Гибкий.ру Fpc/fcc-разъемы компании omron: надежность, простота и доступность – pt electronics
(Опубликовано в журнале «Вестник Электроники» №4 2022)
Скачать статью в формате PDF (428 КБ)
О компании Omron
Компания Omron была основана в 1933 г. Ее подразделения расположены в 35 странах мира, число сотрудников составляет около 25 000 человек, а производственные мощности находятся в Японии, Малайзии, Индонезии и Китае. Omron производит широкую номенклатуру реле, механических переключателей, датчиков, а также различных типов соединителей (FPC/FFC, D-sub, PCB). Подразделение Omron Electronic Components является признанным мировым лидером в секторе электронных компонентов и обеспечивает около 25% от общего оборота компании.
Надежность любого прибора в значительной степени определяется надежностью соединения между отдельными модулями, платами, блоками. В современных портативных устройствах для соединения отдельных печатных плат и функциональных блоков (дисплеев, сенсоров, печатных клавиатур и других устройств ввода) используется технология гибких печатных шлейфов и печатных плат FFC/FPC. В настоящее время соединители FPC/FFC выпускают многие производители, в частности, японская компания Omron.
Технология FFC/FPC-соединений
Технология гибких печатных шлейфов (Flat Flexible Cable, FFC), а также гибких печатных плат (Flat Printed Circuit, FPC) была разработана в 70-х годах в качестве альтернативы проволочным межплатным соединениям и традиционной технологии печатных плат. Внедрение прогрессивных технологий FFC/FPC способствовало значительному прогрессу в деле миниатюризации конструкции приборов, уменьшения стоимости, а также улучшения технологичности монтажа соединений электронных устройств, в первую очередь в секторе портативных и мобильных устройств, таких как ноутбуки, калькуляторы и т. п. Именно в тот период началась разработка многими компаниями технологии компактных надежных соединителей для FFC/FPC шлейфов и плат.
FFC – гибкий плоский шлейф, состоящий из множества медных проводников, ламинированных между двумя слоями диэлектрической пленки (полиэстера или полиимида). Гибкие шлейфы используются для создания компактных соединений между печатными платами устройств. Для соединения проводников шлейфа с проводниками на печатной плате используются пайка или же разъемы с зажимными контактами. На рис. 1 показан пример использования FFC-шлейфа для соединения дисплейного модуля с процессорной платой.
В основном гибкие шлейфы применяются для подключения к процессорной плате прибора устройств получения данных или сигналов от ПЗС- и К МОП- матриц, микрофонов, а также устройств ввода информации (сенсорные панели) и вывода (дисплеи, видоискатели). Токи через эти соединения, как правило, невелики – не более нескольких сотен миллиампер, а часто гораздо меньше. Основными требованиями к подобным разъемам являются надежность фиксации, простота монтажа, легкость подключения шлейфа, небольшие габариты (в частности, высота).
FPC-технология похожа на технологию FFC, но в этом случае на гибкой пленке-носителе монтируются электронные компоненты схемы (SMD-резисторы, конденсаторы, микросхемы и другие компоненты). Для соединения с остальными сборочными единицами портативного устройства могут использоваться паяные соединения или же зажимные разъемы. FPC-плата может иметь многослойную структуру и сложную топологию (рис. 2).
Базовая технология FFC/FPC-шлейфов
Гибкий шлейф представляет собой систему медных проводников, сформированных на гибкой диэлектрической пленке. Наиболее широкое использование в качестве оснований шлейфов получили полиимидные пленки, которые, наряду с хорошими электрофизическими и прочностными свойcтвами, характеризуются высокой устойчивостью к термовоздействиям (гибкость пленок сохраняется в широком диапазоне), отсутствием существенных газовыделений в вакууме, а также высокой радиационной стойкостью. Конструкция FFC/FPC-шлейфов показана на рис. 3.
В качестве материала–носителя проводников используется стандартный полиимид или же полиэстер. Толщина шлейфа 0,12–0,3 мм. Исходным материалом для шлейфа служит фольгированный полиимид или полиэстер. Медные проводники формируются фотолитографией и травлением. На рис. 4 показаны различные топологии контактных площадок для FPC-шлейфов.
Соединения, реализованные на FFC/FPC-шлейфах, обеспечивают высокую полосу пропускания сигналов, в частности передачу сигналов LVDS-шин с частотами несколько сотен мегагерц. Для удешевления технологии в ряде применений вместо медных проводников в шлейфах используются проводники на основе серебряно-углеродной проводящей пасты.
Ключевые характеристики FPC/FFC-разъемов
Для реализации разъемных соединений с FFC/FPC-шлейфами применяются низкопрофильные соединители (розетки). Их базовые параметры:
- число контактов;
- шаг проводников шлейфа в зоне контакта с розеткой;
- шаг контактных площадок розетки;
- толщина шлейфа;
- габариты и футпринт розетки;
- тип, конструкция фиксатора шлейфа в розетке (non-ZIF, ZIF, LIF);
- ориентация шлейфа по отношению к плоскости монтажа розетки на плате (вертикальная или горизонтальная (right-angle));
- технология монтажа розеток FFC/FPC на несущей плате (пайка выводов в отверстия (through hole) или поверхностный монтаж);
- технология и расположение фиксатора (передний поворотный (rotary frontlock), задний поворотный, боковой поворотный или слайдерный фиксатор);
- расположение контактов FPC-шлейфа по отношению к плоскости контактов розетки (нижнее (bottom, lower), верхнее (top, upper), двустороннее (double sided)).
