Molex: выбираем разъемы низковольтного питания

18 октября 2021

Вера Ефремова (г. Екатеринбург)

В статье рассмотрены наиболее распространенные на  российском рынке штыревые разъемы низковольтного питания с шагом контактов 1,25…2,5мм, используемые для подведения питания к внутренним частям устройств, а также для передачи управляющих сигналов, приведены их основные характеристики, а также показаны характерные особенности и основные преимущества разъемов Molex различных серий.

Штыревые разъемы низковольтного питания выпускаются для установки как на кабель, так и на плату. Разъемы, предназначенные для установки на плату, обычно бывают штекерного типа, тогда как для установки на кабель доступны разъемы как гнездового, так и штекерного типов. Это означает, что такие разъемы можно использовать в соединениях «кабель-плата» и «кабель-кабель».

Разъемы, устанавливаемые на плату, по способу монтажа делятся на DIP и SMT. На кабель устанавливаются разъемы с клеммами обжимного типа. Для изготовления контактов используется латунь и фосфоризированная бронза. Золочение контактов позволяет улучшить качество электрического соединения.

Клеммы под опрессовку выпускаются под определенный диапазон калибров провода AWG. Опрессовка клемм осуществляется специальным инструментом. На рисунке 1 в качестве примера показаны клещи для обжима клемм Molex серии Pico-Lock.

Для опрессовки рекомендуется пользоваться инструментом, который указан производителем выбранного разъема. Использование неподходящего или некачественного инструмента, либо опрессовка провода неподходящего диаметра могут привести к избыточному или недостаточному сжатию клеммы и, как следствие, к выскальзыванию провода либо к его излому или разрыву  на месте опрессовки в процессе эксплуатации.

Рис. 1. Клещи для обжима клемм серии Molex Pico-Lock

Также, помимо опрессовки, клемма может быть смонтирована на провод при помощи пайки. Фиксация клеммы в корпусе разъема, как правило, происходит с помощью специального якоря (рисунок 2).

В качестве материала корпуса применяются нейлон, полиамид, полиэстер, полибутиленфталат и другие виды пластика. В пластик могут вводиться примеси, например, стекловолокно. Состав материала влияет на термо- и огнестойкость разъема, его механическую прочность и электрическое сопротивление.

Рис. 2. Устройство обжимной клеммы и ее фиксация в корпусе разъема

Можно выделить следующие электротехнические и механические характеристики, которые необходимо учесть при выборе разъема:

• Количество контактов
• Калибр AWG (или сечение в мм²), на который рассчитаны обжимные клеммы и корпус разъема, устанавливаемого на кабель.
• Номинальный и предельный ток на контакт
• Номинальное и предельное напряжение, которое может выдержать разъем в течение одной минуты
• Сопротивление изолятора
• Сопротивление контактов
• Диапазон рабочих температур

На российском рынке наиболее распространены разъемы таких азиатских производителей как Бурый медведь, Connfly, KLS и другие. Однако из года в год все большую долю в этом сегменте занимает продукция компании Molex, поскольку она имеет ряд неоспоримых преимуществ:

• Высокое качество исполнения и материалов. Благодаря непрерывному контролю за производственным процессом, использованию качественных материалов, прецизионного литья и инновационных решений, разъемы Molex обеспечивают исключительную надежность соединения, что особенно актуально при работе в условиях сильной вибрации.
• Приемлемая цена. Разъемы Molex не столь значительно отличаются по стоимости от разъемов азиатских производителей. Таким образом, при относительно небольших дополнительных затратах практически до нуля снижается отбраковка изделий, а также их выход из строя по вине соединителей, что в конечном итоге ведет к значительной экономии.
• Благодаря высокой надежности, разъемы Molex подходят для установки в изделиях ответственных применений, где требуется высокая наработка на отказ.
• Наличие всей необходимой сертификации позволяет применять продукцию Molex в изделиях, идущих на экспорт в США и страны Евросоюза.

Рассмотрим подробнее, какие разъемы низковольтного питания наиболее часто встречаются на российском рынке.

Разъемы с шагом контактов 1.25 мм

В данном сегменте можно отметить разъемы серий UW, UU, UQ и UC компании Бурый медведь, разъемы Connfly серий DS1020 и DS1147, а также KLS серий KLS1-XL1-1.25, KLS1-XL3-1.25, KLS1-XL8-1.25. Разъемы Molex представлены серией PicoBlade (рисунок 3).

Контакты вышеперечисленных разъемов в большинстве случаев рассчитаны на ток 0,5…2 А/контакт (в большинстве случаев — 1 А/контакт), максимальное рабочее напряжение от 50 до 125 В; сопротивление изолятора в общем случае составляет не менее 100 МОм (в отдельных случаях — не менее 500 МОм).  Количество контактов может варьироваться от 2 до 30. Более подробно характеристики штырьковых разъемов с шагом 1.25 приведены в таблицах 1…3.

