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來源：Digikey 作者：Kenton Williston 國防和航空航天應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)人員正面臨著越來越嚴(yán)格的尺寸、重量、功率和成本 (SWaP-C) 優(yōu)化要求。隨著設(shè)計(jì)越來越復(fù)雜和緊湊，設(shè)計(jì)人員必須在高性能和高可靠性之間取找到平衡。傳統(tǒng)連接器往往難以滿足這些相互沖突的需求，這給設(shè)計(jì)人員尋找替代品以滿足系統(tǒng)設(shè)計(jì)和性能要求帶來了不小的挑戰(zhàn)。 本文將探討針對 SWaP-C 設(shè)計(jì)的先進(jìn)連接器技術(shù)如何滿足國防和航空航天應(yīng)用的獨(dú)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(yīng)用于各種國防和航空航天場合，以實(shí)現(xiàn)可靠的 SWaP-C 性能。 推動(dòng)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(tǒng)，到搭載不斷擴(kuò)大的傳感器陣列的無人機(jī) (UAV)，密閉空間對精密電子設(shè)備的要求正逐年復(fù)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(qiáng)系統(tǒng)能力，改善空氣動(dòng)力性能。 連接器歷來是體積較大的器件，因此對于成功實(shí)現(xiàn)小型化具有至關(guān)重要的作用。要減小連接器尺寸，就必須縮小觸點(diǎn)間距，減輕重量，同時(shí)保持耐用性，確保在極端條件下保持穩(wěn)定的電氣性能。 面對這些挑戰(zhàn)，Harwin 推出了專為 SWaP-C 優(yōu)化而設(shè)計(jì)的綜合連接器系列。他們的方法以三大設(shè)計(jì)原則為核心： · 將間距縮小至 1.25 毫米 (mm)，同時(shí)保持較高的載流能力 · 使用多指鈹銅觸點(diǎn)，確保極端條件下的信號(hào)完整性 · 采用耐高溫?zé)崴苄运芰贤鈿ぃ⒂羞x擇地使用輕質(zhì)金屬以確保耐用性 從高密度信號(hào)連接器到混合技術(shù)和大功率解決方案，這一設(shè)計(jì)理念貫穿于其高可靠性產(chǎn)品系列。 減輕連接器重量對移動(dòng)性和效率的影響 在 SWaP-C 優(yōu)化過程中，尤其是在機(jī)載和移動(dòng)應(yīng)用中，減輕重量至關(guān)重要。更輕的器件可以延長飛行時(shí)間，提高機(jī)動(dòng)性，同時(shí)可以攜帶更多的設(shè)備。 與傳統(tǒng)工業(yè)連接器相比，現(xiàn)代微型連接器可通過戰(zhàn)略性材料選擇大大減輕重量。例如，玻璃填充耐高溫?zé)崴苄运芰峡捎糜谥魍鈿ぁＭ瑫r(shí)，設(shè)計(jì)人員可以有選擇性地使用輕質(zhì)鋁合金，而且僅在由于電磁干擾 (EMI) 和射頻干擾 (RFI) 以及機(jī)械耐用性而需要金屬的地方使用。 即使是在傳統(tǒng)設(shè)計(jì)嚴(yán)重依賴金屬元件的大電流應(yīng)用中，這些材料組合也能保持穩(wěn)健的電氣和機(jī)械性能，同時(shí)最大限度地減小連接器的質(zhì)量。 在不犧牲可靠性的前提下管理連接器成本 在 SWaP-C 設(shè)計(jì)中，任務(wù)關(guān)鍵型系統(tǒng)的設(shè)計(jì)人員一直面臨的挑戰(zhàn)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(shè)計(jì)和材料。 管理成本的關(guān)鍵戰(zhàn)略之一是關(guān)注總擁有成本，而不僅是前期的器件價(jià)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(hù)要求，因此可實(shí)現(xiàn)顯著的長期節(jié)約。在連接器必須承受包括高振動(dòng)、溫度波動(dòng)和重復(fù)配接在內(nèi)的極端條件應(yīng)用中，這一點(diǎn)尤為重要。 此外，標(biāo)準(zhǔn)化和模塊化的連接器設(shè)計(jì)可以通過更簡單的集成和更換來降低生產(chǎn)和維護(hù)成本。符合行業(yè)通用標(biāo)準(zhǔn)的連接器可實(shí)現(xiàn)互換并簡化庫存管理，從而減少產(chǎn)品生命周期內(nèi)的開支。 在功率輸出與尺寸之間實(shí)現(xiàn)平衡 連接器在電源管理中同樣至關(guān)重要。目前的挑戰(zhàn)在于開發(fā)既能承受大功率負(fù)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(fā)熱，防止產(chǎn)生電弧，同時(shí)符合現(xiàn)代系統(tǒng)設(shè)計(jì)對空間和重量的限制規(guī)定。 要實(shí)現(xiàn)效率和可靠性，就必須采用具有低電阻的材料和觸點(diǎn)設(shè)計(jì)。連接器具有堅(jiān)固的觸點(diǎn)電鍍層、先進(jìn)的絕緣和經(jīng)過優(yōu)化的觸點(diǎn)幾何形狀，即使在極端工作條件下也能提供穩(wěn)定的功率。 關(guān)鍵的考慮因素是，將信號(hào)和電源連接整合到一個(gè)外形緊湊的連接器中。雖然集成信號(hào)線和電源線可減少連接器的總占用面積并節(jié)省寶貴的空間，但這也給管理電源和信號(hào)通路之間的潛在干擾帶來了挑戰(zhàn)。 應(yīng)用案例：噴氣式戰(zhàn)斗機(jī)駕駛艙 研究典型的使用案例有助于說明這些設(shè)計(jì)原則在實(shí)踐中是如何發(fā)揮作用的。