Конструкция контактов и усилие сочленения
В качестве материала пружинящих контактов используется фосфористая бронза с NiAu контактным слоем. В розетках может использоваться различная конструкция контактов, обеспечивающая соединение с проводниками шлейфов, расположенных в различных слоях (сверху, снизу или двусторонний контакт). На рис. 5 показаны сечения для одностороннего контакта к нижней поверхности шлейфа и сечение при двустороннем контакте.
Существует несколько исполнений FPC-розеток: без фиксатора шлейфа (non-ZIF) или LIF (Light Insertion Force), а также с фиксатором, обеспечивающим нулевое усилие сочленения (Zero Insertion Force, ZIF). В конструкции розетки без фиксатора удержание шлейфа в гнезде корпуса розетки обеспечивается исключительно за счет трения материала шлейфа в зоне контактов с пружинящими контактами розетки. Фиксатор обеспечивает более надежное удержание шлейфа в гнезде за счет прижима пружинящих контактов к контактам шлейфа. Фиксаторы могут располагаться с фронтальной стороны разъема (со стороны вставки шлейфа) или с задней стороны. Также фиксатор может быть движкового (slider) типа или поворотного (rotary). В обоих случаях используется передача усилия подвижного рычага на пружинящие контакты розетки.
При выборе подходящего соединения для FPC-шлейфа нужно учитывать расположение контактов на самом шлейфе (сверху/снизу), ориентацию соединяемых шлейфом плат и разъемов. Двусторонний тип контактов в разъеме позволяет облегчить задачу выбора, гарантируя соединение дорожек шлейфов с расположением контактов в обеих плоскостях.
Разъемы серии XFxx компании Omron
Компания Omron предлагает широкую номенклатуру соединителей для гибких шлейфов и гибких печатных плат, представленных сериями XFxx.
Разъемы Omron для гибких шлейфов имеют малые размеры и широкую номенклатуру для различных применений (множество типов с различным числом и шагом контактов, типами монтажа, ориентации шлейфа, типа фиксации шлейфа). Модификации ZIF и LIF обеспечивают до нескольких десятков подключений/отключений шлейфа (например, для замены блока модуля при ремонте). Конструкция разъемов обеспечивает надежную фиксацию шлейфа с малым контактным сопротивлением менее 100 мОм. От окисления контакты разъемов предохраняет слой золота толщиной порядка 0,12–0,15 мкм поверх никелевого покрытия 2 мкм. В семействе представлены серии разъемов для поверхностного монтажа с вертикальным или горизонтальным подключением шлейфа, а также с различным количеством и расположением контактов.
Комментарий специалиста
Иван Некрасов, инженер по внедрению PT Electronics, ivan.nekrasov@gibkij.ru
Компания Omron всем известна прежде всего как производитель реле, кнопок и переключателей. При этом рынок разъемов для компании является сравнительно новым. Тем не менее Omron уже отлично зарекомендовал себя и на этом поприще, конкурируя по качеству с ведущими европейскими производителями и предлагая весьма лояльные цены на свою продукцию. Представленные в статье FPC/FFC-разъемы Omron выгодно отличаются от конкурентов и по техническим характеристикам, и по цене, что дает им возможность заслуженно отвоевывать себе солидную долю на рынке.
Система обозначений для FFC/FPC-разъемов Omron
Система обозначений, принятая для семейства FFC/FPC-разъемов Omron, представлена на рис. 7.
Основные технические характеристики разъемов семейства XFх представлены в таблице 1.
Для примера рассмотрим характеристики популярной серии соединителей XF2M.
XF2M – серия разъемов Omron для FPC-шлейфов
Разъемы компании Omron серии XF2M для гибких шлейфов имеют от 10 до 60 контактов c шагом 0,5 мм. XF2M отличает двустороннее расположение контактов, что позволяет соединять прямым шлейфом (без перекручивания) узлы, расположенные на верхнем и нижнем слоях печатной платы (рис. 8).
Серия разъемов XF2M предназначена для соединения сигнальных слаботочных цепей посредством гибкого плоского шлейфа (FPC) толщиной 0,3 мм. Контактная группа допускает протекание постоянного или переменного тока силой до 500 мА.
FPC-разъемы XF2M имеют задний фиксатор шлейфа рычажного типа (рис. 9), конструкция которого обеспечивает более высокую надежность и эффективность по сравнению с другими типами разъемов, у которых фиксатор шлейфа расположен спереди, со стороны ввода шлейфа. Обеспечивается большее удобство монтажа/демонтажа шлейфа и снижается риск повреждения при повороте фиксатора. Контакт со шлейфом сохраняется и в случае открытого фиксатора. Конструкция разъема исключает боковые смещения шлейфа.
На рис. 10 приведено сравнение разных конструкций фиксаторов FFC/FPC-шлейфа.
На рис. 11 приведены сравнительные характеристики FFC/FPC-разъемов Omron и разъемов других производителей.
