广告

连接器插拔次数限制:设计中很容易忽略但很重要的问题

2024-03-15 16:50:20 BILL SCHWEBER 阅读:
供应商会规定连接器限定的拔插次数,然而,在最终用户的实际应用中,很容易就会超出这个数量···

显然,连接器的作用就是插入(配对)和拔出(未配对)。但是,在出现高电阻或接触不良导致性能下降,进而产生难以追踪的系统问题之前,连接器可以承受多少次这样的插拔呢?设计人员可能不会过多考虑连接器对插拔次数的要求,但他们实际应该要考虑这些,插拔次数的范围可以从最低两位数到数千次不等,具体取决于产品、用户和应用。WL3ednc

供应商规定了连接器限定的拔插次数,这与连接器整体设计以及在规定的电压和电流值下使用时的触点设计、材料和电镀相关。然而,在最终用户的实际应用中,很容易就会超出这个数量。WL3ednc

连接器:常常被视为理所当然

物理接触看似简单,实则不然,因为它必须在狭窄的空间内实现电气和机械方面的多重考虑,同时满足性能、安全性、可燃性等方面的许多行业标准。质量最好的连接器的性能指标包括接触电阻和插拔力。前者应该保持在较低水平,而后者则与连接器的设计意图和应用有关。WL3ednc

对于非功率处理信号触点设计,触点几乎都镀有几微米(μm)的金或较便宜的锡,以降低电阻、最大限度地减少腐蚀并防止配合表面的磨损。这要求大量的物理小接触和更小的接触面积。许多连接器的设计目是,即使电镀层因反复循环而磨损,底层基材暴露在外,也能提供足够的性能。WL3ednc

连接器需要多少的插拔次数?显然,答案取决于应用。在某些情况下,只需要两位数,但也可能需要成百上千次,比如你手机上的充电口。WL3ednc

显示连接器多样性的实例

对一些连接器的观察表明,它们的使用周期和接触电阻范围很广,这也表明你不能通过外观或假设来判断:WL3ednc

JAE Electronics SM3ZS067U410AMR1000是一款高可靠性的67脚母卡缘连接器,兼容PCI-SIG M.2规范,触点间距为0.020英寸/0.50mm(图1)。其额定插拔次数为60次,最大接触电阻为55 mΩ。WL3ednc

WL3ednc

图1 这种卡缘连接器的触点间距为0.50毫米,符合PCI-SIG M.2规范,并规定插拔次数为60次。来源:JAE日本航空电子WL3ednc

相比之下,Hirose Electric的UX60A-MB-5ST是一款表面贴装、直角、mini-B USB2.0的插座连接器(5脚),额定寿命为5000次循环,电阻为70mΩ(图2)。WL3ednc

WL3ednc

图2 Hirose推出的这款USB插座额定寿命为5000次,同时保持最大70mΩ的接触电阻。资料来源:Hirose ElectricWL3ednc

作为扁平带状电缆连接器(也称为绝缘刺破式连接器或IDC),Würth Elektronik 的490107671012“SKEDD”系列通常在产品封装内使用,因此它们不需要像面向用户的连接器那样多的插拔次数 (图3)。WL3ednc

WL3ednc

图3 这种直接连接到PCB的绝缘刺破式连接器具有两种配合电路板的钻孔图案:一种用于原型,一种用于最终产品。资料来源:Würth ElektronikWL3ednc

这种10脚连接器的独特之处在于,它可直接安装在PCB的电镀孔中,而无需使用互补配合部件,并且在生产运行中使用供应商指定的板孔图案、直径和电镀层,可在20mΩ的条件下拔插10次。Würth还为原型设计定义了一组略有不同、更加坚固的数字,从而将额定值提高到25次拔插。WL3ednc

最后,Harting的09332062648六触点接地连接器适用于直径为0.14至2.5mm²(AWG 26至AWG 14)的电线,其触点可在16A电流下承受高达500V的电压(图4)。它假定频繁的连接/断开循环,并且需要超低电阻以最大限度地减少较高电流下的IR压降,因此额定循环次数超过10000次,最大接触电阻仅为3mΩ。WL3ednc

WL3ednc

图4 该电源连接器组件经过专门设计,可在至少10,000次插拔周期内保持接触电阻低于3mΩ。资料来源:Harting Technology Group via Digi-KeyWL3ednc

这一系列不同的连接器展示了供应商如何根据目标应用定制其连接器插拔周期和最大电阻额定值,并且这些数字仅从其物理尺寸或外观来看可能并不明显。WL3ednc

正确的策略可以最大程度地减少问题

在为物料清单(BOM)指定连接器时,除了基本的连接器选择之外,还需要注意一些拔插周期问题:WL3ednc

  1. 研究数据表时,特别注意供应商是如何以及在什么条件下规定插配循环次数的,因为目前还没有行业标准。例如,接触电阻是否有指定的增加?插入力是多少?
  2. 如果使用带金手指的PCB边缘作为连接器对的一半,请与电路板制造商合作,确定有哪些额外或特殊的电镀,因为标准的一盎司或两盎司铜可能无法长时间正常工作。
  3. 如果可能,请考虑使用更坚固的两件式连接器而不是PCB边缘金手指连接器。
  4. 检查连接器供应商是否将较厚的连接器触点电镀作为定制或标准选项,许多供应商都是这样做的(还要考虑这对于最终BOM是否有意义)。
  5. 认识到电源连接器与信号连接器的插拔周期寿命需求通常有很大不同;对于微型千兆赫级连接器来说,循环次数的限制尤其具有挑战性。
  6. 最后,如果应用支持热插拔,那么在插入和拔出循环过程中,接触面会出现点蚀和微动磨损等新问题。

当连接器可靠时

连接器在其规定的规格范围内使用时是可靠的。然而,人们很容易忽视它们的极限,特别是在调试和评估阶段,进而超出拔插次数和其他参数的额定值。结果可能是令人懊恼的间歇性和莫名其妙的电路故障。WL3ednc

将其添加到您需要注意的问题列表中:不起眼的连接器是另一个需要注意和考虑的组件。如果有人对这个问题随口说“有什么大不了的?”,那就太天真了。WL3ednc

(原文刊登于EDN姊妹网站Planet Analog,参考链接:Be aware of connector mating-cycle limits,由Ricardo Xie编译。)WL3ednc

责编:Ricardo
本文为电子技术设计原创文章,未经授权禁止转载。请尊重知识产权,违者本司保留追究责任的权利。
  • 微信扫一扫
    一键转发
  • 最前沿的电子设计资讯
    请关注“电子技术设计微信公众号”
广告
热门推荐
广告
广告
EE直播间
在线研讨会
广告
广告
面包芯语
广告
向右滑动:上一篇 向左滑动:下一篇 我知道了