作者：Art Pini

投稿人：DigiKey 北美編輯

隨著電源電壓不斷下降和負(fù)載電流成比例地增大，為了提高效率和進(jìn)行熱管理，就必須最大限度地降低電阻性功率損耗和電壓降。在電動(dòng)汽車 (EV)、航空航天以及工業(yè)電子器件等電源應(yīng)用中，電路還會(huì)受到?jīng)_擊、振動(dòng)和極端溫度的影響。

設(shè)計(jì)人員必須了解這些要求，以確保選擇并正確應(yīng)用機(jī)械結(jié)構(gòu)堅(jiān)固耐用、保持電氣完整性、工作溫度范圍更寬的電源連接器。

本文將討論如何為最苛刻的環(huán)境和應(yīng)用選擇和使用電源連接器。然后以 [Harwin] 的電源連接器為例，說明了如何使用這些連接器在保證機(jī)械可靠性的同時(shí)，以低損耗實(shí)現(xiàn)出色的電源完整性。

大功率互連的考量事項(xiàng)

將大電流和高電壓連接到印刷電路板需要非常小心。連接不良會(huì)導(dǎo)致功率損耗和意外的電氣故障。如果互連還受到極端溫度、沖擊或振動(dòng)的影響，問題可能會(huì)成倍增加。如果電源連接器的額定電流不足，則可能迫使設(shè)計(jì)人員使用多個(gè)觸頭來獲得所需的電流水平，從而導(dǎo)致連接器觸頭增多、體積增大，需要占用更大的印刷電路板空間。多條電流路徑也會(huì)提高插入不當(dāng)?shù)膸茁剩瑢?dǎo)致單個(gè)觸頭出現(xiàn)過電流。解決這些問題的方法是使用單觸頭額定電流正確的電源連接器。

試試看 Harwin [Kona]系列連接器（圖 1）。這些連接器額定可承受每個(gè)觸頭 60 A 的電流、高達(dá) 3000 VAC 的最大電壓（1 分鐘）以及 1500 VAC 或 1500 VDC~ ~的峰值工作電壓，在極端溫度、沖擊和振動(dòng)環(huán)境中亦是如此。

圖 1：Kona 系列電源連接器可處理 1500 VAC 下每個(gè)觸頭高達(dá) 60 A 的電流，并提供針座、面板安裝和電纜安裝型號(hào)。（圖片來源：Harwin Inc.）

Kona 連接器提供雙觸頭、三觸頭或四觸頭單排外殼。配置包括一款印刷電路板針座、一款面板安裝座、一款公母電纜安裝座，具有多種鎖定方式，可用于電纜對(duì)電路板和電纜對(duì)電纜配接。

這些連接器采用的觸頭間距為 8.5 mm。這種間距與用分極帶鍵槽結(jié)構(gòu)包裹的獨(dú)立嵌入式觸頭結(jié)合在一起，確保了連接器的高額定電壓和電流。這種設(shè)計(jì)還有助于防止因配接不良和隨機(jī)物理撞擊造成的意外損壞。

該系列連接器具有高額定電流和高可靠性的秘訣在于六指公觸頭（圖 2）。

圖 2：六指公觸頭對(duì)母觸頭內(nèi)壁施加正法向彈力，確保即使在沖擊和振動(dòng)下也能保持良好的連接。（圖片來源：Harwin Inc.，修改版）

Kona 系列觸頭由鈹銅制成，最大工作溫度范圍為 -65°C 至 150°C，其表面鍍有耐用的硬酸金，可在長(zhǎng)期暴露于惡劣環(huán)境中時(shí)提供保護(hù)。觸頭的額定配接操作次數(shù)為 250 次，配接對(duì)的接觸電阻為 2 mΩ 或更小。在 60 A 的最大額定電流下，觸頭對(duì)上的壓降僅為 0.12 V。

電路板安裝用針座

Harwin Kona [KA1-MV10405M1]是用于印刷電路板安裝的一個(gè)四觸頭垂直針座示例（圖 3）。

圖 3：Kona KA1-MV10405M1 針座有四個(gè)觸頭。圖中顯示了觸頭 1 上清晰可見的識(shí)別標(biāo)記以及安裝螺柱。（圖片來源：Harwin Inc.）

針座主體由玻璃填充高溫?zé)崴苄运芰现瞥桑ㄋ膫€(gè)嵌入式六指公觸頭，這些觸頭具有 4.5 mm 的印刷電路板焊尾。清晰可見的壓印標(biāo)記提供了針座方向和觸頭 1 的標(biāo)識(shí)信息。內(nèi)螺紋鎖和板安裝螺柱為插孔連接器提供配接鎖定，也可使用 [KA1-4240000] 開槽板安裝螺母將其以機(jī)械方式安裝到印刷電路板上。針座有直角、水平安裝觸頭以及其他鎖定方式可供選擇。采用先合后鎖的方式，以防止在鎖定過程中出現(xiàn)損壞。