Двусторонний контакт в разъемах Omron позволяет сократить номенклатуру FPC-разъемов в устройстве. Вместо применения разъемов upper/lower можно использовать double sided. Гарантируется отсутствие риска при неправильной ориентации контактов на шлейфах по отношению к плоскости контактов в разъемах. Применение заднего фиксатора позволяет облегчить сочленение шлейфа и увеличить надежность фиксации шлейфа по сравнению с фиксаторами слайдерного типа, а также фронтальными фиксаторами. Конструкция, предназначенная для поверхностного монтажа, а также малые габариты (ширина и высота не превышают 5,9 и 2 мм соответственно) приводят к существенной экономии площади печатной платы и позволяют использовать разъемы XF2M в самых миниатюрных приложениях (рис. 12).
FPC/FFC-разъемы серии XF3M
В обычных FPC/FFC-соединителях замок расположен на FPC/FFC-гнезде. Недостаток заключается в том, что применение чрезмерной силы или поворот плоского шлейфа может привести к расцеплению защелки замка (фиксатора). В конструкции разъема OMRON XF3M этот недостаток устраняется путем использования поворотного фиксатора, расположенного на противоположной стороне гнезда, что обеспечивает повышенную прочность соединения. В разъеме серии XF3M поворотный слайдер, фиксирующий FPC/FFC-кабель в гнезде, устанавливается независимо от самого разъема. Это приводит к повышению эффективности соединения и более надежной фиксации плоского шлейфа. Соединитель имеет высоту 2,0 мм и глубину 6,4 мм (в закрытом состоянии).
Это позволяет устанавливать шину независимо от расположения FPC/FFC-гнезда, предотвратить ее смещение, а также избежать самопроизвольного отсоединения при изгибе. Резкий «клик» при защелкивании механизма позволяет убедиться, что шина надежно зафиксирована. Все разъемы имеют двусторонние контакты, что актуально для конструкций, подверженных вибрации, и кроме того, упрощается монтаж, так как нет необходимости различать «верхний» и «нижний» контакты.
LCP (Liquid Crystal Polymer) – жидкокристаллический полимер, относится к классу высококристаллических термопластов. Благодаря низкой вязкости расплава LCP пластмасса легко заполняет очень тонкие стенки, что позволяет изготавливать изделия сложных форм методом литья под давлением. Точность размеров обеспечивается малой (или даже нулевой) усадкой, а также низким коэффициентом теплового расширения. Относительно высокая температура плавления (около 300 °C) позволяет делать термостойкие изделия, обеспечивая возможность поверхностного монтажа пайкой без деформации корпуса. Это дает возможность уменьшать толщину стенок корпуса разъемов, сохраняя прочность.
Области применения FPC/FFC-разъемов Omron:
- бытовая электроника;
- персональные компьютеры;
- мобильные телефоны и смартфоны;
- цифровые камеры;
- GPS-навигаторы;
- спутниковые ресиверы и декодеры кабельного телевидения;
- игровые консоли;
- интерфейсы ЖК-дисплеев;
- дисковые приводы;
- принтеры, сканеры и копиры;
- медицинское оборудование.
Заключение
Использование FPC/FFC-разъемов компании Omron серий XF2x и XF3M обеспечивает следующие преимущества по сравнению с аналогичной продукцией других производителей:
- широкую номенклатуру разъемов для различных секторов применения;
- упрощение фиксации шлейфа в разъеме (конструкция фиксатора);
- увеличение надежности фиксации шлейфа в разъеме (конструкция фиксатора);
- уменьшение площади и объема, занимаемого разъемами в конструкции устройства (уменьшение размеров корпуса разъема и конструкции выводов);
- возможности сокращения номенклатуры используемых типов разъемов (за счет использования двусторонних контактов) и оптимизации цены устройства.
Классы и стили шлейфа по nfpa72
Линии связи с исполнительными устройствами, с оповещателями, шлейфы сигнализации с пожарными извеща-телями и так далее могут быть только либо класса А, либо класса В. Шлейфы сигнализации и линии связи с исполнительными устройствами, которые при однократном обрыве либо не одновременно при однократном замыкании на землю любого проводника сохраняют возможность формирования сигнала тревоги от любого пожарного извещателя этого шлейфа или которые обеспечивают работу всех подключенных к той линии связи устройств, определяются как класс А.
Табл. 1. Классы и стили шлейфа с извещателями
Класс | В | В | В | А | А | ||||||||||
Стиль | А | В | С | D | Ea | ||||||||||
Режим | П | Н | Н П | П | Н | Н П | П | Н | Н П | П | Н | Н П | П | Н | Н П |
Обрыв одного проводника | – | Х | – | – | Х | – | – | Х | – | – | Х | О | – | Х | О |
КЗ проводника на землю | – | Х | – | – | Х | О | – | Х | О | – | Х | О | – | Х | О |
КЗ проводников шлейфа | Х | – | – | Х | – | – | – | Х | – | Х | – | – | – | Х | – |
П – Пожар; Н – Неисправность; Н П – Пожар при наличии неисправности
Шлейфы сигнализации и линии связи с исполнительными устройствами, которые в этих условиях обеспечивают передачу сигнала тревоги только от пожарных извещателей до места обрыва и не обеспечивают работоспособность устройств за местом обрыва или однократного замыкания на землю любого проводника шлейфа сигнализации или линии связи, определяются как класс В.