Таблица 1. SMT-разъемы на плату с шагом контактов 1.25 мм

Таблица 2. DIP-разъемы на плату с шагом контактов 1.25 мм

Таблица 3. Разъемы с шагом 1.25 мм на кабель и клеммы

Разъемы Molex в данном сегменте представлены серией PicoBlade. Покрытие контактов выполняется в трех вариантах – оловом, золочением с толщиной покрытия 0.38 мкм и Gold Flash. Разъемы данной серии обеспечивают надежную работу в суровых условиях окружающей среды – максимальный температурный диапазон для них составляет -40…105°C, а особенности конструкции, такие как фрикционный замок и наличие двух независимых точек контакта на обжимной клемме, обеспечивают надежное механическое удержание и электрическое соединение в условиях высокой вибрации даже при малых токах и напряжениях.

Рис. 3. Разъемы Molex серии PicoBlade

Для вертикальных SMT-разъемов с контактами, покрытыми оловом, доступен вариант комплектации специальными вакуумными колпачками, позволяющими использовать автоматизированное оборудование вакуумного захвата при монтаже. Также наличие колпачков обеспечивает защиту контактов от загрязнений в процессе обработки ПП и транспортировки изделия.

Разъемы с шагом контактов 1.5 мм

Разъемы с шагом контактов 1.5 мм наиболее широко представлены продукцией компаний Connfly, KLS и Molex. Максимальный ток разъемов данной выборки составляет от 1 до 3.5 А в зависимости от типа разъема, количества задействованных контактов и используемого диаметра провода. Максимальное напряжение при этом составляет от 250 до 500 В в течение одной минуты, а сопротивление изолятора имеет значение более 500 МОм.

Более подробно характеристики разъемов представлены в таблицах 4…6.

Таблица 4. SMT-разъемы на плату с шагом контактов 1.5 мм

Таблица 5. DIP-разъемы на плату с шагом контактов 1.5 мм

Таблица 6. Разъемы с шагом 1.5 мм на кабель и клеммы

Разъемы Molex представлены сериями Pico-SPOX, CLIСK-Mate и Pico-Lock. Среди них, серия Pico-SPOX имеет наибольшее номинальное напряжение (250 В), серия CLICK-Mate отличается разнообразием типов разъемов (представлены однорядные и двухрядные прямые и угловые разъемы SMT и DIP, а также разъемы с подключением с нижней стороны платы), и обеспечивает большую плотность сигнальных линий, что экономит место на печатной плате, а серия Pico-Lock имеет высоту сопряжения всего 2 мм, что позволяет использовать разъемы этой серии в тонких приложениях, таких как ноутбуки, планшеты и тому подобные.

Рис. 4. Конструкция разъемов Molex серии Pico-SPOX

Cерии Pico-SPOX и Pico-Lock снабжены фрикционными замками (рисунок 4). Помимо этого, разъемы серий CLICK-Mate и Pico-Lock имеют замки-защелки, обеспечивающие более надежное удержание, и издающие отчетливый «клик» при подключении (рисунок 5). Этот звук помогает сборщику определить, что подключение действительно произошло. Скошенная передняя кромка разъемов Pico-Lock дополнительно облегчает процесс подключения.

Рис. 5. Конструкция разъемов на кабель Molex CLICK-Mate (слева) и Pico-Lock (справа)

Обжимные клеммы серии Pico-SPOX имеют стандартную конфигурацию, поэтому обжим может быть выполнен инструментами, широко доступными на рынке. В то же время разъемы CLICK-Mate имеют универсальные посадочные места, позволяющие в случае необходимости без труда заменить разъем.

Разъемы Pico-SPOX и CLICK-Mate производятся как с позолоченными контактами, так и с контактами, покрытыми оловом. Разъемы серии Pico-Lock выпускаются только с контактами, покрытыми золотом.

Серия Pico-SPOX, как и серия Pico-Blade, включает в себя вариант комплектации SMT-разъемов колпачками, а разъемы серии CLICK-Mate имеют на своей поверхности плоские участки, делающие возможной автоматическую установку на печатную плату.

SMT-разъемы серий CLICK-Mate и Pico-Lock имеют специальные выступы под пайку, обеспечивающие надежное крепление разъема к печатной плате и его механическую стабильность.

Все вышеперечисленные разъемы также рассчитаны на работу в широком температурном диапазоне.

Разъемы с шагом контактов 2 мм

С дальнейшим увеличением шага контактов все больше увеличивается максимально допустимый ток. Например, для разъемов Molex Pico-Lock он может составлять до 6,5А на контакт в зависимости от количества контактов в разъеме и используемого калибра провода AWG. Также растут максимальное рабочее напряжение и предельное напряжение — до 250 В и 1000 В RMS соответственно.

Разъемы с шагом контактов 2 мм (таблицы 7…9) могут использоваться в бытовой технике, игровых и торговых автоматах, медицинском оборудовании, а также телекоммуникационном и сетевом оборудовании.

Таблица 7. SMT-разъемы на плату с шагом контактов 2.0 мм

Таблица 8. DIP-разъемы на плату с шагом контактов 2.0 мм

Таблица 9. Разъемы с шагом 2.0 мм на кабель и клеммы

Разъемы Molex представлены в данной выборке уже рассмотренной в предыдущем разделе ультратонкой серией Pico-Lock, а также серией двухрядных разъемов iGrid и серией полуоткрытых однорядных DIP-разъемов Micro-Latch.

