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怎样做出好的连接器设计?

优质连接器设计(尤其是旨在减少电磁干扰的连接器)的构成要素是什么?
很少有组件像连接器一样经受极端条件的考验。从商用飞机、军用车辆到医用呼吸机,连接器都需要能够承受极端条件的变化。
连接器必须能够可靠地运行,无论是快速的温度波动和湿度变化,还是持续的振动、冲击和信号干扰,以确保用户能够完成工作。
连接器专家PEI-Genesis公司客户应用工程师Ammarlokhandwalla解释说:行业标准D38999是一种军用规格的连接器,最初是在20世纪70年代设计的,现在是第三代设计。
据他说,像其他类似的连接器一样,它由一些基本部件组成:硬壳,用于放置带脚或触点的孔氯丁橡胶嵌件,有时在壳体上添加背板,以提供额外的屏蔽和耐久性。
在选择连接器时,工程师需要根据其应用程序考虑各种特性。主要考虑因素之一是电气端子和外壳的材料选择。例如,虽然铜提供了更好的导电性和导热性,但铝更便宜,更容易成型和涂层。
Lokhandwalla解释说:虽然铜可能是高压工业应用(散热和导电至关重要)的常用材料,但铝可能更适合航空航天和军事应用(重量和耐腐蚀性更重要)。
进入保护是另一个需要考虑的因素。工业食品饮料生产领域的连接器必须密封,使设备和机械能够满足轮班冲洗时的防水要求。
Lokhandwalla说:这种保护可以应用于海洋应用,如石油和天然气领域,可能需要很长时间才能完全浸入水中。在这些应用中,可能需要选择聚碳酸酯连接器,并使用合适的O形圈和索环提供防潮密封。
虽然铝是许多建筑、铁路、工业和军事连接器材料的首选,但铝仍可能需要电镀以提高其耐腐蚀性,提供进一步的电磁屏蔽,以满足迷彩和颜色的需要。
Lokhandwalla解释说:一些军事应用使用橄榄棕色,这是一种历史上使用过的有毒镉涂层。但近年来,它被符合RoHS和REACH法规的黑锌镍电镀所取代。如果设计正确,这种黑色涂层可以提供与镉涂层相同的性能,并能承受500多小时的盐雾喷射。
根据Lokhandwalla的说法,并不是所有的连接器触点都能端接焊料。在某些极端条件下,应用程序的工作温度可能超过焊料的熔点,导致连接失败。对于有风险的应用,工程师可能更愿意指定压接连接器。
Lokhandwalla指出,在压接过程中,通过机械地将触点挤压在一起,可以保证它们在任何温度下保持接触,从而将其连接到导线上。压接不同于焊接连接方式。后者通过线眼或钩子将电线送入焊接,压接涉及材料变形。端子需要用特殊的压接工具锁定在一起。
电磁干扰
PEIGenesis产品经理JakubKosinski表示,电子设备对电磁干扰(EMI)敏感,连接器也不例外。在几乎所有的应用中,工程师都非常关注EMI,尤其是在关键任务军事通信、电子航空电子设备和医疗应用等信号完整性非常重要的情况下。在这种情况下,EMI可能会导致错误的传输命令、控制调整和医疗数据,并可能导致致命的后果。
根据Kosinski的说法,解决EMI电阻最重要的方面是外壳,包括形状。外壳材料是抵抗EMI的第一道防线。导电金属外壳是一个理想的选择,因为任何引入或引入的电磁波都会感应到外壳中的电流,从而使能量从波中流失。因此,与其他非导电外壳(包括塑料外壳)相比,它们起到绝缘屏蔽的作用。非导电外壳不能阻挡EMI,可以使干扰不受阻碍地通过。
壳体材料非常重要,即使是最微妙的变化也会带来很大的差异。传统的耐电磁干扰外壳镀镉以减少腐蚀。这种薄涂层还可以提高材料对EMI的不透明度。
不幸的是,镉对肾脏、骨骼和呼吸系统有毒。但Kosinski说:最近,越来越多的外壳镀锌镍符合有害物质限制的要求——锌镍具有类似的EMI屏蔽和耐腐蚀性,但不使用镉,因此不会对健康产生负面影响。
第二道防线是连接器外壳的形状。
Kosinski解释说:比如想象一个矩形外壳,它锋利的边缘会成为EMI泄漏到连接器和连接器的弱点,平坦的表面会形成即兴波导,EMI会被捕获并干扰自己,从而产生更多的电磁噪音。
因此,他认为,使用光滑的镀锌镍合金不锈钢外壳可以严格限制连接器发出或吸收的EMI能量。专门设计了AmphenolM85049、Polamco35系列、SunbankM85049等后壳,可与电缆编织层连接360°,为电线本身提供最佳的EMI保护。
这样,EMI就不会从连接中泄露,但是如果EMI是由布线本身产生或已经存在的呢?
这可以从两个角度解决,Kosinski建议,首先是使用编织同轴电缆。与导电连接器外壳一样,同轴电缆具有导电护套,可以保护信号线免受EMI的侵害。为了获得最佳保护,同轴电缆护套应接地到连接器的后壳,以允许EMI感应电流逸出。
Kosinski接着说:第二种方法是在连接器中添加滤波器组件。这些组件可以通过功率和信号频率进行调整,但EMI频率可以消除。使用过滤器非常方便,因为它可以很容易地应用于通常嘈杂的网络,而且几乎不需要重新设计设备或重新设计。
应尽早设计
Lokhandwalla指出:我认为在产品设计过程中考虑连接器设计是制造商犯的最大错误之一的最大错误之一。这通常会导致重新设计,从而延迟产品的上市时间。
他认为,重要的是,连接器可能受到物理设计的限制,比如最小线规或触点数量,所以在这个过程中尽快与连接器供应商协商是非常重要的。在PEI-Genesis中,我们可以为客户提供连接器的3D线模型,客户可以将其放入设计中查看是否合适。
如果没有,Lokhandwalla说:我们的工程团队可以帮助改进或重新设计现有的设计,或者完全提出其他符合规格的连接器。这包括更改螺纹、卡口和摩擦附件,或后壳等附件,或防尘盖等简单特性。

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