Từ ô tô chở khách đến thiết bị kỹ thuật và nông nghiệp, các phương tiện hiện đại đều được trang bị các thiết bị điện tử phức tạp, tất cả đều yêu cầu các bộ phận kết nối nhỏ gọn và đáng tin cậy. Bộ pin xe điện (EV) là một ví dụ điển hình. Khi mật độ pin tăng lên, các nhà thiết kế phải chịu áp lực phải tìm ra các bộ phận kết nối có thể tiết kiệm không gian và đơn giản hóa quá trình lắp ráp. Đạt được mục tiêu này không phải là một nhiệm vụ dễ dàng vì các đầu nối vẫn cần duy trì độ tin cậy lâu dài trong các điều kiện khắc nghiệt.
Xe công nghiệp và nông nghiệp phải đối mặt với nhu cầu tương tự. Hãy xem xét một máy kéo tự động điều hướng qua vệ tinh: nếu đầu nối gặp trục trặc, phản ứng an toàn duy nhất có thể là dừng lại và kiểm tra. Tuy nhiên, mùa màng và thời tiết sẽ không đợi kỹ thuật viên dịch vụ đến và việc ngừng hoạt động ngoài kế hoạch có thể dẫn đến mất thu nhập hoặc thậm chí mất mùa hoàn toàn.
Những thách thức về hệ thống dây điện của xe hiện đại
Các ứng dụng này phải đối mặt với một thách thức chung: khi các thiết bị điện tử trên xe ngày càng phức tạp thì số lượng thiết bị kết nối cũng ngày càng tăng. Với sự gia tăng số lượng thiết bị kết nối, âm lượng cũng tăng lên và số lượng điểm lỗi cũng tăng lên, điều này mang đến những thách thức mới cho việc đi dây và lắp đặt.
Để vượt qua những thách thức này, các hệ thống được kết nối với nhau cần phải có những đặc điểm sau:
Nhỏ gọn và dễ tích hợp, phù hợp với các thiết kế hạn chế về không gian
Tiếp điểm phải có độ bền cơ học cao và đặc tính chống rung cao để đảm bảo độ tin cậy
Áp dụng thiết kế bảo vệ an toàn để tránh bị điện giật và kết nối không chính xác trong quá trình bảo trì
Trong các ứng dụng tiêu dùng, mạch in linh hoạt (FPC) và cáp phẳng linh hoạt (FFC) từ lâu đã là giải pháp ưa thích cho các kết nối nhiều dây dẫn bị hạn chế về không gian. Trong các ứng dụng ô tô, những kết nối thường được gọi là cáp ruy băng này luôn bị nghi ngờ. Ngược lại, các nhà thiết kế hệ thống ô tô có xu hướng chọn các bộ dây truyền thống được biết đến với độ tin cậy.
Để giải quyết vấn đề này, Hirose đã cho ra mắt đầu nối bo mạch FPC/FFC hiệu suất cao dòng TB4. Dòng đầu nối này không chỉ tăng cường đáng kể độ chắc chắn của kết nối cáp linh hoạt và mang lại độ tin cậy của bộ dây truyền thống mà còn có vẻ ngoài rất nhỏ gọn và dễ lắp ráp.
Phương pháp hiệu quả để xây dựng kết nối xe
Hệ thống kết nối dòng TB4 (Hình 1) bao gồm ba phần, bao gồm ổ cắm trên bo mạch, phích cắm khóa trung tâm đảm bảo kết nối đáng tin cậy mà không cần ốc vít bổ sung và bộ cố định màu cam có thể khóa cáp FPC hoặc FFC tại chỗ. Thiết kế này rất tiết kiệm không gian: chiều cao giao phối của đầu nối ngang chỉ 4,5 mm (mm) và khoảng cách tiếp xúc 1 mm giảm thiểu chiều rộng tổng thể đến mức lớn nhất có thể.
Hình 1: Hệ thống kết nối dòng TB4 sử dụng cấu trúc ba phần đơn giản, có thể đạt được kết nối cấp độ xe siêu mỏng và chắc chắn. (Nguồn ảnh: Hirose)
Dòng TB4 có dòng điện định mức 1,0 ampe (A) và điện áp định mức 100 volt, đồng thời có thể hỗ trợ các yêu cầu kết nối xe khác nhau. Ngoài các thông số kỹ thuật về điện này, thiết kế còn giải quyết vấn đề chính là sử dụng cáp linh hoạt trong môi trường khắc nghiệt. Các đặc điểm cụ thể như sau:
Cơ chế tiếp xúc mạ vàng hai điểm được sử dụng trong mỗi ổ cắm để duy trì tính toàn vẹn tín hiệu cao ngay cả trong chu trình nhiệt và rung
Tính năng ghép nối một chiều có thể ngăn chặn việc lắp sai và cải thiện độ an toàn trong quá trình bảo trì
Bảo vệ ray dẫn hướng giúp tránh vô tình chạm vào ngón tay và giảm nguy cơ bị điện giật
Áp dụng cấu trúc tuân thủ các tiêu chuẩn dễ cháy RoHS3, không chứa halogen và UL94V-0, đồng thời đáp ứng các yêu cầu USCAR-2 cho hệ thống đầu nối điện cấp ô tô
Sử dụng 2 loại mã khóa đen và xám giúp chống kết nối sai khi sử dụng nhiều linh kiện TB4 ở cự ly gần
Tất cả những tính năng này kết hợp lại giúp kết nối cáp linh hoạt đáng tin cậy như bộ dây truyền thống và giảm đáng kể việc chiếm dụng không gian.
Kiểm tra đầu nối dòng TB4
Dòng TB4 cung cấp nhiều kích cỡ và tùy chọn cấu hình khác nhau để phù hợp với các ứng dụng khác nhau. Khi cần các thiết bị kết nối lớn hơn, ổ cắm 26-TB4-30S-1H (800) (Hình 2) đạt được 30 vị trí chân cắm trong kích thước nhỏ gọn 8,75 × 37,9 mm. Ổ cắm này có một dấu phân cực nhỏ giúp kỹ thuật viên bảo trì xác minh xem hướng kết nối có chính xác hay không. Có những dấu hiệu tương tự trên phích cắm tương ứng.