电连接器

电连接器除了要满足一般的性能要求外,特别重要的要求是电连接器必须达到接触良好,工作可靠,维护方便,其工作可靠与否直接影响飞机电路的正常工作,涉及整个主机的安危。

为此,主机电路对电连接器的质量和可靠性有非常严格的要求,也正因为电连接器的高质量和高可靠性,使它也广泛应用于航空、航天、国防等军用系统中。电连接器常用的分类方法包括外形、结构、用途等。

电连接器由固定端电连接器,即阴接触件(简称插座),与自由端电连接器,即阳接触件(简称插头)组成。插座通过其方(圆)盘固定在用电部件上(个别还采用焊接方式),插头一般接电缆,通过连接螺帽实现插头、插座连接。

电连接器由壳体、绝缘体、接触体三大基本单元组成。

壳体

电连接器壳体是指插头插座的外壳、连接螺帽、尾部附件。外壳作用是保护绝缘体和接触体(插针插孔的通称)等电连接器内部零件不被损伤。上面的定位键槽保证插头与插座定位。连接螺帽用于插头座连接和分离。尾部附件用于保护导线与接触体端接处不受损伤并用于固定电缆。壳体还具有一定电磁屏蔽作用。

壳体一般采用铝合金加工(机加、冷挤压、压铸)而成。钢壳体多用于玻璃封焊和耐高温电连接器。

绝缘体

由装插针绝缘体、装插孔绝缘体。界面封严体、封线体等组成。用以保持插针插孔在设定位置上,并使各个接触体之间及各接触体与壳体之间相互电气绝缘。通过绝缘体加界面封严体封线体取得封严措施,来提高电连接器的耐环境性能。

为适应产品的耐高温,低温,阻燃,保证零件几何尺寸稳定可靠。绝缘体大都采用热固塑料模塑成形。界面封严体、封线体采用硅橡胶模压等成形。

接触体

接触体包括阳接触件与阴接触件,有时也称插针插孔,连接方式分为焊接式、压接式、压入式和绕接式等,用以实现电路连接。

插针插孔是电连接器关键元件,它直接影响着电连接器的可靠性。插针插孔大多采用导电性能良好的弹性铜合金材料机加而成,表面采用镀银镀金达到接触电阻小及防腐蚀的目的。插孔一般有劈槽式插孔、线簧插孔、冠簧插孔与冲制插孔等。

结构特点是:耐环境,卡口式(快速)连接,多键位(防错插),接触体与导线压接连接,(单根取送便于故障处理)。外壳加屏蔽环保证360°电磁干扰屏蔽能力。

按外形

圆形电连接器、矩形电连接器。

圆形电连接器由于自身结构的特点在军事装备上(航空、航天)用量最大。矩形电连接器由于其结构简单更多的是用于电子设备的印制线路板上。

按结构

按连接方式:螺纹连接、卡口(快速)连接、卡锁连接、推拉式连接、直插式连接等;

按接触体端接形式:压接,焊接,绕接;螺钉(帽)固定;

按环境保护分:耐环境电连接器和普通电连接器。

按用途

射频电连接器

密封电连接器(玻璃封焊)

高温电连接器

自动脱落分离电连接器

滤波电连接器

复合材料电连接器

机场电源电连接器

印制线路板用电连接器等。

连接器是连接电气线路的机电元件。因此连接器自身的电气参数是选择连接器首先要考虑的问题。

额定电压

额定电压又称工作电压,它主要取决于连机器所使用的绝缘材料,接触对之间的间距大小。某些元件或装置在低于其额定电压时,可能不能完成其应有的功能。连接器的额定电压事实上应理解为生产厂推荐的最高工作电压。原则上说,连接器在低于额定电压下都能正常工作。笔者倾向于根据连接器的耐压(抗电强度)指标,按照使用环境,安全等级要求来合理选用额定电压。也就是说,相同的耐压指标,根据不同的使用环境和安全要求,可使用到不同的最高工作电压。这也比较符合客观使用情况。

额定电流

又称工作电流。同额定电压一样,在低于额定电流情况下,连接器一般都能正常工作。在连接器的设计过程中,是通过对连接器的热设计来满足额定电流要求的,因为在接触对有电流流过时,由于存在导体电阻和接触电阻,接触对将会发热。当其发热超过一定极限时,将破坏连接器的绝缘和形成接触对表面镀层的软化,造成故障。因此,要限制额定电流,事实上要限制连接器内部的温升不超过设计的规定值。在选择时要注意的问题是:对多芯连接器而言,额定电流必须降额使用。这在大电流的场合更应引起重视,例如φ3.5mm接触对,一般规定其额定电流为50A,但在5芯时要降额33%使用,也就是每芯的额定电流只有 38A,芯数越多,降额幅度越大。

