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圆形塑料连接器技术发展现状与趋势
CPC:Development and Technical Trends
■吴世湘

圆形塑料连接器(CPC)研制于20世纪70年代,作为一种坚固的低成本连接器,几乎可为各种装置提供功率的输入和输出。它们常被认为是工业级功率I/O连接器。目前尽管有许多连接器适用于功率I/O应用,但CPC仍然是众多工程师优先选择的类型。


CPC连接器的优点


CPC与方形或矩形结构相比,能够使设计者更有效的利用空间。将连接器插针压配入圆形结构比压入方形或矩形结构更容易。

设计者选择CPC一般是由于其良好的耐久性。工业用功率I/O应用的CPC有几种可用的替代品,但它们常因为塑料不足耐用或接触系统不适于工业环境而达不到使用要求。许多CPC替代品设计用于轻工业或商用产品的大量应用。在这些应用中,这些连接器不能承受多种严苛限制(坠落、振动、拖曳、流动、灰尘及其它损害),而CPC却可应付这些限制。

CPC常见的型式有自由悬挂式或法兰安装壳体型式。也有设计用于印刷电路板安装形式的结构。一般,自由悬挂式CPC用于连接电缆组件,而这类电缆通常要经受潜在的损害 车辆、铲车等移动设备及其它物理损害源,也可能遭受环境条件的损害如:雨水、盐雾、油及其它流体。另一方面,自由悬挂式CPC可以密闭在配线盒内或其它保护套中。自由悬挂式CPC连接器壳体一般用于要求单独脱离以及不需要物理连接到设备上的应用场合.

带法兰安装壳体的CPC一般连接到面板开孔或隔壁上。这种连接器采用螺钉固定到隔壁上。它们的使用场合与环境条件与上述类型连接器相同,但它们没有线缆到线缆自由悬挂式CPC应用中可能存在的"松弛"现象。因此,法兰安装的CPC可以承受更多的突然的物理冲击损害。锤或滑动工具的意想不到的击打可能对连接器壳体造成冲击。这类情况一般不会对CPC连接器构成问题,但消费/商用"软"连接器可能会断裂、变形或需要替换。

在大部分CPC应用中,设计者运用三种基本范围的电流。大多数应用达到13A。某些应用可最终扩展到20A,有些CPC应用要求50A或50A以上。
设计者下一个考虑的因素是连接器的插针数。一般地,大部分CPC应用场合采用的连接器位数介于4~37之间(假定为16号接触件)。尽管还有其它几种结构形式。在其它结构形式中有63针(采用较小的20号接触件)连接器、特种功率接触件连接器及各种功率/信号混合型连接器。这要根据应用来确定。目标应该是选择有合适接触件位数的连接器。设计者应该考虑有多大电流通过连接器并查阅电流传输量的规定。此外,设计者应考虑将来的需求对连接器及成本产生的影响程度。在某些情况下,与选择一个大型连接器相比较,选择两个小型连接器是明智的做法。连接器的脚迹及占空度和连接器是否适应结构是选购过程的难点。为适应同种连接所用位数将来可能额外增加的情况,最好采用多位数而不是当前急需的位数。

CPC连接器的壳体


CPC采用了多种壳体结构。常用的壳体规格为11-4(11/16〞,4位)及13-9(13/16〞,9位)。大部分结构涉及13A或者低于13A的电路。这些应用使用的是工业标准16号接触件并可使壳体容纳4~37位。如果应用要求最大7.5A电流,则设计者可以转向更小的接触件(20号接触件),且可采用更高插针数的壳体(一般最小8位,最大63位)。随着功率要求的增加,设计者可能要采用25A接触件及可容纳约3~7个接触件的壳体。其它流行的壳体结构包括功率/信号组合型、大电流(达50A)型、大电流组合型及金属壳体。

至于壳体材料,事实上选择是唯一的。为这类连接器所选择的材料是UL 94V-O性能稳定的耐热的热塑性材料。这种材料以合理的成本最佳地结合了所需的多种特性,例如,材料重量较轻且具有大电流应用所需的耐热特性及耐热冲击性能。该材料的抗物理冲击特性也许是最令人满意的性能。


CPC连接器接的接触件


对于大多数应用(13A或13A以下电流,自由悬挂或板安装),冲压成型的接触件是最常用的,这类接触件是压接型16号接触件且作为插针或插孔来插合,可用14~30AWG范围内的多种导线规格。可焊接的接触件适于现场维修。对于13A或13A以下电流范围的板安装应用,通常采用配有可焊接端子的接触件。这一应用场合的接触件有时也称"信号"接触件,尽管事实上传输的是功率。电流传输能力低于板安装应用。PC板安装型连接器适用所有不同的接触件规格和结构。