Причем при обрыве проводника шлейфа или линии связи либо при его замыкании на землю должен формироваться сигнал неисправности в течение 200 секунд. Никакие другие классы шлейфов с другими свойствами, например, которые не обеспечивают работу извещателей не только после места обрыва, но и до него, не классифицируются, и их использование в системах пожарной автоматики не допускается.
Шлейфы класса В подразделяются по стилю на А, В и С. Они все должны обеспечивать обнаружение неисправности при одиночном обрыве любого проводника шлейфа или одиночном его замыкании на землю. При коротком замыкании шлейфов стиля А и В формируется сигнал «Пожар», а у шлейфа стиля С формируется сигнал «Неисправность».
Шлейфы класса А подразделяются по стилю на D и Ea. Они должны обеспечивать обнаружение неисправности при одиночном обрыве любого проводника шлейфа или одиночном его замыкании на землю. При коротком замыкании шлейфов стиля D формируется сигнал «Пожар», а у шлейфа стиля Ea формируется сигнал «Неисправность».
Таким образом, с учетом требований ГОСТ Р 53325 о контроле неисправности шлейфа не только при обрыве, но и при коротком замыкании, при программировании стиля шлейфа можно выбирать только стиль С для шлейфа класса В и стиль Ea для класса А. В шлейфах стиля А, В и D при коротком замыкании шлейфа будет формироваться ложный сигнал тревоги.
Чтобы была понятна техническая реализация при выполнении требований относительно шлейфов класса А и В, рассмотрим, какие рекомендации приведены в NFPA72 Приложение С по методике их тестирования.
Проверка шлейфов различных классов и стилей
Функционирование двухпроводных шлейфов класса В (стиль A, B и C) с пожарными дымовыми извещателями рекомендуется проверять следующим образом. Произвести разрыв шлейфа посредством извлечения извещателя из базы либо отключением проводника шлейфа. Активировать детектор дыма, который располагается между приемно-контрольным прибором и разрывом шлейфа, как это рекомендовано производителем данного типа извещателя.
После этого установить снятый извеща-тель в базу или восстановить соединение шлейфа либо произвести и то и другое. Приемно-контрольный прибор должен проиндицировать неисправность после разрыва шлейфа и сформировать сигнал тревоги при активации извещателя, несмотря на наличие обрыва шлейфа.
Необходимо отметить, что к классу В могут относиться как радиальные шлейфы (рис. 1а), так и кольцевые шлейфы (рис. 1б), при этом все извещатели, оставшиеся подключенными к выходу шлейфа сигнализации, должны быть в состоянии обнаружить пожар, а извещатели, расположенные за обрывом шлейфа, находятся в отключенном состоянии.
Кольцевые шлейфы класса В образуются в неадресных пороговых системах при расположении оконечного элемента шлейфа в приемно-контрольном приборе. В этом случае имеется значительно более достоверная информация об изменении состояния шлейфа в процессе эксплуатации посредством анализа изменения напряжения на входе и на выходе шлейфа по сравнению с традиционным радиальным шлейфом с оконечным элементом в конце шлейфа.
Рис. 1. Шлейфы класса В (стиль А, В или С)
Рис. 2. Шлейф класса А (стиль D и E)
Функционирование двухпроводных шлейфов класса А (стиль D и Ea) с пожарными извещателями рекомендуется проверять следующим образом. Произвести разрыв проводника в средней части шлейфа посредством извлечения из-вещателя и отключения проводника от контакта базы.
Активировать извещате-ли по обе стороны от разрыва шлейфа (рис. 2). После этого произвести сброс прибора в дежурный режим, восстановить соединение шлейфа и установить детектор. Затем повторить тест при замыкании любого проводника шлейфа на землю в месте, где производилось отключение извещателя.
В обоих тестах должна сначала включаться звуковая и визуальная индикация неисправности, а затем индикация тревоги с последующим восстановлением. В отличие от кольцевого шлейфа класса В, кольцевой шлейф класса А при обнаружении обрыва преобразуется в 2 радиальных шлейфа, и все извещатели продолжают функционировать, несмотря на наличие неисправности. Это и проверяется при тестировании.
Аналогичным образом классифицируются линии связи с устройствами любого типа, использующиеся в пожарной автоматике. Для всех типов устройств, включенных в линии связи, сохраняется необходимость выполнения требования обеспечения работоспособности устройств, подключенных до обрыва линии связи у класса В, и сохранение работоспособности всех устройств независимо от их расположения относительно обрыва у класса А.
Но для каждого отдельного типа устройств в зависимости от выполнения других требований при различных видах неисправности устройств определены различные стили, которые обозначаются различными буквами или цифрами. Например, линии связи с опо-вещателями класса В (рис. 3), кроме обязательного обеспечения работоспособности оповещетелей до обрыва линии связи, должны удовлетворять дополнительным требованиям, определенным для стиля W или для стиля Y.
Рис. 3. Линии связи с оповещателями класса B стилей W и Y
Рис. 4. Линии связи с оповещателями класса А стилей X и Z
Принцип разделения на классы В и А также должен выполняться при использовании линий связи с устройствами различного типа. Например, на рисунке 5 показаны шлейфы с адресными и адресно-аналоговыми устройствами различного типа: извещателями и оповеща-телями.