電纜和面板安裝用插座

Kona [KA1-2010498F1]（圖 4，左）是一種四觸頭電纜安裝式插座外殼，采用獨(dú)立觸頭，例如 Harwin Kona [KA1-0400005]（圖 4，右）。該外殼可與上述 KA1-MV10405M1 四觸頭針座配接。

圖 4：帶護(hù)罩延伸部的 KA1-2010498F1 四觸頭插座外殼（左）及與外殼配合使用的母焊接觸頭（右）。（圖片來源：Harwin Inc.）

母電纜安裝式外殼包括帶分極鍵的護(hù)罩延伸部，該部件可防止與母插座觸頭意外連接，并為配接觸頭提供電氣隔離。Kona KA1-0400005 連接器插座觸頭采用焊接方式與電纜連接。觸頭設(shè)計(jì)用于 #8 AWG 設(shè)備電線。建議使用最大直徑為 7.5 mm 的硅橡膠絕緣材料。

該標(biāo)準(zhǔn)性別連接器配有浮動(dòng)指旋螺釘，螺釘上有內(nèi)六角孔，可使用扭矩螺絲刀緊固。反向固定件的鎖定方向翻轉(zhuǎn)，具有 5.2 mm 長(zhǎng)的面板安裝螺柱，可通過前面板安裝方式裝到外殼上。鎖定件材質(zhì)為耐腐蝕不銹鋼。

電纜和面板安裝用插頭

Kona [KA1-3010498M5]（圖 5，左）是 KA1-2010498F1 外殼的公電纜安裝款，使用 [KA1-1410005]插針觸頭（圖 5，右）。

圖 5：四觸頭 KA1-3010498M5 公外殼（左）及與外殼配合使用的焊接款六指公觸頭（右）。（圖片來源：Harwin Inc.）

公外殼或插頭外殼采用焊接款六指公觸頭，該款型是設(shè)計(jì)用于與母款相同的 #8 AWG 電線。該款連接器采用反向固定鎖定指旋螺釘，與帶面板安裝用反向固定件的母連接器配接。另外，還提供標(biāo)準(zhǔn)鎖定件款型。

體積小、重量輕

考慮到其 60 A 的額定電流和 3000 V 的額定電壓，這些連接器的物理尺寸相對(duì)較小（圖 6）。

圖 6：Kona 插座外殼的尺寸圖顯示其尺寸較小。（圖片來源：Harwin Inc.）

四觸頭連接器的長(zhǎng)度 (A) 為 50 mm，寬度為 12.5 mm，高度為 18 mm。與插頭式針座配接的插座電纜外殼的高度為 21.7 mm（從印刷電路板算起）。配接對(duì)重約 25 g。

測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)

所有 Kona 連接器設(shè)計(jì)均已通過 EIA-364 標(biāo)準(zhǔn)相關(guān)部分的測(cè)試。電氣測(cè)試包括接觸電阻、功率、耐壓性能和絕緣電阻測(cè)試。機(jī)械測(cè)試包括沖擊和振動(dòng)、插拔力、熱沖擊、濕度和鹽霧測(cè)試。抗振性能規(guī)格為 20 g 峰值持續(xù) 12 小時(shí)無接觸故障。類似地，沖擊性能規(guī)格為 100 g 峰值持續(xù) 6 毫秒無接觸故障。

Kona 連接器具有耐沖擊和振動(dòng)的特性，因此適用于電動(dòng)汽車的電源連接。此外，Kona 連接器還符合 NASA 和 ESA 的脫氣要求，是太空、航空電子和無人機(jī) (UAV) 應(yīng)用的理想之選。

干擾屏蔽

在對(duì)電磁干擾 (EMI) 和射頻干擾 (RFI) 有限制的應(yīng)用中，Kona 連接器為電纜和針座連接器提供了一系列輕質(zhì)鋁制后殼（圖 7）。

圖 7：對(duì)于 EMI/RFI 保護(hù)，提供鋁制后殼，該后殼具有連接到扎帶的柔性編織層。（圖片來源：Harwin Inc.）

后殼的設(shè)計(jì)可容納耐磨柔性金屬編織層，并且還配有可將編織層固定在后殼上的扎帶。后殼和編織層的組合可提供屏蔽，從而實(shí)現(xiàn)有效的 EMI/RFI 保護(hù)。此外，后殼還能為電纜提供額外的應(yīng)力消除作用。

裝配工具

Kona 連接器需要的工具很少。電纜觸頭為焊接式，因此插接時(shí)只需將其推入即可，無需使用工具。需要拆卸或更換觸頭時(shí)，也提供拆卸工具。還可使用螺絲刀擰緊或擰松安裝螺柱上的開槽螺母。

總結(jié)

Kona 8.5 mm 間距高可靠性連接器系列可在最苛刻的環(huán)境中保持電源完整性。這些連接器提供了快速簡(jiǎn)便的配接過程，不需要額外的工具。它們非常適合航空電子設(shè)備、無人機(jī)、衛(wèi)星、電動(dòng)汽車，以及其他在極端環(huán)境中工作的大功率系統(tǒng)等應(yīng)用。