保險絲插座連接器溫升設計及測試

2018-03-20 07:35:15

機電元件 2018年1期

關鍵詞：設計

(貴州航天電器上海研發中心，上海，200436)

1 前言

在網絡通訊設備中，電源連接器可用于給配電盒傳輸電流。當電源系統提供的電流大于設備能承受的額定電流時，設備會受到損壞，此時需要斷開電路，因此要在連接器上增加一個保險絲來管控電流，當保險絲通電時，由電能轉換的熱量使可熔體的溫度上升，當溫度達到和超過可熔體的熔點時，就會使可熔體融化、熔斷而切斷電流，起到了安全保護電路的作用。為此，我們開發了一款保險絲插座連接器，當電路出現超載電流時，保險絲熔斷，同時LED亮紅燈,由此實現斷路及報警的功能。

2 產品介紹

插頭及保險絲插座如圖1所示。

圖1 插頭和保險絲插座

產品的性能要求如下：

a)額定電流：36A；

b)額定電壓：60V；

c)接觸電阻≤3mΩ；

d)耐電壓：1500V(AC)/分鐘；

e)工作溫度：-40℃～+105℃；

f)鹽霧：48h；

g)濕熱循環：96h；

h)溫升：不大于30℃，(插頭和插座接觸位置溫升小于30度，保險管位置溫升小于45度)。

2.1 設計原理

為便于保險絲的更換，保險絲插座分為兩體式結構：保險絲插座合件1和保險絲插座合件2。保險絲插座合件2組件中裝有保險絲，保險絲插座合件2裝入保險絲插座合件1，形成完整的保險絲插座,如圖2。

保險絲插座合件2中除了保險絲之外還有與之并聯的電阻與LED燈，電阻與LED燈通過彈片卡接的形式串聯在一起，同時，串聯后的電阻與LED燈通過彈片與保險絲形成并聯電路的連接,如圖3。

保險絲插座合件1中有與機柜內部電源連通的正、負極接觸件，同時要有與保險絲插座合件2中的保險絲配合導通的接觸件，如圖4。

圖2 保險絲插座主要結構

圖3 電路組裝圖

圖4 接觸件與保險絲配合圖

2.2 電流過載保護功能的設計

產品的功能要求在電流過載的情況下，電路會有警示作用的LED燈來指示電路的通斷，這就要求在正常的情況下，電路中的電流是經過保險絲形成的回路，當電流過載，保險絲熔斷的時候，電路通過另外的一條電路來形成電流回路，并且要有LED燈的點亮來指示電路中的電流已經過載，基本的電路形式[1]如圖5。

基于產品的電路特點，要求在設計的時候，電阻與LED燈要串聯后再與保險絲形成并聯電路，結構如圖3，電阻與LED燈通過彈片1連接形成串聯電路，保險絲與電阻、LED通過彈片2形成并聯的電路連接。

圖5 功能電路圖

2.3 連接器熱源分析

對于電源產品，溫升是一項至關重要的指標，根據IEC的標準，正常的使用情況下，產品的溫升不能超過30℃[2]；產品的溫升影響因素主要是工作的電流、接觸件的材料、長度、橫截面,使用環境等因素。

接觸件材料選擇導電率較好的紫銅材料作為產品的接觸件，同時根據標準對接端的尺寸要求，厚度選擇0.8mm，最長接觸件的長度為54.9mm，最小橫截面積5.68mm2，在滿足溫升不超過30℃的情況下的溫度上升計算如下：

△T=J2*L2/2*γe*κ*A2

(1)

式中，△T：溫升；J：電流值；L：接觸件長度；γe：接觸件導電率； A：接觸件橫截面積；κ：熱導率。

由(1)△T=302*54.92/2*97*226*5.682=1.917℃<30℃。由理論的計算，接觸件的設計滿足設計要求。

經測試插頭和插座接觸件對接的接觸電阻為0.5 mΩ，保險絲的體電阻為1.4 mΩ[3],為產品的主要發熱源，這為溫度測試點的選擇提供了依據。密封環境下空氣不流通，金屬接觸表面的不規則性會對溫度的測試結果有影響[4]。

3 溫升測試步驟

a.在分析的基礎上向硬件設計人員和熱設計人員了解各單板關鍵元器件和發熱元件的位置及名稱，產品對熱設計的規格要求，測試選擇器件的溫度判定參數的限值要求及器件的熱性能參數，與設計人員充分溝通，了解熱設計文檔。

b.確定測試內容，擬定測試方案，然后繪制有關測試表格，選擇測點。測點的選擇不能盲目，必須在分析的基礎上找出關鍵點和熱點器件作為測點。

c.配合相關測試人員，完全按照標準配置實驗環境。

d.將所有熱電偶的正負級導線接到數據采集器的通道接線端子上，并在熱電偶的接線端和測量端附近貼上標簽標明通道號。開啟數據采集器，觀察各熱電偶的監測溫度是否與室溫吻合，然后用手捏住探頭，觀察溫度是否迅速上升，如果有異常點，則表明熱電偶感溫端斷開或導線連接不當，應及時處理。

e.布置熱電偶并固定。熱電偶可以從單板拉手縫隙及其他縫隙引出機箱或機柜，因此可以在不破壞設備工作現場的前提下同時進行多路溫度測量[5]。

f．接通設備電源，要求檢驗人員配合加測試負載，使設備在額定功耗下工作，監視測點的溫度變化，如果有元氣件的溫度超過允許的最高溫度，要終止試驗。待達到溫度穩定后，記錄并保存測試數據。當發熱元器件表面溫度每小時變化波動范圍在±1℃內時，可以認為達到穩定溫度。一般數據器件穩定時間在設備加熱后至少需要1.5小時，模擬器件加電后至少2小時，有條件則盡量延長穩定時間。若在設備加電狀態下更換了散熱條件，需要至少0.5小時的穩定時間。如果測試采用較先進的顯示溫度變化曲線的測試儀，可通過溫度曲線來判定溫度是否達到穩定狀態。

g．如果還要進行其他方案的測試，需要等溫度再次穩定后，再記錄新的數據。

h．溫度測試數據的后處理，必要時對測試數據進行直觀的圖表處理，便于分析和出測試報告。