恶劣和极端环境中连接器的细微注意事项

工业 4.0 生产、机器人、物流设备、重型机械、运输系统以及石油和天然气生产等作业中使用的连接器通常会暴露在恶劣和严苛环境中，如水和盐雾、灰尘、潮湿、剧烈冲击和振动、极端温度，以及需要维持电磁兼容性 (EMC) 的环境。要满足这些极端要求并确保高可靠性，就需要特定类别的连接器。

根据不同应用，这些连接器需要满足国际电工委员会 (IEC)、美国汽车研究委员会 (USCAR)、汽车工程师协会 (SAE)、德国 AK 集团等机构制定的一系列标准。

本文首先介绍了一些细微的注意事项，如耐候和防水之间的区别，以及不同等级的防水性能。然后探讨了 USCAR-2 与德国 LV 214 振动测试之间的差异。最后介绍了 Amphenol 的一系列连接器，如线对板、USB Type-C®、ix、M12 推拉式、滤波 sub-D 设计，以及可插拔电池解决方案，这些连接器旨在满足严苛和极端环境的要求。

耐候与防水

有些连接器标榜“耐候”。根据美国国家气象局的定义，“天气是指某个时刻某个地点的大气状态，与温度、湿度、风速和风向以及气压等变量相关。”耐候在气象学和连接器领域有着不同的含义。

连接器的技术标准中没有耐候这种说法。连接器规格一般不讨论各种风速等级或气压。天气的气象学定义并未涉及可能影响连接器性能的灰尘或其他颗粒物，但这些包含在适用于连接器的 IEC 60529 外壳防护等级（IP 代码）等标准中。

IP 等级系统

一般而言，耐候连接器专为室外使用和暴露于各种天气中而设计。这些器件的防护等级通常在 IP65 及以上，使用抗紫外线 (UV) 材料制成，能够长时间暴露在阳光下。防水连接器的 IP 等级为 IP67 或更高。虽然将连接器标识为耐候或防水有所帮助，但最好还是确定其具体的 IP 等级。

最低防护等级为 IP11。该等级意味着可以防止 50 mm 的物体（如手）侵入，但水可以进入。连接器的 IP 等级通常要高得多。例如，IP65 等级的耐候连接器暴露在灰尘中 2 至 8 小时不会降低性能，而且还能防喷水，仅允许有限的水侵入。

IP67 等级的防水连接器具有防尘能力，可在 1 米深的水中浸泡 30 分钟而不进水。对于要求更高的应用，还有更高的 IP 防水等级（图 1）。

图 1：侵入防护等级定义。（图片来源： Amphenol）

振动差异

为确保可靠工作，连接器需要有牢固的触点。在工业系统、重型设备和运输应用等高振动环境中，要实现这一点可能颇具挑战性。两个常用的连接器振动标准是 LV214 和 USCAR-2。

这两个标准都参考了 IEC 60068 针对环境测试的 SR（系统要求）系列，涵盖一系列条件，其中包括正弦、随机和冲击激励，以及极热和极冷条件。还参考了 IEC 60512-1-1，该标准对测试期间的目视检查进行了规定。虽然 LV214 和 USCAR-2 有很多共同之处，但也存在一些差异。

德国汽车制造商 AK 集团制定了 LV214。其侧重于使用压接力监测器检测端子的质量。端子必须符合特定的压接力特性标准。压接力监测器用于测量压接过程中施加的压力，确保其符合标准要求。

USCAR-2 的范围更广。其包括所有开发阶段的测试，以及高电压（60 V 至 600 V）汽车应用中端子、连接器和其他组件的现场分析。

这两个标准均将振动分为五个强度等级。在 LV214 中，振动等级为 S1 至 S5，S1 表示最严重的振动，通常出现在轮胎附近，S5 表示最轻微的振动，通常出现在客舱内。S2 等级出现在电动汽车的电池组等位置。USCAR-2 等级包括 V1 底盘振动曲线和更严重的 V2 发动机振动曲线，以及测试期间需要热循环的更高振动测试等级。（表 1）。

表 1：LV214 S2 和 USCAR2 V1 要求显示了随机振动、持续时间、温度循环和半正弦冲击测试的差异。（表格来源：Amphenol）

Amphenol 提供各种工业解决方案。例如，Amphenol 的 WireLock 1.8 mm 线对板连接器符合 USCAR-2 V2 和 LV214 S2 标准。这些连接器专为汽车、电池管理系统、工业和仪器仪表应用，以及机器人而设计。

WireLock 连接器的额定电流为 3 A，可用于美国线规 (AWG) 22 至 26 的导线。该系列产品提供最多 40 针位的双排设计型号，以及垂直和水平通孔及表面贴装配置。有四种用于防止误配接的不同编码颜色（图 2）。

图 2：WireLock 连接器拥有多达 40 针位，符合 USCAR2 V2 和 LV214 S2 标准。（图片来源： Amphenol）

防水型和加固型 USB Type-C

USB Type-C 连接在许多应用中都至关重要，包含工业和恶劣环境。Type-C 定义的是一种连接器样式，而不是协议，它不仅支持高达 10 Gb/s 的数据传输速率，而且还支持电力传输。除了应用于 USB 连接外，这些连接器还可用于 Thunderbolt、外设快速互连标准 (PCIe)、高清多媒体接口 (HDMI)、DisplayPort 以及其他协议。