某些特种接触件允许设计者将电流运用到17A或17A以上。在这些应用中,有的选择精密螺纹机加工接触件,有的使用类似象Louvertac镶带一样的接触件绝缘安装板改进产品。精密螺纹机加工接触件可以工作到的电流达17A。而Louvertac镶带(安装于螺纹机加工接触件插孔内或螺纹机加工插针周围)可提供多点接触并增大插针与插孔之间的插合面。组合应用螺纹机加工接触件和Louvertac镶带将使设计者可设计达23A的电流。螺纹机加工接触件和Louvertac镶带的组合使用降低了接触电阻且接触件的工作电流也得到提升。

在另一方面为应对增大的电流量和产生的热量,专用功率接触件普遍变大并更耐用。在这方面,接触件结构有了一些根本性的变化。螺纹机加工接触件得到了使用,但是为了获得更高的电流,也可以使用机加成型的大电流阳性/阴性接触件。这种类型接触件改变了整个连接器的机械结构。此类接触件在连接器壳体内部采用一种方形开口(孔)而不是多个圆孔。阳性部分是一个刀片,阴性部分是一个开槽。这种压接接触工件电流可达35A,这要取决于接触件表面处理情况。大功率应用的新接触件技术就包括所占比例不断增涨的具Louvertac镶带的螺纹机加工接触件。螺纹机加工接触件配有方形转接件以便与连接器壳体内的方形孔配合。这类接触件的工作电流达60A。

圆形冲压成型接触件将是一种大功率应用的更经济的接触件。这种接触件形状小于前面提及的阳性/阴性接触件并属于圆形插针和插孔结构。50A应用场合可以采用这种接触件。因为它们可采用自动端接设备,因而它给设计者提供了一种更适于高速生产的产品。这种冲压成型接触件单件成本一般小于螺纹机加工接触件。

CPC连接器可附带有附件和可选择的零件。设计者根据其正在研究的应用,可能要求将连接器密封。这要看所要求的密封类型和级别来作出决定。例如,是否为了防护外部固体物质如脏物、灰尘或其它物质?还是密封防止水或其它液体溅入连接器更为重要?CPC连接器可以采用引线密封或界面密封(连接器对集中在一起的情况下)。此外设计者可从单件式密封结构或两件式密封结构中进行选择。其它可考虑的选择有:电缆卡夹应变消除、直角电缆卡夹、塞盖填充剂及板安装法兰。设计者可用键控插销赋予CPC键控的能力。在需要防护导线的应用场合,某些类型CPC提供了柔性电缆防护器件。柔性电缆防护器件通常是一种柔性、塑性结构导管。这种导管与连接器壳体相配合并增强了导线和连接器物理密封防护性能。


CPC接触件材料及镀层


大部分冲压成型16号接触件由黄铜构建而成。黄铜材料一般比传统的铜接触件具有更佳的弹性性能,并可使接触件经受多次插拔循环而不降低接触性能。16号黄铜接触件防护层通常为锡-铅,但也用镍底镀金。螺纹机加工接触件常采用银铜合金镀层。与螺纹机加工接触件结合使用的Louvertac镶带一般采用铍铜基材料且可用银或金镀层。具有锡或金镀层的铜合金基材料的接触件也是可焊接的,冲压成型大电流接触件采用涂镀锡-铅或金层的铜基材料。


CPC连接器的装配工艺


CPC装配(对于导线到导线的应用场合)的第一步是将接触件压接或焊接到导线。大部分应用均是将冲压成型接触件压接到导线。选择合适的工具进行压接就是要考虑端接的接触件数量及需要端接的速度。对于小量生产或样品应用场合,可使用单棘齿手工工具。随着生产率的提高,可以用低成本的气动工具。对于工装级别没有好的经验法则而是考虑每种应用所施加的总成本。在中等及大规模生产中,可采用半自动台式机来将接触件端接到导线。对于最大生产率应用,可用全自动引线制造机切割、剥离并端接单根导线。大部分半自动及全自动机器均可配备压接质量监控设备。

CPC应用领域广泛,可用于冷冻拖车、机车、工控设备及其它应用的功率的输入/输出(I/O)。通过弄清楚使用CPC的理由及CPC连接器的性能等基本概念设计者在详细规定工业用功率I/O连接器时就能够做出有见地的决定。每种应用的CPC均是独特的,因此设计者需要细心考察应用后再确定特殊要求。插针数、电流能力、壳体形式及环境条件均影响到对CPC的最终选择。


CPC连接器的发展趋势


CPC连接器设计和应用的发展趋势同其它类型连接器一样。小型化是许多电子元件的发展趋势。电子封装和元件变得越来越小,因此连接器也必然变得更小。这种趋势对CPC连接器也不例外。医疗应用可能是仅次于小型化的,推动CPC发展的一个主要动力。设计者可以期待的是CPC将随应用的需求而变得越来越小。CPC另一个明显的趋势是电流传送能力不断增强。这一趋势与连接器接触件的关系密切。制造商已经用产品如Louvertac镶带及其它技术说明了这一趋势。为促进接触件承载电流能力的提高,多种新型接触件型式已经设计出来。总之,CPC基本的设计趋势使得CPC变得更小且能够使用更大电流。

         
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