Радиальный шлейф класса В обеспечивает работоспособность всех устройств до обрыва шлейфа, а кольцевой класса А – всех устройств, причем и в дежурном режиме, и в режиме пожар, несмотря на наличие неисправности. В адресной системе, при отсутствии при опросе ответа от устройств за местом обрыва, производится переключение выходных цепей кольцевого шлейфа на работу в режиме двух радиальных шлейфов.
Необходимо подчеркнуть, что приборы с линиями связи или шлейфами, не выполняющие требования для класса А или В, не классифицируются и не могут применяться в системах пожарной автоматики по NFPA72. Например, если при обрыве радиального шлейфа изве-щатели, оставшиеся подключенными к прибору, не в состоянии сформировать сигнал «ПОЖАР», воспринимаемый прибором на фоне неисправности, то такая система не выполняет требования для шлейфов класса В и не может эксплуатироваться, несмотря на работоспособность при отсутствии неисправности.
Рис. 5. Шлейф с извещателями и оповещателями класса В
Рис. 6. Шлейф с извещателями и оповещателями класса А
Кроме того, существует требование, чтобы кольцевые шлейфы или линии связи не проходили через одно помещение два раза. Таким образом, при использовании изоляторов короткого замыкания обеспечивается высокая работоспособность системы как в нормальных условиях при механических повреждениях шлейфа, так и в условиях пожара.
Соединители micro-match для плоских кабелей
Семейство соединителей Micro-Match крайне велико и уже освещалось на страницах нашего журнала [7]. В рамках данной статьи нас интересуют только соединители для плоских шлейфов. Micro-Match являются одними из самых миниатюрных соединителей для плоских кабелей с шагом контактов 1.27 мм.
Контакты луженые, полностью покрыты металлом (никаких пустых краев и т.д.), что предотвращает перемещение продуктов коррозии. Напомним, что главное преимущество Micro-Match перед другими видами соединителей – это наличие контактной пружинной системы в розетке, которая:
- нейтрализует относительные перемещения, вызванные вибрацией и тепловым расширением между контактами вилки и розетки;
- обеспечивает плотное соединение при любых обстоятельствах, защищая соединитель от фреттинг-коррозии (коррозия, возникающая при минимальном повторяющемся (локальном) перемещении двух поверхностей относительно друг друга в условиях коррозийной среды);
- обеспечивает защиту от истирания.
Варианты и комбинации использования различных типов вилок и розеток соединителей Micro-Match для плоского кабеля продемонстрированы на рисунках 4 и 5.
Общие характеристики соединителей указаны в таблице 3.
Таблица 3. Характеристики соединителей Micro-Match
| Шаг контактов, мм | 1.27 |
| Число контактов | до 24 |
| Рабочий ток, А | до 1.5 |
| Рабочее напряжение | до 230 VAC/100 VDC |
| Корпус/защелка | Термопластик UL 94V-0 |
| Выводы | Фосфористая бронза |
| Рабочая температура, °С | -40…105 |
В таблице 4 приведены складские позиции розеток с верхним вводом для монтажа в сквозные отверстия печатной платы (рисунок 6), с верхним вводом для поверхностного монтажа (рисунок 7), с боковым вводом для монтажа в сквозные отверстия печатной платы (рисунок 8). Каждая розетка может быть с площадкой для автоматизированного монтажа и без нее.
Таблица 4. Складские позиции розеток соединителей Micro-Match
В таблице 5 представлены складские позиции прямых вилок для монтажа в сквозные отверстия (рисунок 9), кабельных вилок с прокалыванием изоляции (рисунок 10), а также соединителей для монтажа в сквозные отверстия с проколом изоляции (рисунок 11).
Таблица 5. Выбор вилок, соединителей и изоляторов Micro-Match
Соединители Micro-Match применяются при производстве автомобильных аудио- и мультимедийных систем, систем навигации, игровых консолей, базовых станций, телефонов, телевизионных приставок, аудиотехники.
Соединители для плоских кабелей amp-latch
Название серии соединителей AMP-Latch состоит из двух частей: АМР – название торговой марки, и Latch – «защелка».
Соединители AMP-Latch оснащены контактами IDC (Insulation-Displacement Connector – контакты со смещением изоляции). Данные контакты не требуют зачистки и подготовки кабеля. Одного нажатия на крышку розетки достаточно, чтобы проколоть сразу все контакты. Это позволяет значительно сократить трудовые затраты.
Подключение плоского кабеля происходит в четыре этапа:
- выравнивание проводов плоского кабеля относительно слота;
- вставка кабеля, нажим крышки (изоляция начинает смещаться);
- изоляция разрезана, проводники начинают деформироваться;
- кабель вставлен полностью, жилы плотно зажаты, соединение установлено.
После разреза изоляции проводник оказывается зажат в вилке. На него действует остаточное давление контакта, зубцы которого плотно зажимают проводник. Такое соединение можно назвать «без доступа воздуха». Следовательно, не будет коррозии и других вредных воздействий внешней среды. Срок службы соединения значительно возрастает.
Основные характеристики соединителей приведены в таблице 6.
