關于連接器的選擇與安裝常見問題匯總

連接器是幾乎任何電子項目中的常見零件。了解可用的連接器和需要記住的規(guī)格注意事項，在設計過程中顯得非常重要。您不希望在項目接近尾聲時發(fā)現(xiàn)需要增加內容并調整項目以適應此改動，這樣會導致時間和費用成本增加。

如果為項目選擇連接器，您需要在指定連接器要求時考慮一些注意事項。一些常見問題包括：

• 連接器需要多少觸頭？

• 您希望或者需要各連接器如何安裝？

• 安裝方式為何以及安裝需要什么？

• 您需要或者希望您的應用采用什么端接方法？

• 采用的連接器是否需要侵入防護？

• 您預計連接要承受多大電壓和電流？

觸頭數(shù)

許多情況下，連接器需要的觸頭數(shù)已知。但是，有時候整體應用的其他需要和各連接器的可用性會最終影響所選連接器的規(guī)格。

此外，還需要進一步考慮連接器需處理的電源，因為這將對所選的連接器造成影響。隨著連接器的功率容量不斷提高，您會發(fā)現(xiàn)任何封裝/外殼尺寸的觸頭總數(shù)將下降。這是由于更大的線規(guī)和/或更高的電壓需要更多空間。一些制造商嘗試通過在觸頭之間增加更多隔離以及加大電弧從一個觸頭到另一個觸頭的總“距離”，來提高額定電壓。此外，有些連接器帶有內置在其余觸頭中的接地觸頭。這些觸頭比連接器中的其他觸頭更長，用于降低/消除兩個嚙合/非嚙合連接器之間的電弧。

此外，選擇連接器的過程中需牢記并考慮以下要點：

• 您需要或愿意使用多少連接器和觸頭用于將電源輸入/輸出外殼？

• 連接器的一般觸頭組合類型

  • 僅電源觸頭

  • 僅信號觸頭

  • 電源和信號觸頭

  • 信號 + 接地觸頭

• 對于僅可使用一個連接器的項目，可能需要使用稍大的連接器，以納入所有觸頭。

• 如果信號和功率觸頭是分開的，所需安裝空間會增加。但是，這可能是應用的常規(guī)布局要求，或者應用的功能使得兩個觸頭要分開。

安裝類型

項目還需要考慮您想要如何安裝各連接器。以下例舉幾種安裝類型并提供示例鏈接。

• PCB 引腳通孔 - 其中連接器的端接引腳用于通過電路板上的孔將連接器安裝/固定到電路板。

  • 圓形連接器

  • D-Sub 連接器

  • 矩形連接器 – 針座、公插針

  • 矩形連接器 – 針座、母插口

• PCB 表面貼裝 - 其中連接器的端接引腳用于將連接器安裝/固定到電路板，引腳置于電路板表面的接觸焊點上。

  • 圓形連接器

  • D-Sub 連接器

  • 矩形連接器 – 針座、公插針

  • 矩形連接器 – 針座、母插口

• 面板安裝 - 其中表面或面板上有預留孔，連接器穿過孔或抵著孔放置。由于連接器安裝在面板后的電路板上，固定方式可以采用螺紋和螺母或者直接固定到位。

  • 矩形連接器 – 自由懸掛，面板安裝

  • 圓形連接器

  • 圓形連接器 – 外殼

• 自由懸掛/電纜安裝 - 連接器貼裝/安裝到其端接的電纜。

  • 圓形連接器

  • 圓形連接器 – 外殼

  • 矩形連接器 – 外殼

• 電路板/卡邊緣/預留孔安裝 - 對于卡邊緣，端接靠近電路板邊緣，許多情況下會對連接器進行修改，以便在邊緣使用。對于板上預留孔，由于靠近電路板邊緣，情況與之類似。但是，電路板的一部分已預留孔，以便連接器具有扁平外形。這兩類安裝方式都是為了實現(xiàn)更扁平化的電路板總體外形。此外，在電路板上缺少可用空間，或者出于其他設計需求時，也可以采用這兩類連接。

  • USB、DVI、HDMI 連接器

  • 同軸連接器 (RF)

• 通板安裝 - 類似于預留孔安裝，但不同之處在于此類連接器并不常見于靠近電路板邊緣的位置。由于是通過電路板上的預留孔安裝，它們也與面板安裝連接器類似。有的端接電路板中的通孔，并焊接在連接器嚙合的相同側，另一些則表面安裝到其所安裝的電路板側（連接器嚙合側對側）。這種連接器類型示例如下：

  • 端子 – 線對板連接器

  • 固態(tài)照明連接器

  • 矩形連接器 – 板載，直接線對板

安裝方法

術語“安裝”和“端接”常互換使用，但需要牢記并非始終可以互換，兩者之間有所區(qū)別。安裝指整個項目和連接器如何作為整體進行連接/固定/附著。端接指如何進行電氣連接。通孔安裝和表面貼裝在多數(shù)情況下指可以特定方式安裝和端接的連接器（詳見下述“端接方法”）。以下為安裝、嚙合和端接組合的可能示例：

