低接触电阻插座是大电流连接器的核心部件

作者:Jessica Shapiro

投稿人:DigiKey 北美编辑

需要通过连接器传输大电流、高电压的应用在不断增加。这些应用包括电动汽车 (EV) 充电、全屋备用电池以及支持智能生产和蓄能的电池。在日益扩大的数据中心领域,配电装置 (PDU)、不间断电源 (UPS)、路由器和电源架也能管理高电压下的大电流输入制造和工厂车间系统、机器人和环境控制也需要这种专用连接器。

这些应用中的连接器需要在更小的空间内连接大电流、高电压输入,同时避免不必要的损耗。高效的电力传输对于防止由于电压下降导致的过热也很重要,过热会损坏设备并引发火灾。与此同时,这种连接器必须支持快速自动化装配,并能防止误操作,以防止设备损坏和返工。

Molex 的 COEUR 插座是一种高电流、高电压技术,适用于许多不同类型的连接器,能够最大限度地降低高电流应用中的接触电阻。围绕 COEUR 插座打造的产品可确保可靠地连接,实现在更小的空间内容纳更多的设备,并简化生产流程。

大电流、高电压连接器的核心组件

COEUR 插座呈圆锥形,由高导率金制成的多个倾斜簧片排列成一个圆圈(图 1)。直径从 3.40 mm 到 11.00 mm 不等,配套的银质插针采用压接式尺寸设计。

COEUR 插座连接器图 1:COEUR 插座连接器具有低接触电阻,适用于高电流、高电压应用,其金接触簧片呈圆锥形排列,且顶部外扩(图片来源:Molex)

插针在锥体的最窄处与簧片接触,簧片在超过接触点后在锥体顶端稍稍外扩。倾斜状可确保每个簧片都有一个椭圆形接触区域,而不仅仅是点接触。接触面积越大,接触电阻越小,从而减少了电压降和连接器发热。

这种低接触电阻设计的另一个优点是能够更紧密地封装电子元件,从而节省空间。COEUR 插座的高度均为 10.0 mm,这种高度适用于多种连接情况,如线对板、线对隔板、板对板和板对母线。

高电压、大电流连接器特性

采用 COEUR 插座技术的连接解决方案可处理大电流和高电压。例如,Sentrality 插针和插座互连系统可在高达 1,000 V 的电压下处理 75 A 至 350 A 的电流,其接触电阻为 0.20 mΩ 至 0.40 mΩ。这些特性使该系统(图 2)能够在家庭储能、工业自动化、网络和电信应用中,有效地将印刷电路板 (PCB) 相互连接或连接到母线上。

Molex Sentrality 插针和插座互连系统图 2:在 Sentrality 插针和插座互连系统中,COEUR 插座实现了与 PCB 和母线的高电流、高电压连接。该系统最大限度地降低了电路板堆叠高度,并通过 ±1.00 mm 的径向自对准功能改善了堆叠公差。(图片来源:Molex)

SW1 线对板连接器中,接触电阻为 0.25 mΩ 的 COEUR 插座可在 1,000 V 电压下安全地传输 120 A 至 300 A 的电流,导线尺寸范围为 2 至 4/0 AWG(直径 0.258 in.至 0.45 in.)。聚对苯二甲酸丁二酯 (PBT) 护套连接器(图 3)在工厂车间、机器人和家庭储能应用中很常见

Molex SW1 互连器件使用 COEUR 插座图 3:SW1 互连器件使用 COEUR 插座将大电流、高电压电缆与 PCB 和母线安全地连接起来。单手正向锁定设计还避免了进行 90° 连接时弯曲电缆。(图片来源:Molex)

找到与高电压、大电流连接器相匹配的连接器

COEUR 插座技术最大限度地减少了高电压、大电流连接所需的空间。像 Sentrality 系统这样的连接器可将 PCB 或母线之间的堆叠高度保持在较小范围内。当一块电路板选择压接式或表面贴装技术 (SMT) 安装时,另一块板则可选择:通过压接装配实现 1.50 mm 堆叠高度,SMT 安装达到 1.75 mm 堆叠高度,或螺钉安装实现 4.50 mm 堆叠高度。

HyperQube 电缆到电路板或电缆到总线连接器(图 4)的封装也很小,为 12.3 mm x 15.5 mm。该连接器采用 COEUR 插座技术,可通过 6 AWG 至 2 AWG 导线(直径 0.162 in. 至 0.258 in.)和 0.20 mΩ 的接触电阻处理 120 A 电流。HyperQube 的连接尺寸为 19.5 mm x 43.7 mm x 17.7 mm。

Molex HyperQube 连接器图 4:HyperQube 连接器是将大电流电线或电缆连接到 PCB 或母线的紧凑型方案。可拆卸式螺钉安装设计、机械键控定位钉和颜色编码简化了 HyperQube 的安装。(图片来源:Molex)