Таблица 6. Характеристики соединителей AMP-Latch
| Характеристики/Наименование | Двухрядные розетки AMP-Latch | Вилки AMP-Latch с защелками | Вилки AMP-Latch в низкопрофильном корпусе |
| Число контактов | до 64 | ||
| Шаг контактов, мм | 2.54 | ||
| Корпус | Термопластик UL 94V-0 | ||
| Напряжение/ток | до 250 VAC/1А | ||
| Контакты | золото | ||
| Защелка | Термопластик UL 94V-0 | – | |
| Рабочая температура, °С | -65…105 | -40…105 | |
Корпуса вилок и розеток имеют элементы конструкции, которые позволяют избежать неправильного соединения.
Двухрядные розетки AMP-Latch (с центральным прямоугольным выступом) предназначены для обжима стандартного плоского кабеля с шагом 2.54 мм. Поставляются с крышкой на корпусе.
Вилки AMP-Latch в низкопрофильном корпусе выпускаются в прямом и угловом исполнении. Схемы приведены на рисунках 12 и 13. Размер «А» и складские артикулы – в таблице 7.
Помимо этого, выпускаются вилки с защелками. Также есть возможность заказать вилки стандартного исполнения прямые (для монтажа в сквозные отверстия с короткими защелками), угловые (для монтажа в сквозные отверстия с длинными и короткими защелками). Складские позиции приведены в таблице 7.
Таблица 7. Складские позиции соединителей AMP-Latch
| Количество контактов | Двухрядные розетки AMP-Latch, код для заказа | Вилки AMP-Latch в низкопрофильном корпусе | Вилки AMP-Latch с защелками | ||
| Размер А (на схеме 12, 13) | Прямые | Угловые | |||
| Код для заказа | |||||
| 10 | 1658621-1 | 20,35 | 1-1634688-0 | 1-1634689-0 | 5499922-1 |
| 14 | 1658621-2 | 25,43 | 1-1634688-4 | 1-1634689-4 | 5499922-2 |
| 16 | 1658621-3 | 27,97 | 1-1634688-6 | 1-1634689-6 | 5499922-3 |
| 20 | 1658621-4 | 33,05 | 2-1634688-0 | 2-1634689-0 | 5499922-4 |
| 26 | 1658621-6 | 40,67 | 2-1634688-6 | 2-1634689-6 | 5499922-6 |
| 40 | 1658621-9 | 58,45 | 4-1634688-0 | 4-1634689-0 | 5499922-9 |
| 50 | 1-1658621-0 | 71,15 | 5-1634688-0 | 5-1634689-0 | 1-5499922-0 |
В комплекте с соединителями AMP-Latch возможно применять различные дополнительные аксессуары, позволяющие сделать использование разъемов еще более удобным и практичным:
Соединители широко используются при производстве промышленного и медицинского оборудования.
Типовые применения
Тренд на миниатюризацию устройств сейчас существует практически во всех областях электроники. Особенно остро это ощущается в системах телеметрии и учета энергоресурсов, портативных устройствах, медицинских датчиках, устройствах интернета вещей (IoT), сотовых телефонах и других. Миниатюризация во многом затронула и бытовую технику.
Уменьшение размеров при параллельном усложнении устройств, увеличении их функциональности ведет к необходимости создания модульных продуктов, подразумевающих использование нескольких печатных плат и множества связей между ними.
Рост функциональности также выразился в уменьшении времени реакции устройств, потребности в обработке данных в режиме реального времени, увеличении объемов данных. Не в последнюю очередь этому способствовало развитие технологии 5G. При этом к устройствам предъявляются строгие требования к целостности сигналов для обеспечения стабильной работы устройств.
Многофункциональные устройства требуют больше энергии, при этом уменьшается пространство, доступное для подключения источника питания. Зачастую требуется подключение маломощных двигателей, источников освещения и других потребителей малой и средней мощности – например, в системах климат-контроля.
При выборе компонентов для проектируемого устройства, разработчик всегда балансирует между миниатюрностью, электрическими характеристиками и надежностью. Компания Molex представляет широкий ассортимент разъемов, среди которых можно подобрать решение практически для любого случая:
- Миниатюрные разъемы для мобильных устройств, IoT, квадрокоптеров и прочего:
- шаг 0,2 мм – 504070;
- шаг 0,25 мм – 502078, 503300, 503320;
- шаг 0,3 мм – 503566;
- шаг 0,5 мм – 503480, 104075, 104114, 104083;
- шаг 1,00 мм – 200528.
- Разъемы повышенной надежности к механическим воздействиям, предназначенные для автомобилестроения, приложений, работающих в условиях повышенной вибрации:
- шаг 0,2 мм – 504070;
- шаг 0,25 мм – 503566, 502598;
- шаг 0,5 мм – 505110, 202497,104247, 104075, 104114, 104083, 205195, 501783, 501784, 501786, 501783;
- шаги 1,00 мм и 1,25 мм — 49456 и 49597;
- шаг 2,00 мм – 505147.
- Разъемы для длинных линий, подходящие для приложений, где требуется большая протяженность кабеля, например LED-панелей:
- шаг 0,5 мм –104075, 104114, 104083, 205195, 501783, 501784, 501786, 501783;
- шаги 1,00 мм и 1,25 мм – 49456 и 49597;
- шаг 2,00 мм – 505147.
- Разъемы с расширенным диапазоном температур, идеальные для автомобилестроения, учета энергоресурсов и других применений:
- шаг 0,3 мм – 504754;
- шаг 0,5 мм – 505110, 202497, 104247, 501951;
- шаги 1,0 мм и 1,25 мм – 200528, 49456 и 49597;
- шаг 2,00 мм – 505147.