• 連接器 1

  • 采用面板安裝

  • 使用直角表面貼裝觸頭端接到電路板

• 嚙合連接器 1 的連接器 2 為

  • 自由懸掛連接器

  • 采用螺紋端接

端接方法

各端或各連接需要什么端接方法？如果沒有預先說明的特定類型要求，則端接方式可以視個人喜好而定。但是，有的應用可能需要特定類型的端接。

• 焊接端接 - 對連接器而言，這種端接方法在眾多應用中均適用。但是，如果是高溫區(qū)域的應用，可能需要考慮更多機械端接方式。焊接可用于電線端接和電路板端接連接。因此，這種類型的端接包括多種連接器焊接方式。通孔焊接和如上所述的表面貼裝，描述的是一種安裝和端接類型。

圖 1：典型連接器焊接端接。

• 通孔焊接 - 在連接器端接側留有引腳，用于穿過電路板上的預穿孔，并且通常在通孔連接器接入側的電路板對側鋪有銅焊盤。放置到位后將焊接固定。

圖 2：這種板對板/板對電纜連接器采用通孔焊接方式連接到 PCB。

• 表面貼裝端接 - 連接器引腳和貼裝焊盤位于 PCB 相同側。連接器可手動放置并焊接到位，或者采用回流焊和波峰焊焊接到位。注意，某些電路板/卡邊緣連接器也采用表面貼裝類型。

圖 3：這種板對板/板對電纜連接器采用表面貼裝焊接到 PCB。

• 壓接 - 這種類型的端接非常穩(wěn)健可靠，可用于端接電線。但是，這取決于壓接的質量和在觸頭外殼中的正確安裝。為了實現(xiàn)優(yōu)質的壓接和整體連接，需要確保針對外殼使用正確的觸頭以及正確的壓接工具。對于這些觸頭，工具選擇是一個重要的步驟。如果最終質量不是重點考慮事項，則可采用已有其他工具或更低成本的器件。但是，如果要考慮最終質量，則需要使用制造商建議的工具、相關的電線制備步驟，以及制造商針對壓接后檢查提供的任何壓接質量數(shù)據(jù)（注意：并非需要全部檢查，只要取樣驗證即可）。如果未采用工具和正確的步驟，并且連接出錯，大部分此類連接器的制造商都不會提供支持或擔保。

圖 4：壓接到剝皮電線導線的觸頭示例。

• 壓入式/插入式 -

  • 這種類型可以為永久端接或可松開的端接，同樣具備相當好的可靠性和穩(wěn)健性。但是，如果用于高振動環(huán)境，建議檢查連接器的防振強度。

  • 此類端接通常只需要將電線去皮，然后將其壓入連接器，或者啟動鎖定桿至未鎖定狀態(tài)，插入電線，將鎖定桿移動到鎖定狀態(tài)。

  • 對于可以松開電線的類型，可在連接器中內置某種機構，或者需要諸如平口螺絲刀之類的工具壓入到外殼的槽中。

圖 5：這種板安裝連接器端接有剝皮電線，電線被壓入到下方開口中。這種情況下，可在需要時使用工具松開電線。

圖 6：這種自由懸掛連接器可通過將電線壓入/插入到其中一端來端接剝皮電線。對于這種特定類型的連接器，可通過扭動和拉動操作松開電線。

• 螺紋端子 - 這類端接用于各種連接器類型，并且能以不同方式使用。以下為不同類型的螺紋端接端子示例：

  • 281-2879-ND|609-4193-ND|732-2759-ND|281-3218-ND|609-3832-ND|WM7477-ND|732-10091-ND|ED2947-ND|1776293-3-ND|WM5751-ND|WM5761-ND

圖 7：這些是使用螺紋端接電線的連接器示例。

• 繞接

  • 示例包括CWN-370-50-0000。這種類型的連接器可用于繞接應用。

  • CWN-370-50-0000 設計為首先安裝到 PCB，焊接到位后再進行繞接。

  • 這些連接器不一定用于將大規(guī)模投產的產品中。它們用于高頻終端產品和低生產量的產品原型。

  • 以下鏈接顯示關于繞接實踐的信息。

圖 8：這些是使用繞接方法端接電線的連接器示例。

• 壓合 - 可以是無焊接端接類型。因此，這種方法能幫助降低項目的整體成本。注意，壓合端接通常設計為不與焊接同時使用。但是，如果出于某些原因您需要焊接此類連接器，必須知悉這樣做會對零件造成影響，并且制造商可能不會為出現(xiàn)的問題提供任何支持。建議在焊接這些連接器之前謹慎考慮并進行測試。此外，這種端接類型會配備可用工具，確保連接器平穩(wěn)插入且完全放置到位。建議使用制造商列明的工具。如果制造商未列明工具，則可能需要直接聯(lián)系制造商，他們可能需要與您討論應用需求。Digi-Key 的壓合技術簡介是針對這種技術類型的極佳參考資料。

