汽車線束在各種車輛組件之間路由電力和信號。在該系統(tǒng)中，PCB 到線束接口使用連接器將分立線束與板安裝電子設(shè)備連接起來。

本文研究了 PCB 轉(zhuǎn)線束接口的基本原理，并概述了各種車輛平臺上連接器的電氣性能要求。它還強(qiáng)調(diào)了連接器選擇中機(jī)械穩(wěn)定性、環(huán)境彈性和標(biāo)準(zhǔn)合規(guī)性的重要性。

PCB 到線束接口的構(gòu)建塊

如圖 1 所示，汽車制造商將 PCB 到線束集成到各種電子控制單元 （ECU） 中，包括發(fā)動機(jī)和變速箱控制器、安全氣囊系統(tǒng)、信息娛樂平臺、遠(yuǎn)程信息處理模塊和車身電子設(shè)備。

圖 1.帶有密封多針連接器的汽車線束專為跨車輛子系統(tǒng)的電源和信號路由而設(shè)計(jì)。這些線束側(cè)插頭在關(guān)鍵接口點(diǎn)與 PCB 安裝接頭配接。圖片來源：Asif Khan)

這些線束及其接口構(gòu)成了 PCB 安裝電子設(shè)備和車輛電氣系統(tǒng)之間的關(guān)鍵連接。

每個接口都匯集了三個主要組件：

1. 印刷電路板 （PCB）：該板容納并連接用于各種功能的電子元件，包括動力總成控制、安全系統(tǒng)和信息娛樂系統(tǒng)。

2. 線束：這種井然有序的電線束將電力和信號分布到整個車輛中，連接傳感器、執(zhí)行器和控制單元。

3. 連接器：這些組件將線束線連接到 PCB，實(shí)現(xiàn)安全、可靠且易于維修的電氣連接。

如圖 2 所示，接口通過安裝在 PCB 上的線對板連接器工作。線束側(cè)插頭，電線使用壓接觸點(diǎn)端接并固定在連接器外殼中，與這些 PCB 安裝連接器配接。配接后，外殼插入 PCB 上的接頭或插座，完成電路。

圖 2.12 針公汽車 PCB 電氣線束連接器，突出了汽車應(yīng)用中用于可靠電源和信號傳輸?shù)牡湫徒涌?。圖片來源：Wiring-Connector.com)

這種通用配置支持在車輛的布線網(wǎng)絡(luò)和 PCB 之間雙向傳輸電力和信號。典型示例包括將傳感器輸入中繼到控制模塊、為執(zhí)行器提供電流以及在遠(yuǎn)程信息處理系統(tǒng)和中央處理器之間傳輸數(shù)據(jù)。

隨著現(xiàn)代車輛采用更多的高速通信協(xié)議，例如 CAN、LIN、FlexRay 和汽車以太網(wǎng)，連接器的選擇還必須考慮信號完整性、屏蔽要求和電磁兼容性。

跨車輛平臺的電氣性能要求

PCB 到線束接口連接器必須支持不同的電氣負(fù)載，而不會引入故障風(fēng)險(xiǎn)。電流和電壓額定值應(yīng)滿足特定應(yīng)用的需求，例如信息娛樂系統(tǒng)、高級駕駛輔助系統(tǒng) （ADAS） 和電池管理系統(tǒng) （BMS）。這些額定值有助于防止過熱、電弧和長期性能下降。

現(xiàn)代車輛中電子復(fù)雜性的增加通常會導(dǎo)致每個模塊的引腳數(shù)增加和I/O連接增加。因此，連接器密度是一個關(guān)鍵的電氣設(shè)計(jì)因素，尤其是在空間有限且必須保持信號完整性、電流容量和電磁兼容性 （EMC） 性能的情況下。

內(nèi)燃機(jī) （ICE）、混合動力汽車和電動汽車 （EV） 的電氣要求各不相同。電動汽車通常在 400V 至 900V 下工作，而內(nèi)燃機(jī)汽車的 12V 系統(tǒng)和 48V 至 400V 的混合動力系統(tǒng)。這些電壓范圍可能因車輛架構(gòu)和特定子系統(tǒng)要求而異。EV 平臺中使用的連接器通常需要更嚴(yán)格的 EMC 合規(guī)性、改進(jìn)的絕緣以及更大的爬電距離和間隙距離，以管理高壓安全并抑制電磁干擾 （EMI）。

為確?？煽窟\(yùn)行，連接器應(yīng)具有低且穩(wěn)定的接觸電阻，確保一致的電源和信號傳輸。連接器材料的高絕緣電阻和足夠的介電強(qiáng)度對于防止泄漏電流和電氣擊穿也至關(guān)重要，尤其是在高壓系統(tǒng)中。連接器設(shè)計(jì)中的屏蔽、正確接地和受控阻抗有助于最大限度地減少數(shù)據(jù)線路上的 EMI 和射頻干擾 （RFI）。

機(jī)械穩(wěn)定性和抗振性設(shè)計(jì)

