矩形连接器簧片式自短路结构的设计与分析

2014-03-05王存燕

机电元件 2014年6期

王存燕

(临沂市龙立电子有限公司，山东临沂276017)

1 引言

在电气控制系统某些有特殊要求的场合(如设备误动作将产生严重后果)中要求电连接器在插头插座分离时有自动短路保护功能，以增强整机的安全性。也就是说配对的插头、插座在相互分离后，插头中纵向两插孔自动导通，处于自短路状态，而插头、插座插合后，首先实现接触件插合，再解除纵向两插孔的短路功能，恢复到正常连接状态。本文正是针对这种要求进行的产品开发。

2 自短路结构的设计思想

图1 矩形连接器结构示意图

图1 是矩形连接器示意图。插头与插座之间有一个轴向的位移，连接器插合时，插头与插座互相靠近，同时接触件也逐渐靠近直至完全插合，而当分离时，情况则相反。自短路功能的要求是:当配对的插头、插座未插合时，插头应有自短路功能，插合到位时，插头自短路功能失效;而当配对的插头、插座分离后，又自动恢复自短路功能。

可以利用配对的插头、插座中存在的轴向位移设计适当的自短路结构实现上述功能。自短路结构的设计思想可以表述为:当连接器未插合时，短路件(单个零件或由多个零件组件而成的部件)将连接器中指定的接触件互相导通，实现短路功能;当连接器插合时，短路件产生相应的位移或变形，插合到位时，短路件相互分离，处于短路解除状态，而插头与插座中的接触件此时正常连接而导通。当连接器分离时，短路件又产生位移或形变，自动逐渐恢复至原来的位置，重新短路。这种设计的优点是解除和实现短路均通过矩形连接器正常插合来完成的，无需其他额外的动作。

3 簧片式自短路结构的设计实现

为了实现矩形连接器的自短路功能，根据自短路结构的设计思想，在插头内的插孔上增加一个簧片，在绝缘基座上增加绝缘片。在绝缘片的作用下，簧片随插头的位置变化而产生形变，从而实现短路或短路解除状态。具体分析如下:当矩形连接器处于非插合状态时，插头上的短路簧片处于图2a所示的位置，簧片间因弹性挤压而相互接触，插孔间相互连通，形成短路状态;当矩形连接器未完全插合时，接触件先接触，实现接触对的电连接，但用于断路的插座绝缘片未接触到短路簧片，插孔接触件仍处于短路状态，如图2b所示;当矩形连接器完全插合时，如图2c所示，绝缘片将接地簧片完全隔离，插孔间的短路解除，而插头与插座中的接触件正常连通。

当矩形连接器分离时，插座绝缘片先脱离短路簧片，插孔立即自动恢复短路功能，而插头与插座中的接触件正常连通。当矩形连接器完全分离后，短路簧片及接触对又恢复至如图2a所示的状态。

图2 矩形连接器插合状态

4 簧片式自短路结构的可靠性分析

插头插孔处于短路状态最基本的要求是短路簧片接触良好，尤其矩形连接器处于振动、冲击及加速度的环境时，必须确保接地簧片处于短路状态。一般来说，短路簧片选用采用弹性良好的铍青铜材料，其弯曲形状简洁而有利于加工，将插孔与短路簧片铆接后，短路簧片的最高点位置超过基座中心0.5～1mm，另一短路簧片装入后，两者之间有一定量的预压缩，形成正压力，使得插孔之间具备较好的电气连接性能，因此，插头的短路功能是可靠的;当矩形连接器完全插合时，只要保持绝缘片有足够的强度，且尽可能使绝缘片的宽度大于接地簧片的宽度，插头上每排插孔间的断路功能就是可靠的。

另外，并不是短路簧片的预压缩量越大越好，适当的预压缩量所产生的接触电阻是一个定值，超过该压缩量只能增加压力和摩擦力，其接触电阻并无明显的减少，自短路结构要求的接触电阻不超过10毫欧即可，经测试，本文设计的簧片结构的接触电阻符合要求。本公司的产品实物如图3所示。