除了有效利用电路板空间外,电子设计人员还需考虑如何适应电缆的最小弯曲半径。他们在寻求一种无需弯曲就能连接电缆的设计,例如 90° 设计和装配期间可 360° 旋转。支持 COEUR 插座的 HyperQube 和 SW1 连接器就能满足这一要求。UltraWize 连接器还具有可将导线连接至 PCB 板的 90° 几何形状,并配有节省空间的交错定位插针(图 5),其接触电阻为 0.4 mΩ 且可承受 170 A 电流、125 V 电压。

Molex UltraWize 连接器图 5:UltraWize 连接器具有交错式定位插针,可在 125 V 电压下将载流能力高达 170 A 的导线有效地与电路板连接。这些连接器具有 UL94V-0 阻燃性、125 VAC 绝缘耐压和 500 VDC 绝缘耐压性能。(图片来源:Molex)

如 Sentrality 系统和 PowerWize Blind-Mate Interface (BMI) 互连器件(图 6)等某些产品,还支持径向自对准,这有助于缓解公差累积。PowerWize BMI 板对板和板对母线连接器可实现 ±2.00 mm 的径向自对准,并通过内置导轨进行总对准,适用于处理 75 A 至 185 A 电流、接触电阻为 0.10 mΩ 至 0.25 mΩ 的应用。

Molex PowerWize BMI 连接器图 6:PowerWize BMI 连接器支持与导轨盲配和 ±2.00 mm 自对准。螺钉安装和焊尾选择可将其连接到母线和 PCB 上。(图片来源:Molex)

大电流和高电压电子系统的设计人员也需要简化装配。许多支持 COEUR 插座的连接器都以卷带或卷轴形式供货,或以拾放托盘供货用于自动装配。机械按键、颜色编码和卡嗒声等功能可消除装配期间的人为错误。根据 EIA-364 标准,所有支持 COEUR 插座的连接器至少可承受 200 次插接。

确保高电流、高电压环境下的安全

对于需要处理高电流和高电压的应用而言,安全性至少与节省空间和高效装配同等重要。触摸安全设计、防火阻燃、低毒性材料和宽工作温度范围,是组件设计人员使这些连接器更安全的一些方法。

许多使用 COEUR 插座实现大电流高效流动的连接器都采用触摸安全式设计,这意味着将载流组件罩住、封闭或以其他方式保护起来,避免人员直接与之接触。专为触摸安全而设计的连接器包括 HyperQube、PowerWize BMI 和 PowerWize 线对板压接连接器以及组件(图 7)。PowerWize 压接连式接器采用八面压接几何形状,可牢固当地将 10 AWG 至 1/0 AWG(直径为 0.120 in. 至 0.525 in.)导线连接至印刷电路板或母线。其螺钉安装设计包括一个触摸安全 PBT 锁头和带声音反馈的插座。

Molex PowerWize 压接连接器图 7:PowerWize 压接连接器组件采用 8 面压接外形,以确保 10 至 1/0 AWG 导线在 300 V 至 600 V 电压下处理 120 A 至 175 A 电流时保持低水平接触电阻。针座、连接器和组件均属于接触安全型 PBT。(图片来源:Molex)

PBT 具有出色的电绝缘性,因此在电子应用中很常见。它用于 UltraWize、PowerWize、HyperQube 和 SW1 连接器。这些连接器也是低卤素或无卤素级连接器,可确保发生火灾时组件产生的烟雾毒性较低。

即使不使用卤素阻燃剂,PBT 也具有良好的阻燃性能。上述所有连接器的阻燃等级均为 UL 94V-0,意味着任何火焰都能在火源移除后 10 秒内自行熄灭,不会产生任何火焰滴落。

结语

COEUR 插座技术的多个倾斜接触簧片可确保低接触电阻,从而实现高电流传输,并将压降或发热降至最低。凭借这些特性,COEUR 插座成为多种类型连接器的核心组件,专为传输大电流、高电压电源而设计。

使用 COEUR 插座的连接器还能有效利用空间,便于在印刷电路板、母线、面板和隔板上组装。阻燃和触摸安全材料、考虑全面的机械键控和颜色编码以及多种装配选项,使 COEUR 插座连接器成为家庭储能、电动汽车充电、工厂车间和数据中心等各种应用的理想选择。

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Jessica Shapiro uses her engineering and writing backgrounds to make complex technical topics accessible to engineering and lay audiences. While completing her bachelor's degree in Materials Engineering at Drexel University, Jessica balanced engineering co-ops with her work as a reporter and editor on The Triangle, Drexel's independent student newspaper. After graduation, Jessica developed and tested composite materials for The Boeing Company before becoming an associate editor of Machine Design magazine, covering Mechanical, Fastening and Joining, and Safety. Since 2014, she's created custom media focusing on products and technology for design engineers. Jessica enjoys learning about new-to-her technical topics and molding engaging and educational narratives for engineering audiences.

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