В разъемах серии Micro-Latch используются стандартные обжимные клеммы, что позволяет использовать инструмент для обжима, широко доступный на рынке. Разъемы обладают фрикционным замком и защитой от неправильной ориентации при подключении.

Рис. 6. Внешний вид разъемов серии iGrid

Двухрядные разъемы iGrid (рисунок 6) позволяют экономить место на печатной плате за счет большой плотности контактов. Фиксация подключения производится посредством замка-защелки. При этом, в момент подключения отчетливо слышен характерный звук. Разъемы хорошо противостоят вибрации и выдерживают грубое обращение.

Разъемы с шагом контактов 2.5 мм

Шаг контактов 2.5 мм представлен в основном DIP-разъемами (наша выборка содержит лишь один SMT-разъем в данной категории –  KLS1-2.50 производства KLS) (таблицы 10,11). Максимальное рабочее напряжение составляет 250 В, а максимальный ток может достигать 3,5 А в зависимости от диаметра провода и количества задействованных контактов.

Для данного сегмента разъемов характерно применение в автомобилестроении, потребительской электронике — кондиционерах, настольных ПК, пылесосах и прочем, а также в оборудовании промышленной автоматизации.

Таблица 10. SMT и DIP-разъемы на плату с шагом контактов 2.5 мм

Таблица 11. Разъемы с шагом 2.5 мм на кабель и клеммы

Разъемы Molex представлены здесь сериями Mini-SPOX и Mini-Lock.

Подобно разъемам Micro-Latch и Pico-SPOX, разъемы серии Mini-SPOX используют стандартный вид клемм, что облегчает поиск и выбор оборудования для опрессовки. Конструкция разъемов Mini-SPOX имеет надежный фрикционный замок, а также защиту от неверного подключения.

Разъемы серии Mini-Lock (рисунок 7) фиксируются с помощью замка-защелки, издающего при подключении характерный звук. Благодаря этому, обеспечивается надежное подключение и, в случае необходимости, легкое отключение. Дополнительным преимуществом разъемов данной серии является возможность заливки платы толщиной от 2 до 6 мм.

Разъемы данной серии могут быть дополнительно укомплектованы специальным фиксатором, обеспечивающим надежное крепление клемм в корпусе.

Рис. 7. Разъем Mini-Lock, дополненный фиксатором клемм

Разъемы данных серий устойчивы к ударам и вибрации, и обладают высокой силой удержания, что позволяет использовать их в суровых условиях.

Совместимость

Благодаря тому, что шаг разъемов является типизированным параметром, многие разъемы  имеют одинаковые посадочные места, и поэтому являются взаимозаменяемыми. Замену DIP-разъемов осуществить проще, так как SMT-разъемы зачастую имеют разную длину выводов, а контактные площадки, предназначенные для лучшего крепления корпуса разъема к печатной плате, имеют разные размеры и положение.

В таблицах 12…15  приведены разъемы Molex, которыми можно заменить распространенные разъемы азиатских производителей. Для разъемов, помеченных, как «аналог» допустима частичная замена. Для разъемов, совместимых только по посадочному месту, необходимо производить замену парой.

Разъемы на кабель и клеммы необходимо подобрать, исходя из выбранного типа разъема, руководствуясь содержимым таблиц 3, 6, 9, 11.

Таблица 12. Совместимость разъемов с шагом 1.25 мм азиатских производителей с разъемами компании Molex

Таблица 13. Совместимость разъемов с шагом 1.5 мм азиатских производителей с разъемами компании Molex

Таблица 14. Совместимость разъемов с шагом 2.0 мм азиатских производителей с разъемами компании Molex

Таблица 15. Совместимость разъемов с шагом 2.5 мм азиатских производителей с разъемами компании Molex

Заключение

Разъемы низковольтного питания могут применяться в суровых условиях – подвергаться ударам, вибрации и грубому обращению, что может привести к смещению клемм, возникновению помех, коротких замыканий, отсутствию контакта, и, как следствие, выходу из строя оборудования, в котором они применяются.

Разъемы Molex обладают высочайшим качеством и конструктивными особенностями, позволяющими противостоять подобным воздействиям. Они характеризуются широким температурным диапазоном, а также большим количеством различных конфигураций, что обеспечивает гибкость проектирования.

Отдельно хочется отметить качество документации компании Molex, в которой разработчик может найти все необходимые сведения по электрическим и механическим характеристикам, а также особенностям установки и применения выбранной продукции.

Название Molex уже стало практически нарицательным, поскольку многие разъемы азиатских производителей являются копией разъемов компании Molex. Именно поэтому во многих случаях не составит труда заменить уже используемые разъемы азиатских производителей на разъемы Molex как парой, так и частично. Кроме того, посадочные места разъемов часто совпадают, что позволяет осуществить замену разъемов на любом этапе жизненного цикла продукции.

Компэл является официальным дистрибьютором компании Molex, и активно развивает складскую программу.