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來源：Digikey 作者：Kenton Williston 國防和航空航天應用系統的設計人員正面臨著越來越嚴格的尺寸、重量、功率和成本 (SWaP-C) 優化要求。隨著設計越來越復雜和緊湊，設計人員必須在高性能和高可靠性之間取找到平衡。傳統連接器往往難以滿足這些相互沖突的需求，這給設計人員尋找替代品以滿足系統設計和性能要求帶來了不小的挑戰。 本文將探討針對 SWaP-C 設計的先進連接器技術如何滿足國防和航空航天應用的獨特需求。然后介紹 Harwin 的高可靠性解決方案 ，并展示如何將其應用于各種國防和航空航天場合，以實現可靠的 SWaP-C 性能。 推動連接器小型化的因素 從升級為多光譜成像的潛艇潛望鏡系統，到搭載不斷擴大的傳感器陣列的無人機 (UAV)，密閉空間對精密電子設備的要求正逐年復雜化。盡量減小元器件尺寸可以增加傳感器和其他功能，從而增強系統能力，改善空氣動力性能。 連接器歷來是體積較大的器件，因此對于成功實現小型化具有至關重要的作用。要減小連接器尺寸，就必須縮小觸點間距，減輕重量，同時保持耐用性，確保在極端條件下保持穩定的電氣性能。 面對這些挑戰，Harwin 推出了專為 SWaP-C 優化而設計的綜合連接器系列。他們的方法以三大設計原則為核心： · 將間距縮小至 1.25 毫米 (mm)，同時保持較高的載流能力 · 使用多指鈹銅觸點，確保極端條件下的信號完整性 · 采用耐高溫熱塑性塑料外殼，并有選擇地使用輕質金屬以確保耐用性 從高密度信號連接器到混合技術和大功率解決方案，這一設計理念貫穿于其高可靠性產品系列。 減輕連接器重量對移動性和效率的影響 在 SWaP-C 優化過程中，尤其是在機載和移動應用中，減輕重量至關重要。更輕的器件可以延長飛行時間，提高機動性，同時可以攜帶更多的設備。 與傳統工業連接器相比，現代微型連接器可通過戰略性材料選擇大大減輕重量。例如，玻璃填充耐高溫熱塑性塑料可用于主外殼。同時，設計人員可以有選擇性地使用輕質鋁合金，而且僅在由于電磁干擾 (EMI) 和射頻干擾 (RFI) 以及機械耐用性而需要金屬的地方使用。 即使是在傳統設計嚴重依賴金屬元件的大電流應用中，這些材料組合也能保持穩健的電氣和機械性能，同時最大限度地減小連接器的質量。 在不犧牲可靠性的前提下管理連接器成本 在 SWaP-C 設計中，任務關鍵型系統的設計人員一直面臨的挑戰是，如何在更低成本和高可靠性之間取得平衡。對于連接器來說，意味著選擇能確保長期耐用且成本最低的設計和材料。 管理成本的關鍵戰略之一是關注總擁有成本，而不僅是前期的器件價格。雖然高可靠性連接器的初始成本可能較高，但由于其延長了使用壽命并降低了維護要求，因此可實現顯著的長期節約。在連接器必須承受包括高振動、溫度波動和重復配接在內的極端條件應用中，這一點尤為重要。 此外，標準化和模塊化的連接器設計可以通過更簡單的集成和更換來降低生產和維護成本。符合行業通用標準的連接器可實現互換并簡化庫存管理，從而減少產品生命周期內的開支。 在功率輸出與尺寸之間實現平衡 連接器在電源管理中同樣至關重要。目前的挑戰在于開發既能承受大功率負載，又能保持緊湊外形并確保將功耗降至最低的連接器。 高可靠性連接器必須能夠支持高效的功率傳輸，盡可能減少發熱，防止產生電弧，同時符合現代系統設計對空間和重量的限制規定。 要實現效率和可靠性，就必須采用具有低電阻的材料和觸點設計。連接器具有堅固的觸點電鍍層、先進的絕緣和經過優化的觸點幾何形狀，即使在極端工作條件下也能提供穩定的功率。 關鍵的考慮因素是，將信號和電源連接整合到一個外形緊湊的連接器中。雖然集成信號線和電源線可減少連接器的總占用面積并節省寶貴的空間，但這也給管理電源和信號通路之間的潛在干擾帶來了挑戰。 應用案例：噴氣式戰斗機駕駛艙 研究典型的使用案例有助于說明這些設計原則在實踐中是如何發揮作用的。例如，噴氣式戰斗機的照明控制裝置 (LCU) 需要可靠的連接器來管理不同飛行條件和任務下的照明。 這些系統用來控制駕駛艙內、外部、夜視和應急照明，因此需要能夠在擁擠狹小的環境中實現可變照明強度的器件。