接触电阻

接触电阻是指两个接触导体在接触部分产生的电阻。在选用时要注意到两个问题,第一,连接器的接触电阻指标事实上是接触对电阻,它包括接触电阻和接触对导体电阻。通常导体电阻较小,因此接触对电阻在很多技术规范中被称为接触电阻。第二,在连接小信号的电路中,要注意给出的接触电阻指标是在什么条件下测试的,因为接触表面会附则氧化层,油污或其他污染物,两接触件表面会产生膜层电阻。在膜层厚度增加时,电阻迅速增大,是膜层成为不良导体。但是,膜层在高接触压力下会发生机械击穿,或在高电压,大电流下会发生电击穿。对某些小体积的连接器设计的接触压力相当小,使用场合仅为mA 和mV级,膜层电阻不易被击穿,可能影响电信号的传输。在GB5095《电在设备用机电元件基本试验规程及测量方法》中的接触电阻测试方法之一“接触电阻 ——毫伏法“规定,为了防止接触件上绝缘薄膜被击穿,测试回路的开路电动势的直流或交流峰值不大于20mV,直流或交流试验电流不大于100mA。

屏蔽性

在现代电气电子设备中,元器件的密度以及它们之间相关功能的日益增加,对电磁干扰提出了严格的限制。所以连接器往往用金属壳体封闭起来,以阻止内部电磁能辐射或受到外界电磁场的干扰。在低频时,只有磁性材料才能对磁场起明显屏蔽作用。此时,对金属外壳的电连续性有一定的规定,也就是外壳接触电阻。

绝缘电阻

绝缘电阻是指在连接器的绝缘部分施加电压,从而使绝缘部分的表面内或表面上产生漏电流而呈现出的电阻值。它主要受绝缘材料,温度,湿度,污损等因素的影响。连接器样本上提供的绝缘电阻值一般都是在标准大气条件下的指标值,在某些环境条件下,绝缘电阻值会有不用程度的下降。另外要注意绝缘电阻的试验电压值。根据绝缘电阻(MΩ)=加在绝缘体上的电压(V)/泄漏电流(μA)施加不同的电压,就有不用的结果。在连接器的试验中,施加的电压一般有10V, 100V,500V三档。

额定电压

耐压就是接触对的相互绝缘部分之间或绝缘部分与接地之间,在规定时间内所能承受的比额定电压更高而不产生击穿现象的临界电压。它主要受接触对间距和爬电距离和几何形状,绝缘体材料以及环境温度和湿度,大气压力的影响。

机械寿命

1)连接器的机械寿命是指插拔寿命,通常规定为500～1000次。在达到此规定的机械寿命时,连接器的接触电阻,绝缘电阻和耐压等指标不应超过规定的值。严格的说, 机械寿命应该与时间有一定的关系,10年用完500次与1年用完500次,显然其情况是不一样的。

接触对数目和针孔性

首选可根据电路的需要来选择接触对的数目,同时要考虑连接器的体积和总分离力的大小。接触对数目多,当然其体积就大,总分离力相对也大。在某些可靠性要求高、而体积又允许的情况下,可采用两对接触对并联的方法来提高连接的可靠性。

连接器的插头、插座中,插针(阳接触件)和插孔(阴接触件)一般都能互换装配。实际使用时,可根据插头和插座两端的带电情况来选择。如插座需常带电,可选择装插孔的插座,因为装插孔的插座,其带电接触件埋在绝缘体中,人体不易触摸到带电接触件,相对来说比较安全。

振动、冲击、碰撞

2)主要考虑连接器在规定频率和加速度条件下振动、冲击、碰撞时的接触对的电连续性。接触对在此动态应力情况下会发生瞬时断路的现象。规定的瞬断时间一般有1μs、10μs、100μs、1ms和10ms。要注意的是如何判断接触对发生瞬断故障。当前认为,当闭合接触对(触点)两端电压降超过电源电动势的50%时,可判定闭合接触对(触点)发生故障。也就是说判断是否发生瞬断有两个条件:持续时间和电压降,两者缺一不可。

连接方式

3)连接器一般由插头和插座组成,其中插头也称自由端连接器,插座也称固定连接器。通过插头、插座和插合和分离来实现电路的连接和断开,因此就产生了插头和插座的各种连接方式。对圆形连接器来说,主要有螺纹式连接,卡口式连接和弹子式连接三种方式。其中螺纹式连接最常见,它具有加工工艺简单、制造成本低、适用范围广等优点,但连接速度较慢不适宜于需频繁插拔和快速接连的场合。

卡口式连接由于其三条卡口槽的导程较长,因此连接的速度较快,但它制造较复杂,成本也就较高。弹子式连接是三种连接方式中连接速度最快的一种,它不需进行旋转运动,只需进行直线运动就能实现连接、分离和锁紧的功能。由于它属于直推拉式连接方式,所以仅适用于总分离力不大的连接器。一般在小型连接器中较常见。

