如何使用密封式连接器实现适合恶劣环境的设计？

设计人员正在将越来越多的电子器件挤进越来越狭窄或捉襟见肘的空间，尤其是在交通、工业系统和像洗衣机这样的智能家电中。在这样的应用中，由于灰尘、湿气、极端温度和机械应力的影响，互连布线可能导致许多可靠性挑战。

即使在同一个系统中，各个连接的要求也会大相径庭。携带低压数字信号的电缆与携带高电压的用于电机和配电的粗线相比，存在不同的互连问题。连接器选择错误会导致完全或间歇性信号故障、昂贵的停机时间和维护问题。

电缆互连解决方案要足够坚固才能满足应用的需要，本文将讨论在选择合适的坚固型电缆互连解决方案时可能遇到的挑战，并将解释如何通过适当使用 IP67 级和 USCAR-2 2 级密封电缆连接器系统，来确保可靠的互连，同时降低维护和维修成本。最后，将介绍来自 Molex 的各种 IP67 级和 USCAR-2 2 类密封电缆互连解决方案，并展示如何使用它们来满足一系列应用的要求。

工业互连设计注意事项

工业环境设备的设计人员必须考虑到颗粒物污染、液体和极端温度因素。此外，工业系统必须做好准备，以应对因环境或设备变化而产生的不可预知的情况。

工厂和仓库等工业设施使用了各种各样的互连解决方案，其中许多都是重型设备。汽车和卡车也属于移动的工业环境。对于这些互连情况，必须考虑一些一般的准则。最基本的要能防范任何类型的颗粒物，从铁屑和金属碎片到灰尘和细粉。颗粒物越细，漂浮在空气中的概率就越高。例如，重型设备产生的普通粉尘、烟尘和其他细小颗粒会被风扇和通风系统吹至高空，并降落在距其源头位置数米之外。这些微粒可能进入任何未密封的开口，包括配接好的连接器，并污染内部表面。这可能会导致配接问题，从而因连接障碍造成间歇性故障，直至完全失去接触。此外，如果颗粒物具有磨损性或腐蚀性，则可能导致永久性的连接器故障，需要进行昂贵且耗时的更换。

在工业环境中也可能发现各种液体。水、汽油、油脂和各种化学品在重型工业环境中很常见。假如这些液体以液体或蒸汽的形式进入配接的连接器系统，就可能会造成短路，再而导致设备故障。

IP67 级互连系统

业界没有为不同的工业环境条件制造不同的连接器，而是标准化地使用 IP67 级电线、电缆和连接器系统。尽管两个字母 IP 是英文“International Protection rating”（国际防护等级）三个字的缩写，但其非官方描述“Ingress Protection”（侵入防护）更广为人知且含义更准确。IP67 定义了互连系统对微粒和异物的抵抗能力以及防水能力。

IP67 中的 "6" 表示互连器件完全不受任何颗粒物（包括细小灰尘）的影响。这主要是通过在两个配接连接器的配接外壳间进行紧密密封来实现的。"7" 表示 IP67 互连系统可以浸入一米水深长达 30 分钟。这对大多数工业环境来说已经足够了。

两个连接器的配接外壳之间进行紧密密封很有用，但防水性主要是通过连接器衬垫来实现的，通常这不仅可以防水，还可以抵抗许多化学物质。不同的衬垫材料对不同的化学物质有不同的耐受性，所以在选择互连系统时，使用的衬垫材料是一个重要的考虑因素。

连接低功率数字信号

当然，不是所有的电缆互连系统都有相同的需求。深处 IP67 级设备内部的数字逻辑信号的互连解决方案通常只需要处理 5 伏或更低的电压，电流也只有 500 毫安 (mA) 左右。这些低功耗信号使用细小的轻型电缆连接器，通常不会受到太多物理干扰。连接器必须易于配接，以实现快速的设备组装，并且重量要足够轻，不会对电缆组件中的低电流导线产生任何压力。针对这些互连应用，Molex 推出了 Mizu-P25 小型线对线连接器系统。这些通过 IP67 认证的防水连接器在方便、紧凑的外壳中实现了对配接组件的防尘和防水。

举例来说，Molex 0521160240 插头和 Molex 0521170240 插座双位防水连接器系统就是一个配好对的 IP67 级 Mizu-P25 连接器（图 1）。当两个连接器完全配接后，其长度仅为 25.5 毫米 (mm)，适合狭小、拥挤的机箱。

图 1：Molex Mizu-P25 0521160240 插头和 0521170240 插座双位配接连接器系统可提供可靠的防尘、防水保护。配接后的连接器仅有 25.5 毫米长，且在正确配接时会发出确认可靠连接的咔塔声。（图片来源：Molex）

每个连接器的外壳和盖子都是由聚酯纤维制成的，这种材料具有很好的耐水性和阻燃性，且长期暴露在阳光下也不会褪色或开裂。聚酯纤维连接器还具有抗断裂性，在正常使用过程中会弯曲，同时会抗变形。这使得该连接器系统足够坚固，在设备装配时可以进行粗暴的操作。聚酯纤维连接器还具有优异的抗剪性，非常耐受连接器配接和未配接时出现的滑动磨损。

该连接器的环形密封圈和线端密封件均采用了硅胶衬垫，可提供气密性密封，防水、防尘。硅胶衬垫和密封件能在低温下保持柔性，使得这些连接器成为冰箱和户外低温设备等低温设备的理想选择。这些连接器有两个 5 mm 间距的位置，安全地隔离了两个信号。它们由用户使用压接引脚进行组装，组装轻松简便。

无论系统开发人员选择何种压接端子，该连接器系统均可实现简单、方便的配接。当正确配接时，连接器会发出清晰的咔嗒声，以指明连接器已牢固连接。这有助于技术人员在系统装配过程中确保紧密的配接密封。