Требования гост р 53325-2009
В нашей нормативной базе аналогичные требования по классификации шлейфов полностью отсутствуют, хотя, что очевидно, компенсировать низкую их отказоустойчивость установкой трех извещателей вместо одного невозможно. В ГОСТ Р 53325-2009 п. 7.2.1.1 есть требование, что ППКП должны обеспечивать «преимущественную регистрацию и передачу во внешние цепи извещения о пожаре по отношению к другим сигналам, формируемым ППКП».
Несмотря на то что эта же формулировка присутствовала еще НПБ 75-98 прошлого века, на нашем рынке присутствует масса сертифицированных ППКП, у которых извещение о пожаре не регистрируется при наличии сигнала о неисправности шлейфа, даже если у него отключен оконечный резистор и все из-вещатели остаются подключенными к прибору и обнаруживают пожар, то сигнал «Пожар» блокируется.
Кольцевые адресные шлейфы, несмотря на их потенциальные преимущества по сравнению с радиальными неадресными, в нашем исполнении не всегда можно классифицировать по классу А. Методика проверки функционирования устройств при неисправности в наших нормативных документах отсутствует, и проверки на обеспечение работоспособности при обрыве шлейфа не проводятся.
Кроме того, выходы петлевого шлейфа могут быть объединены на плате, и тогда одиночный обрыв шлейфа не обнаруживается прибором. Правда, если сечение кабеля выбирается минимальным, то при обрыве падение напряжения может быть значительным и большое количество адресных устройств перестает функционировать.
Иногда инсталляторы даже на зарубежных адресно-аналоговых приборах с раздельными выходами петлевого шлейфа запараллеливают их, чтобы «исключить» неисправность, которая возникает из-за значительного падения напряжения на шлейфе при малом сечении кабеля.
Для наглядности рассмотрим отвлеченный пример: кольцевой шлейф с напряжением 20 В, длиной примерно 1 км, с суммарным током потребления адресных устройств порядка 100 мА. Суммарное сопротивление кабеля при сечении жил 0,2 мм2 составляет около 200 Ом. В предположении равномерного распределения устройств по длине шлейфа ток по каждому выходу запараллеленного шлейфа будет примерно равен 50 мА, и с учетом линейного изменения по шлейфу средний ток в каждой половине шлейфа можно считать по 25 мА.
Соответственно, на расстоянии 500 м на сопротивлении 100 Ом напряжение упадет примерно на 2,5 В. То есть шлейф запитывается параллельно, и за счет этого получается сравнительно небольшое падение напряжения. А если отключить один из входов шлейфа от прибора, то средний ток шлейфа будет суммироваться и увеличится примерно до 50 мА. Соответственно, на всем протяжении шлейфа при сопротивлении 200 Ом падение напряжения увеличится в 4 раза и составит 10 В!
Рис. 7. Отказонеустойчивый шлейф
Требования фз №123 и гост р 53316-2009
С другой стороны, мы уже более трех лет живем под действием Федерального закона №123 [11], где в Статье 82 однозначно сформулированы требования по обеспечению сохранения работоспособности в условиях пожара кабельных линий и электропроводки, систем противопожарной защиты, средств обеспечения деятельности подразделений пожарной охраны, систем обнаружения пожара, оповещения и управления эвакуацией людей при пожаре, аварийного освещения на путях эвакуации, аварийной вентиляции и проти-водымной защиты, автоматического пожаротушения, внутреннего противопожарного водопровода, лифтов для транспортировки подразделений пожарной охраны в зданиях и сооружениях в течение времени, необходимого для выполнения их функций и эвакуации людей в безопасную зону.
Для выполнения этого требования повсеместно начал использоваться огнестойкий кабель низкодымный FRLS и даже бездымный и безгалогенный FRHF с огнестойкостью более 3 часов. Однако достаточно скоро выяснилось, что огнестойкость такого кабеля не обеспечивается, если отсутствует механическое крепление при воздействии высокой температуры.
Соответственно, огнестойкий кабель должен иметь огнестойкое крепление и уже не допускается, как раньше, класть его в гофре с креплением на полиэтиленовых дюбелях, которые моментально сгорают при температуре 750° С, что приводит к разрушению огнестойкого кабеля.
Был выпущен ГОСТ Р 53316-2009 [12], который определил методы испытаний кабельных линий, к которым предъявляются требования по сохранению работоспособности в условиях пожара. В этом ГОСТе дано определение кабельной линии: «линия, предназначенная для передачи электроэнергии, отдельных ее импульсов или оптических сигналов и состоящая из одного или нескольких параллельных кабелей с соединительными, стопорными и конечными муфтами (уплотнениями) и крепежными деталями, проложенная, согласно требованиям технической документации, в коробах, гибких трубах, на лотках, роликах, тросах, изоляторах, свободным подвешиванием, а также непосредственно по поверхности стен и потолков и в пустотах строительных конструкций или другим способом».
Но кабельные линии и электропроводки систем противопожарной защиты, средств обеспечения деятельности подразделений пожарной охраны, систем обнаружения пожара, оповещения и управления эвакуацией людей при пожаре, аварийного освещения на путях эвакуации включают в себя автоматические и ручные извещатели, звуковые и световые оповещатели и так далее, которые также должны сохранять если не работоспособность, то способность «передачи электроэнергии».
