠性和使用可靠性共同決定，固有可靠性取決于產(chǎn)品設(shè)計(jì)、工藝、制造、管理及原材料性能等；在固有可靠性達(dá)標(biāo)的基礎(chǔ)上，正確選型對(duì)最大限度發(fā)揮連接器及設(shè)備性能具有重要意義。上述結(jié)論是基于電子谷科技專(zhuān)業(yè)團(tuán)隊(duì)對(duì)電機(jī)用連接器的選型經(jīng)驗(yàn)，從連接器的額定工作電流、額定工作電壓、安裝形式、接觸件結(jié)構(gòu)、連接形式和使用環(huán)境等方面，梳理了電機(jī)用連接器的一般選型要求，為客戶(hù)在實(shí)際應(yīng)用中進(jìn)行連接器選型提供參考。