选择合适的连接器可确保极端环境下的大电流电源完整性

作者：Art Pini

投稿人：DigiKey 北美编辑

随着电源电压不断下降和负载电流成比例地增大，为了提高效率和进行热管理，就必须最大限度地降低电阻性功率损耗和电压降。在电动汽车 (EV)、航空航天以及工业电子器件等电源应用中，电路还会受到冲击、振动和极端温度的影响。

设计人员必须了解这些要求，以确保选择并正确应用机械结构坚固耐用、保持电气完整性、工作温度范围更宽的电源连接器。

本文将讨论如何为最苛刻的环境和应用选择和使用电源连接器。然后以 [Harwin] 的电源连接器为例，说明了如何使用这些连接器在保证机械可靠性的同时，以低损耗实现出色的电源完整性。

大功率互连的考量事项

将大电流和高电压连接到印刷电路板需要非常小心。连接不良会导致功率损耗和意外的电气故障。如果互连还受到极端温度、冲击或振动的影响，问题可能会成倍增加。如果电源连接器的额定电流不足，则可能迫使设计人员使用多个触头来获得所需的电流水平，从而导致连接器触头增多、体积增大，需要占用更大的印刷电路板空间。多条电流路径也会提高插入不当的几率，导致单个触头出现过电流。解决这些问题的方法是使用单触头额定电流正确的电源连接器。

试试看 Harwin [Kona]系列连接器（图 1）。这些连接器额定可承受每个触头 60 A 的电流、高达 3000 VAC 的最大电压（1 分钟）以及 1500 VAC 或 1500 VDC~ ~的峰值工作电压，在极端温度、冲击和振动环境中亦是如此。

图 1：Kona 系列电源连接器可处理 1500 VAC 下每个触头高达 60 A 的电流，并提供针座、面板安装和电缆安装型号。（图片来源：Harwin Inc.）

Kona 连接器提供双触头、三触头或四触头单排外壳。配置包括一款印刷电路板针座、一款面板安装座、一款公母电缆安装座，具有多种锁定方式，可用于电缆对电路板和电缆对电缆配接。

这些连接器采用的触头间距为 8.5 mm。这种间距与用分极带键槽结构包裹的独立嵌入式触头结合在一起，确保了连接器的高额定电压和电流。这种设计还有助于防止因配接不良和随机物理撞击造成的意外损坏。

该系列连接器具有高额定电流和高可靠性的秘诀在于六指公触头（图 2）。

图 2：六指公触头对母触头内壁施加正法向弹力，确保即使在冲击和振动下也能保持良好的连接。（图片来源：Harwin Inc.，修改版）

Kona 系列触头由铍铜制成，最大工作温度范围为 -65°C 至 150°C，其表面镀有耐用的硬酸金，可在长期暴露于恶劣环境中时提供保护。触头的额定配接操作次数为 250 次，配接对的接触电阻为 2 mΩ 或更小。在 60 A 的最大额定电流下，触头对上的压降仅为 0.12 V。

电路板安装用针座

Harwin Kona [KA1-MV10405M1]是用于印刷电路板安装的一个四触头垂直针座示例（图 3）。

图 3：Kona KA1-MV10405M1 针座有四个触头。图中显示了触头 1 上清晰可见的识别标记以及安装螺柱。（图片来源：Harwin Inc.）

针座主体由玻璃填充高温热塑性塑料制成，包括四个嵌入式六指公触头，这些触头具有 4.5 mm 的印刷电路板焊尾。清晰可见的压印标记提供了针座方向和触头 1 的标识信息。内螺纹锁和板安装螺柱为插孔连接器提供配接锁定，也可使用 [KA1-4240000] 开槽板安装螺母将其以机械方式安装到印刷电路板上。针座有直角、水平安装触头以及其他锁定方式可供选择。采用先合后锁的方式，以防止在锁定过程中出现损坏。

