一种小型化高压电连接器设计

李忠奎，管杨杰

(1.贵州航天电器股份有限公司，贵州贵阳，550009)

1 产品功能、用途

产品单芯接触件需提供270V直流、20A大功率传输的产品，通过插头与插座对接与分离实现电能号的传输与断开，产品对接锁紧后，能够保证在规定的力学环境下接触可靠连接。

2 产品设计

2.1 接触件结构设计

本项目大功率电连接器接触对采用刚性插孔以及开槽式弹性插针接触件进行对接实现导通。插孔及插针的结构图如图1所示：插针头部为周圈对称的四开槽结构，插针口部的直径比插孔的内径

图1 大功率接触件结构示意

图2 插针应力分布图

图3 塑性变形分布图

大，在对接时，插针进入插孔时，插孔使插针“收缩”，产生弹性变形，插针有回弹的趋势与插孔内壁形成可靠电接触。通过三维建模，并仿真分析得出接触对在对接状态下弹性插针的应力分布(见图2～图3)。根据仿真结果，确定了插针与插孔的过盈尺寸，能够满足接触可靠性的要求。

接触件是电连接器的核心部件，本项目产品的接触对设计继承已定型的J220系列电连接器产品，其设计基线是ATI公司的样品及样本资料，在设计时，对国外ATI样品的接触件进行了详细的测绘及材料分析工作，根据测得数据。

2.2 耐高压设计

a)接触件之间的电气间隙设计

产品工作电压为270V DC，产品直接与外部电网电源连接，因此所处的电路为一次电路，绝缘类型按最高等级：加强绝缘进行设计。污染等级定为等级3：适用于设备内局部环境受到导电污物污染的地方。通过上述信息，查GB4943表3(见图5)可以得到产品的最小电气间隙为4.0mm。如图4所示，产品基孔间距设计为8mm，插头最小电气间隙为4.25mm,插座最小电气间隙为5.24mm,满足最小电气间隙为4mm的要求。

图4 产品电气间隙

图5 最小电气间隙(摘自GB4943)

b)对接界面设计

通过在产品的接界面设计界面密封垫，使产品对接到位后，压缩界面密封垫，将接触件之间的空气排出(见图6)，由于此时在接触件之间的介质为界面密封垫，其介电强度远远高于空气，因此产品的耐电压性能能够得到极大提高。

图6 产品对接示意图

c) 尾端堆胶排除空气介质设计

插头端产品尾端通过堆胶的方式将接触件引脚之间的空气间隙用胶液进行填充，而胶介质的介电强度远远大于空气介质的介电强度，常态下，J220所用的灌封胶介电强度为5.8Kv/mm，空气的介电强度为2000v/mm，因此，采取上述措施能够大大提升产品的耐电压性能；另外，插座端接方式为弯插印制板式产品，为提高产品可靠性，建议产品焊接在印制板后对引脚尾端进行堆胶处理。

3 试验验证

通过生产产品进行试验验证，产品海平面测试1800V DC耐电压持续1min，无击穿现象，已达到使用电压270V DC的6.6倍(根据相关标准，耐电压至少为使用电压的3倍)，满足使用要求。

4 结论

通过对实际产品耐电压设计分析及试验验证，可以得出以下结论：在考虑产品耐高压性能时需要根据产品的实际使用工况查询标准确定其最小电气间隙要求，在设计时进行保证；另外，导体之间的空气介质应该采取措施尽可能排除，采用橡胶、结构胶等介电强度更高的介质填充。