改善电连接器温升的设计要点

电连接器尤其是额定电流大的电连接器产品设计的难点在于温升。本文康瑞连接器厂家介绍电连接器的温升危害。热量传递的方式，在此基础上，提出电连接器的温升应从端子结构、接触阻抗、塑料结构和测试规范等方面进行改进，可为今后的产品设计者提供一些参考意见。

近年来，随着电子设备的快速发展，连接器行业在中国发展迅速，这使得快速充电流行起来。其中，大电流电连接器的作用非常大，作为电能和信号传输的桥梁，广泛应用于移动消费电子产品和工业服务器中。

但如何满足产品的插件使用寿命和电流连续性，并使产品的温升接近输电线路，是大电流连接器设计的难点。大电流连接器要求过载电流大，温升严格，一般不超过30℃。本文康瑞连接器厂家将从温升的危害和温升的基础知识入手，给出产品设计中温升改善的三个代表性方面:端子结构设计、接触阻抗设计和实验测试规范。

温升的基本知识

温度过度升高的危险

在电连接器的设计中，要满足产品的额定电流，是基于电连接器工作时产品的热设计。电连接器产品相互配合通过电流时，由于端子的体电阻和接触电阻，相互配合的产品会产生热量，热量不断积累。当电连接器产品的温度过高时，端子的应力会松弛，接触稳定性下降，接触力降低，导致接触电阻升高，电信号减弱，最终发生短路。高温还会导致端子表面加速腐蚀，缩短寿命周期。严重的高温甚至会导致火灾和爆炸，危及使用者的财产和人身安全。

热量传递方式

热传递有三种基本方式：热传导、对流和辐射。热传导是同一介质或不同介质中的物体之间的直接接触。由于温差引起的传热现象，很多产品都是利用热传导特性来降低温升的。对流是指流动的流体和与之接触的固体表面由于温度不同而发生的热交换过程。

其中，对流传热分为自然对流和强制对流。自然对流是冷热流体密度差引起的流动，强制对流是外力和压力差引起的流动。在产品温升试验中，可以利用对流特性中的强制对流，通过提高强制风冷的风速来降低温升。物体以电磁波的形式传递能量的过程称为热辐射，物体之间的热辐射是相互的。如果有温差，物体就会发生辐射热交换。

改善电连接器温升的设计要点

基本的电连接器产品由塑料主体、称为端子的接触弹性部件和接触涂层组成。在产品中，塑料体将触点弹片相互隔离，不能互通，并将触点弹片固定在塑料体内，对每个触点弹片进行机械和屏蔽保护；接触弹性部件，当产品彼此匹配时，其提供用于在接触部件之间传导电信的路径；接触镀层(Contact coating)是覆盖在接触元件表面的结构，通常是铜合金，以避免接触元件基底金属的腐蚀，并优化接触界面。在电连接器的温升改善方面，主要针对产品的三个部件进行改善。

端子结构设计

(1)材料选择

对于高额定电流的电连接器，端子材料的选择既要保证材料的高导电性，又要保证产品满足一定的机械性能要求。材料的选择一般遵循以下原则：传统电源连接器额定电流低，机械性能高，可选择导电率低，机械性能好的材料，如黄铜、磷青铜等；对于电源连接器LLCR，应选择要求高、额定电流大、有一定机械性能的产品，导电率高的材料也要满足一定的机械性能，如铬锆铜合金。对于具有特别高的额定电流要求并用作静态端子的电连接器产品，端子材料可以由具有几乎100%导电性的材料制成，例如紫铜。在终端材料的选择上，除了满足功能外，成本和采购周期也是需要考虑的重点。在综合性能和成本的比较中，应选择合适的材料。

(2)端子长度的设置

电连接器端子的长度对温升影响很大，端子越长，温升越不利。因此，在满足产品的机械性能和满足端子的接触摩擦距离时，应尽可能缩短端子的长度。

(3)端子横截面积的设计

电连接器产品的温升也与端子的截面积有关。端子的截面积越大，产品的温升越低。因此，在满足产品整体尺寸的情况下，只要满足产品的电气特性，不影响装配，增加端子的截面积就可以大大降低温升。

接触阻抗的设计

接触电阻包括抗压电阻和集肤电阻，接触电阻越小，越有利于温度上升。不考虑材料性质，影响接触电阻的因素有:端子接触时的正向力，在一定范围内增加正向力，降低接触电阻；接触面的设计，接触点数量和面积的增加，电阻的降低，有利于温升；在电镀设计中，端子的接触区域一般选择镀金，镀金的厚度有利于温升，但考虑到成本，镀金的厚度要根据实际需求来确定；终端氧化层，镀层中的金、镍都是不活泼金属，铜容易与空气中的氧气、水蒸气、二氧化硫反应生成氧化层，会降低有效接触点，导致温度升高。

塑料散热结构设计

在塑料件的设计中，当塑料结构满足端子保持和相互配合的要求时，应在塑料表面对应端子接触区域出现高温点的位置开设气孔，通过对流快速散发大量热能，可以降低此处的温升。同样，在产品的其他塑料部件中，使用材料逸出孔也有利于产品的散热。

实验标准设计

从产品设计到产品实物组装，产品开发并没有结束，只是产品开发的一半，产品测试符合规范，才是最终的完成。其中，温升测试是电源连接器测试中最关键的测试，很多产品因为测试不规范而被判定为不合格，所以产品测试规范的设计也很重要，主要表现在以下几个方面:

(1)初始温度的选择

在温升试验中，试验结果根据产品前后的温度差是否小于30℃来判定产品是否符合要求。因此，在产品测试前选择初始温度同样重要，因为测试规范中一般没有对环境初始温度的具体要求。很多工厂的内部实验室并不具备恒温的条件，同样的产品，同样的人，同样的机器进行测试验证，测得的温升也相差很大。因此，在一般的测试中，要求实验室在25℃。

(2)热电偶的选择

在现行的测试规范中，只定义了测试线的线径，而没有具体定义热电偶的线径。分别使用不同线径的热电偶，同一样品的温升差别很大。因此，在温升试验中，采用大线径的热电偶可以保证测量结果的稳定性。

(3)测试PCB结构设计。

在温升测试失败的情况下，通过热成像发现温升的高点在测试PCB上，对产品温升测试影响较大。要降低测试PCB对产品温升测试的影响，可以从两个方面改进PCB设计:(1)增加铜箔的厚度和层数，既降低了铜箔的电阻又增加了铜箔的散热；(2)增加铜箔的面积，通过走线将热量带到PCB上，降低温升。

(4)测试条件的影响

目前很多产品都是通过加风扇进行风冷测试的。大电流电源连接器温升试验中是否加入风冷，对产品的试验结果影响很大。在其他测试条件相同的情况下，同一产品是否增加了风冷，测试结果差异较大。目前很多终端客户明确在测试中加入风冷测试。在产品设计初期的有限元分析中，应加入过冷工况进行分析，以真实反映产品测试的真实情况。

摘要

目前市场上对电源连接器额定电流的要求越来越高，对产品性能和质量的要求也在逐步提高。在提高产品质量的同时，还要考虑成品成本。在开发产品时，要开发合适的大电流连接器。在大电流连接器的设计中，要考虑以下两个方面:尽可能降低端子的导体电阻和接触阻抗，使最高温度处于有利通风的位置，利用对流散热。温升试验中是否加入空气冷却对结果影响很大。目前很多客户都有这个要求。在塑料设计中，巧妙地利用产品逸散材料，使产品有充足的空气流动，绝对要避开发热处的死角，因为热量的积累对温升影响很大。

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