电源连接器设计

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Encnnenablesconnection!Encnnenablesconnection!连接器设计培训系列连接器设计培训系列电源连接器设计电源连接器设计电源连接器简介电源连接器简介电源连接器温升电源连接器温升连续电流和瞬间电流连续电流和瞬间电流电源端子的设计依据电源端子的设计依据//标准标准电流配送电流配送电源连接器认证测试电源连接器认证测试数据,案例,图片,图示培训时提供Encnnenablesconnection!Encnnenablesconnection!根据电流和电压对连接器进行分类:大致分类:信号端子,低电流低电压—一般小于1安几伏电压以内电源端子/电源连接器,---高电流高电压电源端子与电源连接器的区分:电源连接器的端子有两种类别:1,端子数量不多,每根端子的电流较高;2,端子数量很多,每根端子的电流不高这两种端子的设计要求不一样.精准分类:见下表电源连接器简介电源连接器简介连接器的电压方面的性能决定于材料和具体应用的结构方式,应参考具体的相关规范连接器的载流性能决定于材料参数和连接器设计,特别是正向力和电镀规格·Encnnenablesconnection!Encnnenablesconnection!!Encnnenablesconnection!°温升的标准来源于UL对商用电子设备的认证程序,现在的UL标准不一定要求30°温升.UL认证是从安全角度考虑,故不能保证产品可靠性UL认证的预处理较有限,EOL温升标准解决产品可靠性问题30°温升标准有一定局限性,事实上不少连接器允许更高的温升和更大的电流.比较载流能力时需留意相关标准比较载流能力时需留意:温升标准;测试条件(空气中或塑胶中);导体尺寸预处理要求(如是否EOL)温升概述:连接器温升源于电阻产生的热量(焦耳热/I2R)与散热的平衡与连接器相关的电阻有三:永久连接电阻;接触电阻;体电阻散热有三种形式:传导;对流;辐射在绝大多数应用中,辐射的散热效果不如对流和传导,但在pin数较多的电源连接器,辐射在pin中相互作用对流决定于温度和端子周围流动的空气(这就是为什么在载流测试中测试条件对载流能力影响很大的原因).在多pin连接器中外壳的屏蔽作用会降低通过对流方式散热的能力通过传导方式将热量传递到电线/电缆或pcb导线的能力决定于应用环境的温度,电线电缆导体,pcb导线的热传导性及导体的截面形状,长度.传导是电源端子的主要散热方式电源连接器的温升电源连接器的温升Encnnenablesconnection!Encnnenablesconnection!连接器电阻在信号端子中,体电阻一般比永久连接电阻和接触电阻明显高出不少,体电阻在10毫欧的数量级而接触电阻是1毫欧,永久连接电阻是0.1毫欧的数量级,故在温升主要是体电阻引起的.在电源端子中,必须使体电阻最小化以降低焦耳热和端子的电压降,这样体电阻和接触电阻的差异就减小了.在电源端子设计中必须分别考虑体电阻和接触电阻体电阻导电率长度截面积电源连接器的温升电源连接器的温升Encnnenablesconnection!Encnnenablesconnection!用Excel计算体电阻2,体电阻案例电源连接器的温升电源连接器的温升分段计算法是大致的算法有限元分析能提供精准的算法Encnnenablesconnection!Encnnenablesconnection!体电阻载流能力计算:电阻率热传导率面积当量散热系数:绝缘情况匹配性载荷系数体电阻电压降的计算:电源连接器的温升电源连接器的温升案例:要求,电压降小于15mV体电阻2.71mV额定电流5AEncnnenablesconnection!Encnnenablesconnection!连接的匹配性:若被连接的导体的载流能力与连接器的载流能力不匹配,将会影响连接器的载流能力:若被连接导体载流能力较大,该导体成为散热器,若被连接导体载流能力较小,该导体成为热源.PCB导体载流能力如表电源连接器的温升电源连接器的温升Encnnenablesconnection!Encnnenablesconnection!分离界面触点超高温电源连接器的温升电源连接器的温升接触电阻触点间存在电压降,各触点间的电压降相同,触点的电流决定于触点的大小,触点的电流很大触点很小,热反应很快–在微妙数量级达到热平衡,导致局部高温.Encnnenablesconnection!Encnnenablesconnection!分离界面触点超高温电源连接器的温升电源连接器的温升接触电阻触点,触点分布/接触电阻/正向力的关系Encnnenablesconnection!Encnnenablesconnection!分离界面触点超高温–局部高温的计算电源连接器的温升电源连接器的温升过高的局部高温会破坏触点及界面-接触电阻增大,需加以管控.局部超高温不能直接测量,但通过界面电压降来计算Encnnenablesconnection!Encnnenablesconnection!