美国的电连接器标准目前有3000多个,20%为总规范,其他基本上为详细规范,国内目前关于电连接器的军用总规范已有29个,基本按美军标翻译过来的,一般有等同、等效之分。国际电工委员会的IEC、德国的DIN等也有很多电连接器标准。

产品标准:

GJB680 射频同轴转接器(MIL-C-39012)

GJB681 射频同轴连接器

GJB1308 滤波连接器

GJB1784 连接器附件

GJB1717 通用印制板连接器总规范

GJB1920 耐环境小型同轴连接器总规范

GJB2905 推/拉式圆形连接器总规范

GJB3159 机柜面板用矩形连接器总规范

GJB3593 螺纹连接圆形连接器总规范

GJB142A 外壳定位小型矩形连接器总规范(MIL-C-24308)

GJB177A 压接接触件矩形连接器总规范(MIL-C-81659)

GJB2446 外壳定位微型连接器总规范(MIL-C-83513)

GIB1438 印制板连接器总规范(MIL-C-55302)

GJB598 卡口连接圆形连接器总规范(MIL-C-26482)

GJB599A 耐环境圆形连接器总规范(MIL-C-38999)

GJB600A 耐环境螺纹连接圆形连接器总规范(MIL-C-5015)

GB/T15889 SSMA射频同轴连接总规范

GB/T15890 SSMB射频同轴连接总规范

GB/T16531 射频电缆组件分规范

GJB1659 光纤光缆接头总规范

GJB3234 耐环境复合材料外壳高密度小圆形电连接器及附件总规范

GJB1212三同轴连接器总规范

GJB3780模块化连接器总规范

MIL-C-3767 电源连接器总规范

MIL-C-12520 防水连接器总规范

MIL-C-28748 机柜连接器总规范

MIL-C-28754 模块连接器总规范

MIL-C-83723 圆形连接器总规范

MIL-DTL-32139 纳小型连接器总规范(2003年)

IEC60603 印制电路连接器总规范(3MHz)

IEC61076 印制电路连接器总规范

相关标准:

GJB1216 电连接器接触件总规范(MIL-C-39029)

QJ450A 镀层厚度系列选择

GJB441 机载电子设备机箱、面板尺寸

GJB1144 战术电台接插件选用要求

GJB1300 DJB-823

QJ603 电缆制作技术条件

QJ254 电连接器型号命名方法

MIL-I-81969 嵌卸工具总规范

GJB1611 GJB599的绝缘安装板接触件孔位排列

GJB1748 电连接器附件总规范

GJB2292 电连接器附件配合尺寸和要求

GJB2293 电连接器接触件配合尺寸和要求

测试标准:

GJB150 军用设备环境试验方法

GJB360A 电子及电气元件试验方法

GJB1217电连接器试验方法(MIL-STD-1344)

GJB179 计数抽样

1、高频高速的连接器技术

在很多的5G通讯应用里面,连接器承载着光信号和电信号的转化重任,随着5G万物互联时代的来临,5G的高数据和高传输要求注定需要连接器的性能升级,而高频高速特性成为了新的要求。

2、无线传输的连接器技术

在物联网时代,无线技术也将无处不在,连接器除了像以前一样实现接触式的连接方式,未来在很多场合如工业、汽车等保证无线传输的连接也是一个保障,毕竟双重的保护才是安全的。

3、更小更便捷的连接器技术

以前的连接器用于众多接点,它们填充在很多的扩充卡槽中,当然在5G时代,可能一个光纤设备里拥有几十个连接器,它要求更小的连接器实现更高性能的连接。

4、精确度更高、成本更低的连接器技术

由于汽车对安全性是要求非常高的,汽车连接器本来就是一块非常大的市场,随着电动汽车的发展,连接器在精度和成本上将要求更高,它们会比以前的连接器更普及。

5、更加智能的连接器技术

随着AI时代的到来,连接器可能不只是实现简单的传输功能,未来在开关电源里面,除了保证电信号的数据,连接器或能进行简单的智能判断和保护,输出正确数据同时避免电源的损坏,当然这需要IC技术的支撑。

6、连接器的自动化生产技术

在传统的连接器设计生产里面,人工占主要的部分,而随着工业自动化的发展,尤其是连接器的精密加工、磨具和CAD方面,这些先进的机器将成为产业的主力军。

电连接器除了要满足一般的性能要求外,特别重要的要求是电连接器必须达到接触良好,工作可靠,维护方便,其工作可靠与否直接影响飞机电路的正常工作,涉及整个主机的安危。

为此,主机电路对电连接器的质量和可靠性有非常严格的要求,也正因为电连接器的高质量和高可靠性,使它也广泛应用于航空、航天、国防等军用系统中。电连接器常用的分类方法包括外形、结构、用途等。