为了支持最大数据速率，这些连接器中的所有接地部件（如引脚、闩锁和 EMC 板）均进行了接地处理，因此共振得以降低。控制共振可抑制串扰和电磁干扰 (EMI)，并且有助于提高连接器的性能。

Amphenol 提供防水型和加固型 USB Type-C 连接器。防水型 USB Type-C 连接器的防护等级为 IP68，可提供长时间的浸水防护。防水功能采用该公司的液体注射成型 (LIM) 工艺来实现，该工艺会在连接器外部制作防水橡胶 O 形圈，以确保不锈钢外壳完全密封。这些 24 针连接器的额定配接次数为 10,000 次。

在某些应用中，仅仅做到防水还不够。对于这些应用，设计人员可使用 MUSBR 加固型 Type-C USB 连接器。与防水型一样，这些加固型连接器的额定配接次数同样为 10,000 次。

外壳采用 UL94V-0 级黑色工程热塑性塑料，装在压铸锌合金镀镍壳体中，稳定性非常高，能够抵御冲击、振动和撞击。后盖为不锈钢材质，采用导电硅橡胶垫圈密封，支持 IP67 防护等级，工作温度为 -40°C 至 +105°C（图 3）。

图 3：Amphenol 提供防水型（左）和加固型（右）USB Type-C 连接器。（图片来源： Amphenol）

耐候以太网

工业以太网支持多种协议，包括 EtherCAT、EtherNet/IP、PROFINET、Modbus TCP 等，能够为工业 4.0 设施中的实时控制和确定性提供支持。Amphenol 提供各种工业以太网解决方案，能够满足特定的应用需求。这些解决方案的 IP 等级从 IP20 到 IP67 不等。

NDH 系列密封 ix 工业闭锁接口是一种矩形推拉式连接器和电缆解决方案，具有 IP67 耐候等级，同时还采用了抗紫外线外壳，适合在室内、室外和恶劣环境中使用。采用标准 IEC 61076-3-124 配接接口，支持 Cat6A 以太网连接。特性包括（图 4）：

• 推拉式可靠锁定闩锁机构
• 小巧轻便
• 提供可现场端接的插头套件或预制网线组件
• 配接标准 IP20 ix 工业插座

图 4：这款耐候工业以太网连接器（黑色组件）具有 IP67 防护等级，采用抗紫外线外壳。（图片来源： Amphenol）

为恶劣环境而生的 M12

Amphenol 提供一系列针对恶劣环境的产品解决方案，包括 MPronto-12 M12 推拉式连接器。MPronto-12 插头可与来自任何制造商的所有符合 IEC 61076-2-101 标准的 M12*1.0 插座配合使用。这些插头的侵入防护等级达到 IP67、IP68 和 IP69K，支持 M12 A、B、D、K、L、S、T 和 X 编码，因此能够在工业自动化、重型设备、电动汽车和物料搬运设备等应用中以快速而直接的方式提升系统性能。其他特性包括：

• 工作温度范围 -20°C 至 +105°C
• 节省超过 80% 的安装时间
• 咔嗒声提示配接成功
• 比需要配接对的同类 M12 推拉式连接器小

滤波 D-Sub

FCE17 D-sub 滤波连接器可过滤传导和辐射 EMI 产生的干扰，因而能够保护数据信号的完整性。专为汽车、工业、医疗、数据通信和能源行业设计。

提供的滤波性能超过了安装在系统印刷电路板 (PCB) 上的相同滤波元器件的性能，而且通过将滤波元件安装在连接器中，还可减小解决方案的尺寸并降低成本。这些滤波连接器适合标准非滤波连接器尺寸，并且支持简单的 EMI 性能升级。

提供 50 pf 至 47000 pf 标准值的各种低阻抗片式电容器（NP0 或 X7R 电介质），能够满足各种滤波需求。另提供定制电容值。

采用 Amphenol 的应力隔离技术生产的连接器具有出色的机械和热冲击能力。连接器或触点上的机械应力不会导致滤波元件开裂或电气连接断开。此外，外部 EMI 和器件产生的辐射和传导发射会被分流到大地，因而能够提高 EMC 性能。

无人机和机器人可插拔电池

仓库和工厂中无人机、机器人及电动汽车系统的可插拔电池系统设计人员可使用 DURASWAP 可插拔电池连接器解决方案。这些解决方案不仅提供两种电源配置和六种信号配置，而且还提供定制设计。它们可承载 15 A 至 70 A 的连续电流，额定配接次数为 10,000 次。

支持盲配，浮动范围为 ±2 mm。采用先插后断 (FMLB) 技术，能够在电源连接之前建立接地连接，并将接地连接保持到电源连接断开之后。用于面板紧固的金属衬套可承受高扭矩负载，能够实现高效的面板 IP 密封。其他特性包括（图 5）：

• 导销可确保正确配接
• 配接和未配接时都具有 IP67 防护等级
• UL94V-0 级外壳材料
• 工作温度范围 -20°C 至 +90°C

图 5：这些电源连接器采用 FMLB 技术，支持盲配，浮动范围为 ±2 mm。（图片来源： Amphenol）

结语

本文介绍了为恶劣和极端环境选择连接器时的一些注意事项。在某些情况下，有必要区分 USCAR-2 和 LV214 振动测试。随着越来越多的系统在室外使用，认识耐候与防水之间的区别以及不同等级的防水性能就非常重要。最后，应用特定的注意事项还包括在电源连接器中采用 FMLB 技术，以及在高速数据连接器中采用集成式 EMI 滤波元件。