电缆和面板安装用插座

Kona [KA1-2010498F1]（图 4，左）是一种四触头电缆安装式插座外壳，采用独立触头，例如 Harwin Kona [KA1-0400005]（图 4，右）。该外壳可与上述 KA1-MV10405M1 四触头针座配接。

图 4：带护罩延伸部的 KA1-2010498F1 四触头插座外壳（左）及与外壳配合使用的母焊接触头（右）。（图片来源：Harwin Inc.）

母电缆安装式外壳包括带分极键的护罩延伸部，该部件可防止与母插座触头意外连接，并为配接触头提供电气隔离。Kona KA1-0400005 连接器插座触头采用焊接方式与电缆连接。触头设计用于 #8 AWG 设备电线。建议使用最大直径为 7.5 mm 的硅橡胶绝缘材料。

该标准性别连接器配有浮动指旋螺钉，螺钉上有内六角孔，可使用扭矩螺丝刀紧固。反向固定件的锁定方向翻转，具有 5.2 mm 长的面板安装螺柱，可通过前面板安装方式装到外壳上。锁定件材质为耐腐蚀不锈钢。

电缆和面板安装用插头

Kona [KA1-3010498M5]（图 5，左）是 KA1-2010498F1 外壳的公电缆安装款，使用 [KA1-1410005]插针触头（图 5，右）。

图 5：四触头 KA1-3010498M5 公外壳（左）及与外壳配合使用的焊接款六指公触头（右）。（图片来源：Harwin Inc.）

公外壳或插头外壳采用焊接款六指公触头，该款型是设计用于与母款相同的 #8 AWG 电线。该款连接器采用反向固定锁定指旋螺钉，与带面板安装用反向固定件的母连接器配接。另外，还提供标准锁定件款型。

体积小、重量轻

考虑到其 60 A 的额定电流和 3000 V 的额定电压，这些连接器的物理尺寸相对较小（图 6）。

图 6：Kona 插座外壳的尺寸图显示其尺寸较小。（图片来源：Harwin Inc.）

四触头连接器的长度 (A) 为 50 mm，宽度为 12.5 mm，高度为 18 mm。与插头式针座配接的插座电缆外壳的高度为 21.7 mm（从印刷电路板算起）。配接对重约 25 g。

测试标准

所有 Kona 连接器设计均已通过 EIA-364 标准相关部分的测试。电气测试包括接触电阻、功率、耐压性能和绝缘电阻测试。机械测试包括冲击和振动、插拔力、热冲击、湿度和盐雾测试。抗振性能规格为 20 g 峰值持续 12 小时无接触故障。类似地，冲击性能规格为 100 g 峰值持续 6 毫秒无接触故障。

Kona 连接器具有耐冲击和振动的特性，因此适用于电动汽车的电源连接。此外，Kona 连接器还符合 NASA 和 ESA 的脱气要求，是太空、航空电子和无人机 (UAV) 应用的理想之选。

干扰屏蔽

在对电磁干扰 (EMI) 和射频干扰 (RFI) 有限制的应用中，Kona 连接器为电缆和针座连接器提供了一系列轻质铝制后壳（图 7）。

图 7：对于 EMI/RFI 保护，提供铝制后壳，该后壳具有连接到扎带的柔性编织层。（图片来源：Harwin Inc.）

后壳的设计可容纳耐磨柔性金属编织层，并且还配有可将编织层固定在后壳上的扎带。后壳和编织层的组合可提供屏蔽，从而实现有效的 EMI/RFI 保护。此外，后壳还能为电缆提供额外的应力消除作用。

装配工具

Kona 连接器需要的工具很少。电缆触头为焊接式，因此插接时只需将其推入即可，无需使用工具。需要拆卸或更换触头时，也提供拆卸工具。还可使用螺丝刀拧紧或拧松安装螺柱上的开槽螺母。

总结

Kona 8.5 mm 间距高可靠性连接器系列可在最苛刻的环境中保持电源完整性。这些连接器提供了快速简便的配接过程，不需要额外的工具。它们非常适合航空电子设备、无人机、卫星、电动汽车，以及其他在极端环境中工作的大功率系统等应用。