这款 Molex Mizu-P25 连接器系统的额定电压为 250 伏，工作温度范围为 -40℃ 至 +105℃。这使得 Molex Mizu-P25 0521160240 插头和 0521170240 插座连接器系统适用于白色家电和许多寒冷天气工业系统。IP67 防护等级向设备设计人员表明，连接器系统是安全的，可以防水、防尘，不需要对连接器系统进行大量的环境测试。

便于维护的坚固、密封型互连系统

有时，互连系统需要处理更高的电流，且要便于在恶劣环境中进行维护。因此互连系统不仅需要提供一个安全的连接，不会意外断开，而且还需要在维护操作时易于断开。对于这些情况，设计人员可以使用 Molex 的 Squba 密封式线对线互连系统。Squba 连接器也是 IP67 级，并能以更小的外形尺寸提供更多的功率。例如，Molex Squba 2042230004 插头和 2042200004 插座是间距为 1.80 mm 的四位连接器，可提供可靠的电源和信号传输（图 2）。

图 2：Molex Squba 2042230004 插头（左）和 2042200004 插座（右）是一个四位互连系统，旨在为潮湿环境中的大电流连接提供坚实的保护。（图片来源：Molex）

这些 Molex Squba 连接器使用压接端子，并在正确连接时提供咔哒声反馈。插座上的连接器锁扣采用扁平外形，最大限度减少了被外部设备卡住的机会。锁扣确保了连接牢固、安全，维护时用手指向上用力掰即可轻松将其断开，也可以用标准撬锁工具。

Squba 插头和插座外壳都是由尼龙制成的，非常坚固，可以耐受大多数工业化学品。这使得 Molex Squba 互连系统适用于任何连接器可能被移动、推动或受到设备影响的环境。该互连系统通过硅胶密封圈密封，防尘、防潮。

每个连接器引脚可提供 125 伏的交流或直流电。推荐线径为 22 至 24 AWG。使用压接到 22 AWG 绞合线的引脚时，每个引脚在 30°C 时最大可处理 5.25 安培 (A) 的电流，最大载流能力达 21 A。由于最大电流容量随温度变化而变化，因此设计人员需要密切关注连接器说明文档，确保连接器的预期通过电流符合条件要求。

工作温度为 -40°C 至 +105°C，加上 IP67 防护等级，使得该连接器适用于如 HVAC 系统、饮料分配设备和必须在寒冷或潮湿环境中工作的工业设备等环境。

多电路水下互连

有时，一个互连系统并不是在一根电缆上互连相同的信号那么简单。偶尔，必须在同一条电缆上传输多种电路类型，包括数字信号、大电流控制信号和电源连接。这些情况下，需要一个能够处理不同尺寸触头的混合互连系统。对于这些应用，设计人员可以使用 Molex 的 MX150 Hybrid 电缆组件互连系统。MX150 Hybrid 系统通过了类似于 IP67 等级的 USCAR-2 2 级密封要求的验证。USCAR-2 2 级标准要求通过浸入水中的压力真空测试。

装配后，Molex MX150 Hybrid 是一个完全密封的连接器系统，适用于配接后连接器可能被淹没的情况，或用在液体和高压喷水很常见的非常潮湿的环境中。

Molex MX150 Hybrid 1601126001 12 位插头和 1601116006 12 位插座（图 3）可以混合包含最多 10 个 1.5 mm 刀片式端子和最多两个 2.5 mm 刀片式端子。1.5 mm 端子可用于传输低电平逻辑信号，而两个 2.8 mm 刀片端子可用于传输高达 22 A 的电流，因此使得该互连系统适用于需要用单一线束将电源和数据传输到单一机器上的汽车和工业应用。

图 3：Molex MX150 Hybrid 1601126001 12 位插头（左）及其配套的1601116006 插座（右）可以在水下互连系统中安全地混合处理 1.5 mm 和 2.80 mm 刀片端子。（图片来源：Molex）

MX150 IP67 Hybrid 互连系统在完全组装并连接后，不会受到污垢或灰尘的污染。它可以潜入水下，在 -40℃ 至 +125℃ 的温度下工作。连接器外壳是尼龙与玻璃组合体，非常耐用，可耐粗暴操作和轻微冲击。这使得这种互连系统适用于恶劣的工业环境和许多消费类电器，以及汽车发动机应用。在这些应用中，连接器需要承受极端的温度、高压喷水和重物的猛烈撞击。

Molex MX150 Hybrid 1601126001 插头和 1601116006 插座需要作为电缆或线束的一部分进行组装。该组件需要将端子插入插头和插座中。但是，装配技术人员有时可能没有将端子完全插入连接器外壳，导致连接不可靠。对于这些情况，每个连接器都带了一个端子位置保证 (TPA) 外壳。

在成功将端子插入 TPA 外壳的过程中，装配技术人员会感觉到端子被牢牢地锁住。如果端子插入不正确，插接后插头和插座将无法锁定。这样可以保证端子正确插入，并提高了系统的可靠性。

结语

工业、运输或家用电器系统的设计人员需要确保其连接能够抵抗恶劣的应用环境因素影响，包括狭小的空间、灰尘和污垢、极端的温度、液体和油类以及其他渗透性物质。为了帮助简化设计过程，设计人员可以寻找专门设计的防护等级达 IP67 级的连接器，否则就要同时解决灰尘和污垢渗透，以及湿气和液体渗入问题。

如上所示，市场上 IP67 级连接器选择多种多样，可满足从低电平数字信号到大电流电力传输等各种应用的需求。选择正确的 IP67 级连接器组件可确保系统的可靠性，并将昂贵的停机或维修风险降至最低。