PCB 到線束接口連接器經(jīng)常會受到振動、沖擊和熱循環(huán)的影響。為確保長期可靠性，制造商應(yīng)選擇具有經(jīng)過驗(yàn)證的機(jī)械穩(wěn)定性和適當(dāng)配接次數(shù)額定值的連接器。盡管許多接口在生產(chǎn)過程中只連接一次，但有些接口可能在維修、診斷或模塊更換期間進(jìn)行插拔。

為防止振動引起的松動，汽車制造商應(yīng)采用具有強(qiáng)大鎖定功能的連接器，例如板鎖夾、刀片和彈簧設(shè)計(jì)或雙梁觸點(diǎn)。如圖 3 所示，連接器的尺寸和外形尺寸應(yīng)適合 PCB 上和車輛機(jī)械外殼內(nèi)的可用空間，同時(shí)還應(yīng)適應(yīng)線束中使用的線規(guī)，以確保可靠的壓接或焊接。

圖 3.TE Connectivity NanoMQS 密封 PCB 安裝連接器專為空間受限的汽車應(yīng)用而設(shè)計(jì)，具有緊湊的基底面和高抗振性，適用于 ECU、ADAS 模塊和傳感器接口。（圖片：TE Connectivity）)惡劣汽車條件的材料和環(huán)境注意事項(xiàng)

PCB 到線束接口連接器必須能夠承受極端溫度、潮濕和化學(xué)品暴露。組件的額定值應(yīng)適用于整個汽車工作范圍，通常為 –40°C 至 125°C。 PBT、PPS 或 PA66-GF25 等材料具有很高的熱穩(wěn)定性，而鍍金或鍍鎳觸點(diǎn)可抵抗潮濕和氧化引起的腐蝕。

如圖 4 所示，用于引擎蓋下和外部應(yīng)用的密封連接器應(yīng)具有較高的 IP67、IP68 或 IP69K 防護(hù)等級，以及由硅膠或 EPDM 制成的彈性墊圈，以防止水和灰塵進(jìn)入。

圖 4.JAE MX60A 系列防水 PCB 安裝連接器適用于高密度汽車應(yīng)用，如發(fā)動機(jī) ECU 和 PCU，專為在惡劣環(huán)境條件下安全集成線束而設(shè)計(jì)。（圖片：JAE)

在 ICE 和混合動力總成中，發(fā)動機(jī)艙通常包含機(jī)油、燃料和其他腐蝕性化學(xué)品，需要由 PEEK 或類似耐用聚合物制成的連接器外殼。在電動汽車 （EV） 中，PCB 到線束接口連接器可能會受到潮濕和熱應(yīng)力的影響;然而，由于沒有燃料和機(jī)油，某些領(lǐng)域減少了對耐化學(xué)腐蝕材料的需求。然而，暴露于用于電池和電力電子設(shè)備熱管理的冷卻劑仍然會帶來化學(xué)相容性挑戰(zhàn)。

連接器外殼通常由阻燃聚合物（如 PA6、PA66、PP、ABS 或 PBT）模制而成，這些聚合物具有機(jī)械強(qiáng)度以及耐熱、抗沖擊和環(huán)境老化能力。接觸元件通常由銅合金（如黃銅或青銅）制成，并鍍錫、鎳或金以增強(qiáng)導(dǎo)電性和耐腐蝕性。由橡膠或彈性體（如氯丁橡膠、硅膠或 EPDM）制成的密封件和墊圈有助于在惡劣條件下保持防護(hù)等級。

連接器設(shè)計(jì)和汽車行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)

PCB 到線束接口連接器設(shè)計(jì)必須防止意外斷開和錯誤配接，以確保可靠連接。極化形狀、輔助鎖和鍵控接口有助于確保正確對齊，提高可維護(hù)性，并降低在沖擊或振動下發(fā)生故障的風(fēng)險(xiǎn)。

工程師還應(yīng)選擇具有適當(dāng)觸點(diǎn)數(shù)量和引腳間距的連接器，以滿足電路級電氣和空間要求。應(yīng)選擇安裝方法（例如通孔、表面貼裝或面板安裝），以匹配組裝過程的 PCB 布局和機(jī)械限制。

為確保安全性、可靠性和系統(tǒng)互作性，連接器必須符合適用的汽車標(biāo)準(zhǔn)，例如 LV214、USCAR 或 ISO 規(guī)范。這些標(biāo)準(zhǔn)定義了抗振性、密封性、載流能力和環(huán)境耐久性的性能閾值。值得注意的是，電動汽車可能會對 EMC、高壓合規(guī)性以及爬電距離和電氣間隙距離提出額外的要求。

總結(jié)

汽車 PCB 到線束接口連接器必須支持廣泛的電氣、機(jī)械和環(huán)境要求。這些關(guān)鍵組件可確?？?ECU（從信息娛樂到 ADAS 和動力總成系統(tǒng)）的可靠電力和信號傳輸。選擇標(biāo)準(zhǔn)包括電流和電壓額定值、配接耐久性、環(huán)境彈性以及符合行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。