LCU 的空間有限，需要在不影響性能的前提下能夠有效集成的小型組件。 Harwin 的 Gecko SL連接器間距為 1.25 mm，是一種緊湊輕便的解決方案，比 Micro-D 連接器輕 75%、小 45%。因此，這種連接器特別適合像 LCU 這樣的密集環境。 Gecko SL 系列的主要特點包括： · 單獨導通時每個觸頭均可承受 2.8 A 的電流；同時導通時，所有觸頭均可承受 2.0 A · 四觸指鈹銅合金觸頭設計確保了高可靠性 · 模鑄材料采用玻纖填充熱塑性 UL94V-0（無鹵素和無紅磷）材料 G125-MC10605M1-0150L變體采用六針位插頭，通過單獨的導線引線進行端接（圖 1）。此外，該連接器還提供多種其他裝配樣式以及輕質鋁制罩，以增強電氣連續性，提供電纜保護和有效的 EMI/RFI 屏蔽。 
圖 1：Gecko SL 連接器適用于噴氣式飛機駕駛艙等空間有限的環境。G125-MC10605M1-0150L 變體采用六針位插頭，通過單根導線端接。(圖片來源：Harwin） 除了外形小巧外，Gecko SL 連接器還異常堅固耐用。這種連接器能承受高達 100g 的沖擊 6 毫秒 (ms) 和 20g 的振動 6 小時，因此非常適合航空航天環境。這類連接器的耐久性等級達到了 1000 次配接，可確保在反復連接和斷開時的可靠性，而這正是密集維護型應用的常見要求。 應用案例：混合信號無人機連接器 另一個案例是，在防御環境中作業的無人機需要堅固耐用、結構緊湊的連接器，并且可在惡劣條件下正常工作。無人機會遭受劇烈的振動和沖擊，因此信號完整性對其機載系統至關重要。 Harwin 的 Datamate Mix-Tek 連接器將電源線和信號線集成在一個緊湊的封裝中，解決了上述難題。這種節省空間的設計采用 2 mm 間距，可在印刷電路板（PC 板）上留出足夠空間安裝其他器件，最終提高無人機的能力和性能。這些連接器具有信號觸點 6 毫歐 (mΩ) 和電源觸點 25 毫歐 (mΩ) 的低接觸電阻，極大地減少了功耗和信號丟失情況。這些連接器的額定配接次數為 500 次，可確保其在需要頻繁維護和重復連接的應用中經久耐用。 例如，M80-5T10805M1-02-331-00-000 組合了兩個功率觸點，每個觸點的載流能力為 20 A；此外，還配備了八個信號觸點，每個觸點的額定電流為 3 A（圖 2）。在大多數無人機應用中，這種配置可滿足關鍵系統的電源需求、控制和通信的數據需求。
圖 2：M80-5T10805M1-02-331-00-000 連接器將兩個電源觸點和八個信號觸點以 2 mm 的間距集成在一個封裝外殼中，適用于無人機等空間受限的應用。(圖片來源：Harwin） 應用案例：大功率無人機電池 以防御為重點的無人機通常需要大量電力，由可提供數十到數百千瓦電力的電池系統提供動力。將這些電池與電機等關鍵部件連接起來的連接器必須能夠可靠地處理大電流，同時盡量減少功率損耗。 Harwin 的 Kona 高可靠性連接器可滿足這些要求，其每個觸點可承受 60 A 電流和 3000 伏電壓。這種觸點的間距為 8.50 mm，支持大功率負載，同時具有防御級的堅固耐用性。2 mΩ 的接觸電阻可確保將功率損耗降至最低。 KA1-MV10205M1 就是一個很好的例子（圖 3）。這種連接器有兩個公插針，最大電流能力共計 120 A。這種連接器非常適用于連接無人機電池，既能滿足 SWaP-C 要求，又能提供強大的電力。
圖 3：KA1-MV10205M1 連接器每個觸點的額定電流為 60 A，電壓為 3000 V，采用六指觸點設計，可在強沖擊條件下保持穩定。(圖片來源：Harwin） Kona 連接器采用鍍金鈹銅觸點以及六指觸點設計，可在強沖擊條件下保持穩定連接，間距為 8.5 mm。鋁合金底殼和不銹鋼螺紋鎖設計輕巧耐用。 結論 選擇合適的連接器對于平衡 SWaP-C 優化的各種要求至關重要。Harwin 先進的連接器解決方案證明，將緊湊性、輕量化設計、電源效率和耐用性相結合是可能的，從而使設計人員能夠滿足航空航天和國防應用的復雜要求。 |