连续电流和瞬间电流连续电流和瞬间电流连续电流是端子在产品寿命期间正常工作时的电流.瞬间电流和过载电流在本质上是断断续续的连续电流是基于一定温升标准(如30°)瞬间电流不应使界面熔化过载电流应视应用情况而定右图热平衡的时间取决于具体的应用,可能几秒钟或几分钟Encnnenablesconnection!Encnnenablesconnection!连续电流和瞬间电流连续电流和瞬间电流瞬间电流,过载电流及连续电流案例-电动机启动过程Encnnenablesconnection!Encnnenablesconnection!连续电流和瞬间电流连续电流和瞬间电流最大瞬间电流决定于界面金属的熔化温度.各镀层金属的最大瞬间电流与接触电阻的关系如下表过载电流不应引起过大的焦耳热.对于较好的设计,一秒内的十倍于额定电流的过载电流是可接受的.超过10秒的过载电流需做温升测试.Encnnenablesconnection!Encnnenablesconnection!电源端子的设计依据电源端子的设计依据//标准标准体电阻电流的设计依据:温升和电压降界面电阻电流的设计依据:如下(安全系数较高)界面超高温与界面电压降的关系Encnnenablesconnection!Encnnenablesconnection!电源端子的设计依据电源端子的设计依据//标准标准Encnnenablesconnection!Encnnenablesconnection!电源端子的设计依据电源端子的设计依据//标准标准如何降低体电阻:高导电率材料;大截面积短路径Encnnenablesconnection!Encnnenablesconnection!电源端子的设计依据电源端子的设计依据//标准标准界面最大载流能力决定于接触电阻,各种规格的镀层接触电阻与正向力的关系如右图Encnnenablesconnection!Encnnenablesconnection!电源端子的设计依据电源端子的设计依据//标准标准多接触点设计有利于降低接触电阻:电阻与正向力不是线性关系,当正向力达到一定水平(电源连接器要求较大正向力),接触电阻下降较慢–接触电阻与正向力的平方根成正比(正向力下降4倍接触电阻下降2倍)有利于提高可靠性:通过额外(Throughredundancy)接触,提高安全系数.如8点接触设计,一点异常,接触电阻仅增大1.14倍有利于提高插拔寿命:多接触点设计有利于在较小的正向力实现较小的接触电阻,正向力的减小能提高插拔寿命有利于降低正向力:当正向力增大到一定程度,摩擦系数增大(见相关培训).在较小正向力,摩擦系数减小,更为有效降低正向力Encnnenablesconnection!Encnnenablesconnection!电流分配电流分配专用/分立端子法局限:尺寸(端子与电线导体-)大小,空间受限.优势:结构简单,分析简便电线大小影响端子的载流能力---匹配性Encnnenablesconnection!Encnnenablesconnection!电流分配电流分配降额曲线温升是决定载流能力的重要因素,当允许的温升范围减小时–应用的环境温度升高时–产品允许的最高温度与工作环境温度的差值减小,产品的载流能力减小.Encnnenablesconnection!Encnnenablesconnection!电流分配电流分配降额曲线即使相同的导体面积,不同的截面结构(圆VS矩形)对载流能力也会产生影响.Encnnenablesconnection!Encnnenablesconnection!电流分配电流分配降额曲线即使相同的导体面积,不同的截面结构(圆VS矩形)对载流能力也会产生影响.Encnnenablesconnection!Encnnenablesconnection!电流分配电流分配并联端子法优势:更大的空间选择,组合出更多的电流应用规格.局限:端子间热影响;电流分配的变异;信号端子密度降低.并联端子电流降额:端子间热量影响–决定于端子空间/密度与相对位置Encnnenablesconnection!Encnnenablesconnection!电流分配电流分配并联端子法并联端子电流降额:端子间热影响所致–决定于端子空间/密度与相对位置一定端子,塑胶外壳结构和材料Encnnenablesconnection!Encnnenablesconnection!电流分配电流分配并联端子法并联端子电流降额:端子间热影响–决定于端子空间/密度与相对位置一定端子,塑胶外壳结构和材料Encnnenablesconnection!Encnnenablesconnection!电流分配电流分配并联端子法并联端子电流降额:电流分配所致–决定于分配电路,端子体电阻,接触电阻分配电路:pcb导线电阻差异;电缆长度差异体电阻差异:长度不一致,如弯式结构端子接触电阻:正向力变异热插拔的危害:弧光放电-界面破坏热插拔的措施:长短端子结构Encnnenablesconnection!E

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