例如，噴氣式戰(zhàn)斗機(jī)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(wù)下的照明。 這些系統(tǒng)用來控制駕駛艙內(nèi)、外部、夜視和應(yīng)急照明，因此需要能夠在擁擠狹小的環(huán)境中實(shí)現(xiàn)可變照明強(qiáng)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(huán)境。 Gecko SL 系列的主要特點(diǎn)包括： · 單獨(dú)導(dǎo)通時(shí)每個(gè)觸頭均可承受 2.8 A 的電流；同時(shí)導(dǎo)通時(shí)，所有觸頭均可承受 2.0 A · 四觸指鈹銅合金觸頭設(shè)計(jì)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(dú)的導(dǎo)線引線進(jìn)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(zhì)鋁制罩，以增強(qiáng)電氣連續(xù)性，提供電纜保護(hù)和有效的 EMI/RFI 屏蔽。 
圖 1：Gecko SL 連接器適用于噴氣式飛機(jī)駕駛艙等空間有限的環(huán)境。G125-MC10605M1-0150L 變體采用六針位插頭，通過單根導(dǎo)線端接。(圖片來源：Harwin） 除了外形小巧外，Gecko SL 連接器還異常堅(jiān)固耐用。這種連接器能承受高達(dá) 100g 的沖擊 6 毫秒 (ms) 和 20g 的振動(dòng) 6 小時(shí)，因此非常適合航空航天環(huán)境。這類連接器的耐久性等級達(dá)到了 1000 次配接，可確保在反復(fù)連接和斷開時(shí)的可靠性，而這正是密集維護(hù)型應(yīng)用的常見要求。 應(yīng)用案例：混合信號(hào)無人機(jī)連接器 另一個(gè)案例是，在防御環(huán)境中作業(yè)的無人機(jī)需要堅(jiān)固耐用、結(jié)構(gòu)緊湊的連接器，并且可在惡劣條件下正常工作。無人機(jī)會(huì)遭受劇烈的振動(dòng)和沖擊，因此信號(hào)完整性對其機(jī)載系統(tǒng)至關(guān)重要。 Harwin 的 Datamate Mix-Tek 連接器將電源線和信號(hào)線集成在一個(gè)緊湊的封裝中，解決了上述難題。這種節(jié)省空間的設(shè)計(jì)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(jī)的能力和性能。這些連接器具有信號(hào)觸點(diǎn) 6 毫歐 (mΩ) 和電源觸點(diǎn) 25 毫歐 (mΩ) 的低接觸電阻，極大地減少了功耗和信號(hào)丟失情況。這些連接器的額定配接次數(shù)為 500 次，可確保其在需要頻繁維護(hù)和重復(fù)連接的應(yīng)用中經(jīng)久耐用。 例如，M80-5T10805M1-02-331-00-000 組合了兩個(gè)功率觸點(diǎn)，每個(gè)觸點(diǎn)的載流能力為 20 A；此外，還配備了八個(gè)信號(hào)觸點(diǎn)，每個(gè)觸點(diǎn)的額定電流為 3 A（圖 2）。在大多數(shù)無人機(jī)應(yīng)用中，這種配置可滿足關(guān)鍵系統(tǒng)的電源需求、控制和通信的數(shù)據(jù)需求。
圖 2：M80-5T10805M1-02-331-00-000 連接器將兩個(gè)電源觸點(diǎn)和八個(gè)信號(hào)觸點(diǎn)以 2 mm 的間距集成在一個(gè)封裝外殼中，適用于無人機(jī)等空間受限的應(yīng)用。(圖片來源：Harwin） 應(yīng)用案例：大功率無人機(jī)電池 以防御為重點(diǎn)的無人機(jī)通常需要大量電力，由可提供數(shù)十到數(shù)百千瓦電力的電池系統(tǒng)提供動(dòng)力。將這些電池與電機(jī)等關(guān)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(shí)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(gè)觸點(diǎn)可承受 60 A 電流和 3000 伏電壓。這種觸點(diǎn)的間距為 8.50 mm，支持大功率負(fù)載，同時(shí)具有防御級的堅(jiān)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(gè)很好的例子（圖 3）。這種連接器有兩個(gè)公插針，最大電流能力共計(jì) 120 A。這種連接器非常適用于連接無人機(jī)電池，既能滿足 SWaP-C 要求，又能提供強(qiáng)大的電力。
圖 3：KA1-MV10205M1 連接器每個(gè)觸點(diǎn)的額定電流為 60 A，電壓為 3000 V，采用六指觸點(diǎn)設(shè)計(jì)，可在強(qiáng)沖擊條件下保持穩(wěn)定。(圖片來源：Harwin） Kona 連接器采用鍍金鈹銅觸點(diǎn)以及六指觸點(diǎn)設(shè)計(jì)，可在強(qiáng)沖擊條件下保持穩(wěn)定連接，間距為 8.5 mm。鋁合金底殼和不銹鋼螺紋鎖設(shè)計(jì)輕巧耐用。 結(jié)論 選擇合適的連接器對于平衡 SWaP-C 優(yōu)化的各種要求至關(guān)重要。Harwin 先進(jìn)的連接器解決方案證明，將緊湊性、輕量化設(shè)計(jì)、電源效率和耐用性相結(jié)合是可能的，從而使設(shè)計(jì)人員能夠滿足航空航天和國防應(yīng)用的復(fù)雜要求。 |