圖 9：這些是可端接到所安裝電路板上預留孔的連接器示例，包括通孔和壓合類型。

環(huán)境考慮因素

如果是比較普通的應用環(huán)境，預計不會出現(xiàn)任何極值，則幾乎任何連接器都適用于指定的具體需求。但針對嚴苛應用環(huán)境設計項目時 - 例如所用連接器可能遇到振動、運動沖擊、屏蔽、環(huán)境侵入、油、溶劑、或任何種類的化學品和腐蝕 - 則需要在選擇過程中牢記這些特性。

• 振動和動力沖擊

  • 對于外殼內部的連接，可以選擇具備安裝凸臺和其他更大焊盤/引腳等額外特性的連接器。Omron的XH5 產品簡介提供了一些正好包括這兩種特性的選擇。從第 3 頁開始，文件提供連接器圖示以及各連接器可使用的安裝模式，以充分利用安裝特性。

  • 對于需要進出外殼的連接，任何特定類型的連接器都有相當多的選擇。

  • 應查閱當前考慮的連接器規(guī)格，以了解其是否經過相關測試并適合該項目預計可能遇到的沖擊和振動水平。

• 屏蔽

  • 當環(huán)境磁噪聲是重點考慮事項或者會定期造成問題時，連接器應具備屏蔽功能。

  • 對于采用屏蔽功能的連接器，可能需要考慮是否僅特定零件需要屏蔽，或者（對于電纜的情況）是否需要對整條路徑統(tǒng)一進行屏蔽。以以太網電纜為例。如果環(huán)境條件良好，則可使用一些基本的以太網線纜和 8 位模塊化連接器。但是，隨著環(huán)境磁噪聲增加，則需要考慮/使用具有屏蔽功能的模塊化連接器和以太網電纜。

  • Wurth Electronik的有效 EMI 屏蔽概念應用說明是參閱屏蔽問題相關信息的良好參考。

• 對于油、溶劑或任何類型的化學品和腐蝕，可能無法找到既符合其他規(guī)格又具備適應此類環(huán)境的額定值選擇。某些情況下，如果額定值達不到要求，可能需要與制造商就獲得能用于此類環(huán)境的連接器變體而進行溝通。

  • 以下是一些關于此類環(huán)境危害的信息：

    • 嚴苛環(huán)境連接器選材指南，Amphenol

    • 電化學（電解）腐蝕，Samtec

• 連接器是否需要侵入防護

  • 侵入防護級別表示連接器可防止固體/灰塵和潮氣/水進入其受保護區(qū)域的程度。如果這是一個重點考慮事項，應在選擇連接器的過程中進行考慮，這樣可排除不符合侵入防護要求的所有其他選項。

  • 侵入防護等級格式 IPX1X2YZ

    • IP = 侵入防護

    • X1

      • 0 - 無特殊防護

      • 1 - 針對 50 mm 以上的固體提供防護，如人手意外接觸

      • 2 - 針對 12 mm 以上的固體提供防護，如手指

      • 3 - 針對 2.5 mm 以上的固體提供防護（工具和電線）

      • 4 - 針對 1 mm 以上的固體提供防護（工具、電線和細電線）

      • 5 - 針對灰塵提供有限侵入防護（無有害沉積）

      • 6 - 完全防塵

    • X2

      • 0 - 無防護

      • 1 - 針對垂直下落水滴的防護，如冷凝水

      • 2 - 針對偏離垂直方向最多 15° 的直接噴灑水防護

      • 3 - 針對偏離垂直方向最多 60° 的直接噴灑水防護

      • 4 - 針對各方向的噴灑水防護 - 允許有限侵入

      • 5 - 針對各方向的低壓噴射水柱防護 - 有限侵入

      • 6 - 臨時淹水防護，如用于船甲板 - 允許有限侵入

      • 7 - 針對 15 cm 到 1 m 的浸泡作用防護

      • 8 - 長期加壓浸泡防護

    • Y 和 Z

      • 不常用

      • 可用于表示多種規(guī)格。以下信息有助于定義 Y 和 Z

    • 這是我從Switchcraft的工程設計團隊獲得的資料 -“IP 編碼在 IEC 60529 中定義。下面提供的快照包含了基本信息。”（圖 10）

圖 10：IEC 60529 中定義的 IP 代碼。（圖片來源：Switchcraft）

• • 其他規(guī)格可在可選數(shù)字上進行擴展。DIN 40 050 針對公路車輛的電氣設備加入“K”選項。例如，IP69K 表示針對高壓/蒸汽噴射清潔 (9K) 防護的防塵 (6) 外殼。

  • 關于詳細規(guī)格信息，請參考以下鏈接：

    • Omron 的侵入防護 (IP) 級別

    • Wikipedia 的IP 代碼

    • Engineering Toolbox 的IP – 侵入防護級別

額定電流和電壓

• 需要多大額定電流？

  • 選擇連接器時，應該要選能處理最大預期電流的連接器。

  • 建議盡可能選擇能處理高于預期電流的連接器，為任何非預期過電流提供余量。

  • 有的連接器未在說明文檔中列明電流。對于這種情況：

    • 如果是板安裝連接器，嘗試找到電纜安裝的嚙合處。連接器的線規(guī)可用于查找額定電流。

    • 請參考本鏈接，查看 AWG 額定電流轉換。