Как можно считать выполненными требования Технического регламента при применении огнестойкого кабеля, если в помещении, где возник очаг пожара, через несколько минут сгоревший оповещатель закоротит или оборвет линию связи и отключит все остальные оповещатели, не дождавшись эвакуации людей в безопасную зону?
Сгоревший извещатель может заблокировать формирование сигнала «Пожар» до того времени, как закончится процедура его перепроверки путем сбросов и ожиданий подтверждений от других изве-щателей.Одно из возможных решений этой проблемы – использование кольцевых шлейфов и линий связи при конструктивном обеспечении отсутствия короткого замыкания терминалов устройств при пожаре и при включении изоляторов короткого замыкания шлейфа (рис. 8).
Вполне возможно, что существуют и более оптимальные решения данной проблемы. Очевидно, достоверную оценку правильности выбранных решений можно будет определить посредством анализа результатов «натурных испытаний» систем в условиях пожаров, которых, к сожалению, у нас в избытке.
Устройство пленочного кабеля
Пленочный кабель представляет собой ламинированные с обеих сторон диэлектрической пленкой проводники прямоугольного сечения (рисунок 2).
В качестве диэлектрика чаще всего используются полиэстер, полиимид или арамид. От используемого диэлектрика зависит прочность и износостойкость шлейфа, а также диапазон рабочих температур.
На концах шлейфов на открытые участки проводников наносится сплав, обеспечивающий наилучший контакт и защиту от коррозии (рисунок 3).
Типовым вариантом пленочного кабеля являются FFC-джамперы (рисунок 4).
Ключевыми характеристиками FFC-джамперов являются:
- шаг контактов;
- количество цепей;
- ориентация контактов: оба разъема могут находиться на той же стороне(тип A) либо на противоположных (тип D);
- длина кабеля.
Линейка стандартных FFC-джамперов производства Molex представлена шлейфами с шагом контактов 0,25…1,25 мм и количеством цепей 4…60.
В сводной таблице 1 представлены параметры серий стандартных кабельных джамперов Molex.
Таблица 1. Стандартные кабельные джамперы Molex
| Наименование | Шаг, мм | Количество цепей | Материал покрытия | Количество циклов сгибания/разгибания | Толщина изоляции, мм | Толщина шлейфа, мм | Ориентация контактов | Длина кабеля, мм |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 15166 | 0,50 | 6…50 | Олово | 2,5 M | 0,12 | 0,30 | A, D | Стандартные длины 30…305 мм. Изготовление других размеров – под заказ. |
| 15167 | 1,00 | 4…40 | ||||||
| 15168 | 1,25 | 4…40 | ||||||
| 98266 | 0,50 | 6…50 | 100 K | 0,22 | ||||
| 98267 | 1,00 | 4…50 | ||||||
| 98268 | 1,25 | 4…40 | ||||||
| 15266 | 0,50 | 6…50 | 10 K | 0,27 | ||||
| 15267 | 1,00 | 4…4 0 | ||||||
| 15268 | 1,25 | 4…40 | ||||||
| 15020 | 0,50 | 6…50 | Золото | |||||
| 15039 | 1,00 | 4…40 | ||||||
| 15049 | 1,25 | 4…40 | ||||||
| 15015 | 0,30 | 23, 25, 27, 29, 33, 39, 45, 51 | 10 K | 0,12 | 0,20 | A | 51, 102, 152, 203, 254 | |
| 15014 | – | 13, 17, 21, 25, 29, 31, 33, 37, 39, 41, 45, 51, 53, 61 | 10 K | 0,12 | 0,20 | A | 51, 102, 152 |
Представленные в таблице 1 пленочные кабели предназначены для работы в температурном диапазоне -40…105°С.
Кроме стандартных шлейфов, компания Molex предлагает:
- шлейфы для низковольтных дифференциальных сигналов (LVDS), обеспечивающие надежную передачу данных на скоростях 2…10 Гбит/с;
- экранированные пленочные кабели;
- пленочные кабели с выводами под пайку, позволяющие достичь максимальной виброустойчивости соединения;
- пленочные кабели с зазубринами, обеспечивающими большее усилие удержания шлейфа в специализированном разъеме;
- пленочные кабели с возможностью установки компонентов поверхностного монтажа.
В зависимости от используемого изоляционного материала максимальная рабочая температура может достигать 125°С.
Заключение
Компания Molex, основанная в 1938 году, специализируется на выпуске высококачественных разъемов. Многие из решений, разработанных компанией, стали промышленным стандартом. В FPC-разъемах производства Molex применен ряд уникальных решений, таких как двойные контакты, подвижные контакты, защелки с двумя уровнями фиксации и прочее.
Среди огромного многообразия разъемов для FPC/FFC-кабелей, представленных компанией Molex на рынке, можно подобрать позицию, отвечающую практически любым требованиям.
Компэл является официальным дистрибьютором Molex и оказывает своим клиентам проектную и инженерную поддержку. Кроме того, компания представляет наиболее популярные FPC-разъемы Molex в рамках своей складской программы, что делает их еще более доступными для применения.
•••
Наши информационные каналы