自短路连接器的结构(上)

摘要：论述了自短路连接器的基本设计原理，着重探讨了自短路结构的设计要点，同时分析了连接锁紧结构和密封结构的设计，最后介绍了几种自短路连接器的结构形式和关键问题的解决办法。

关键词：连接器；自短路；卡口；密封

引言

　　在一些特殊的连接场合，要求连接器具有自短路功能以增强系统的安全性。为满足上述要求，采用具有自动短路功能的连接器(自短路连接器)无疑是一种首选的解决方案。自短路连接器不同于一般电连接器的最大特点是根据使用要求可以分别自动实现短路与解除短路的功能。也就是说配对的连接器在相互分离后，连接器中各接触件自动与外壳导通，即处于自短路状态；连接器插合后，短路状态自动解除，恢复到正常连接状态。

　　自短路连接器可广泛用于高抗干扰设备控制系统中，特别适合应用于设备误动作产生严重后果的场合。

自短路连接器的分类及特点

　　按照连接器电接触件数量的多少可以分为单芯自短路连接器及多芯自短路连接器，单芯自短路连接器相对来说结构较为简单，只要解决单个接触件与外壳之间的自动短路问题即可，而多芯自短路连接器相对来说则更为复杂，不但要解决接触件与外壳之间的自动短路问题，还要解决接触件与接触件之间的自动短路问题。

　　按照自短路功能解除的时序性可以作如下划分：一种是当连接器插合时，首先解除短路功能，再实现接触件正常插合；另一种是当连接器插合时，首先实现接触件插合，再解除短路功能；还有一种是对时序性不作要求的。

　　按照连接器中接触件组合的不同，可以分为高低频混器式自短路连接器，光电混装式自短路连接器，含有流体通道的自短路连接器，以及混合电(低频、高频)、光、流体(气体、液体)于一体的自短路连接器，这些连接器从本质上来说都在自短路连接器的基础上增加了其他通道。

　　按照自短路功能在插头上还是在插座上可以分为自短路插头连接器与自短路插座连接器，这两者的自短路结构并无本质区别，只是在外壳结构的设计上有所不同而已。

　　在自短路连接器的基本结构上进行一定的扩展，如在连接器上设计相应的浮动结构，再配合适当的导向机构，则可以成为具有自动对准功能的自短路连接器，可安装于固定导轨上，满足机械插合的要求。

主要性能指标

　　自短路连接器不同于一般电连接器的主要区别是具有自短路功能，短路电阻是其特殊的性能要求，一般要求是接触件间的短路电阻≤15mW，寿命试验后≤30mW。

　　另外根据其应用场合的不同，指标的要求各不相同，常见的技术指标有：
　　接触件数目：19-40芯；
　　工作电流：5A或3A，DC；
　　接触电阻：≤10mW；
　　介质耐电压：1000V，50Hz，1min无击穿；
　　绝缘电阻：≥1000MW；
　　大气压：0.26E5～1E5Pa；
　　浸水：1m，2h；
　　温度冲击：-550-3℃，+1250+3℃；
　　耐湿：240h；
　　振动：10-2000Hz,147m/s2；
　　冲击：760m/s2；
　　加速度：490m/s2；
　　盐雾：96h。

自短路结构

　　·自短路结构的基本原理
　　对于自短路连接器而言，采用何种结构来实现自短路功能是设计上的难点和重点。分析配对连接器的插合与分离过程，我们知道在插头与插座之间有一个轴向的位移，具体来说，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啮合，而当分离时，情况则相反。在设计自短路结构时，必须充分利用这一特性。

　　我们再来分析一下连接器的自短路功能：当连接器未插合时，存在自短路功能；插合到位时，自短路功能失效；而当连接器分离后，又自动恢复自短路功能。由前面的分析可知，连接器的插合与分离过程中存在轴向的位移，我们就可以利用这种位移关系来设计适当的自短路结构实现上述特定的功能。

　　综上所述，自短路结构的基本设计原理可以表述如下：当连接器未插合时，存在一个短路件(单个零件或由多个零件组件而成的部件)将连接器中所有的接触件及外壳互相导通，实现所谓的短路功能；当连接器插合时，短路件产生相应的位移，插合到位时，此短路件处于一个特定的位置，此时它与接触件之间是不导通的，处于短路解除状态，也即自短路功能失效，而插头与插座中的接触件此时正常导通；当连接器分离时，短路件又产生位移，自动逐渐恢复至原来的位置，实现短路功能。值得强调的一点是，解除短路和实现短路是通过连接器正常插合来实现的，而无需其他额外的动作，这是自短路结构最基本的要求，也是自短路连接器在本质所在。

　　·针孔型自短路结构
　　为了实现连接器在非插合状态时处于短路状态，而插合后自动解除短路，分离后又自动恢复短路状态的功能，根据自短路结构的基本原理，在连接器中设有一块短路板(如图1所示)，可以根据其在插头中相对位置的不同而处于短路或短路解除状态，具体分析如下：

图 1 自短路结构示意图

　　当插头处非插合状态时，短路板在弹簧弹力的作用下处于如图2所示的位置，各个接触件(弹性插针或插孔)及外壳与短路板处于连通状态，达到短路的目的。

图 2  自短路状态示意

　　当插头与插座插合时，短路板在插座绝缘子的推力作用下向后运动，同时弹簧压缩，从图3可以看出，短路板已运动到绝缘套上，此时短路板与接触件的短路功能已解除，头座中的接触件还未接触。

图 3  短路解除状态示意图

　　当插头与插座完全插合时，如图4所示，短路板运动到与插头中各接触件互相绝缘的位置，处短路解除状态，而插头与插座中的接触件已正常连通。

图4  正常插合状态示意图

　　当头座分离时，短路板在弹簧的作用下自动向前动动，头座完全分离后，短路板又恢复至如图2所示的位置，自动恢复短路功能。(待续)