电连接器的耐温设计

连接器的规格书通常都会标示使用温度operation temperature,这个使用温度规定了连接器正常工作的温度范围，通常由连接器的目标使用环境决定。例如，对于汽车连接器，US-CAR2 规定了不同使用位置的不同耐温等级从-40°~85° 到-40°~175°。

那么问题来了，在设计连接器时如何满足规格书或标准所要求的使用温度等级呢？哪些因素决定了连接器的使用温度呢？这些因素是如何影响耐温呢？

影响一：金属材料

电连接器最常用到的材料为金属和塑胶；金属提供从最基本的接触导电到电磁屏蔽等功能，它的失效模式主要是弹力疲乏，宏观表现是受力状态下正向力的缓慢降低，微观原因是由于金属晶格在应力作用下发生蠕变。每种合金由于成分金相和冶金处理方法不同，他们在出厂时所表现的对温度抵抗能力是不同的。应力释放跟所受应力温度和时间相关，工程上表征材料热抵抗能力的工具是应力释放曲线。通过测量受应力状态材料在恒定温度随着时间偏移的剩余应力可得材料的应力释放曲线。

不同应用对应力释放的敏感性不同。在汽车连接器应用上，通常要求被使用弹片在150度温度下经过3000小时老化后还能保持70%初始应力。而在其它应用上，需要保证在最大操作温度下经过一定时间还有相当的剩余应力。

一款产品的生命周期非常长，如何短时间内测定一款材料或一个设计在给定温度下的的性能呢？这就要使用加速测试，确定加速测试的温度和时间的最简单的办法就拉尔森·米勒公式。

影响二：塑胶材料

对于塑胶材料，UL用来衡量材料的长期使用温度的参数是RTI(Relative Thermal Index)。UL 黄卡上所标示的RTI代表在使用10万小时力学性能(RTI MECH)或电性能（RTI ELEC)降低50%的温度, 这个参数表征材料的长期使用温度，并且会预留一定的安全裕量。

那么应该如何确定需要多大的RTI呢？简单的设计考量是RTI值需要大于温升加上环境温度。温升可以通过端子的温升曲线得出，环境温度是由设计输入定义。

上图是一个最简单的温升曲线，如果已知端子的额定电流，则通过额定电流找出对应温升值。

影响三：连接器结构

连接器的结构将影响热量聚集还是散失，最终决定内部最高温度。

对于传递功率的连接器来说，电流引起的焦耳热是主要的发热形式。热的传递有三种形式：传导、对流和辐射。那么连接器是否利用了这三种形式设计了散热结构，例如是否有预留金属部件将热量传递出去，是否有设计散热翅片通到风扇或者自然风能到达的地方。例如欧洲的新能源车倾向与使用金属外壳的连接器，部分原因是他们的散热效果更好。

设计有合适的散热结构，将增加连接器的安全性和寿命。在设计时可根据结构环境调整安全系数，例如在有散热结构时可以使用较低安全系数从而获得经济性。

连接器即连接两个有源器件的器件，传输电流或信号，也叫接插件，在电子品领域连接器应用广泛，但是电子产品容易发热发烫，这对连接器也是一种考验，随着现在VR以及AR等很多功能的应用，对连接器的要求也越来越高，所以耐高温就成了重中之重，以上分享给各位同行交流。

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