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摘要：瞬断是连接器电气失效的主要失效模式，其产生的机理是动态接触电阻的瞬间变化导致的瞬间断电，它决定了连接器在动态条件下的接触可靠性。因此，本文主要介绍了一种可用于瞬断检测的技术，然后系统的阐明了瞬断检测的电路设计和工作原理及调试，最后详细的说明了根据该技术研制的瞬断检测设备的一些应用特点。
关键词：瞬断；接触可靠性；瞬断检测
1引言
接插件是指公端与母端通过接触后能够传输电流或信号的器件，也称之为连接器。连接器简化了电子产品的装配过程，提供了方便的电气插拔式连接，因此广泛应用于家用空调、家用电器及其他消费类电子产品当中，使得电子产品的生产、维修效率得以极大提高。这种便利的插拔式连接，在静态和机械振动、冲击等动态条件下接触性能是否良好，对电子产品的可靠性有着重要的影响。连接器的失效模式主要由电气失效、机械失效、环境失效等，其中电气失效占比最大，约占70%；而电气失效有包括接触失效和绝缘失效及高压失效，其中接触失效占的比重又高达70%[1]。因此，对连接器在动态条件下的可靠性测试，瞬断检测技术是判断其是否发生瞬断及瞬断时间的重要根据。
2瞬断检测技术
2.1瞬断检测模块电路设计
瞬断检测模块电路设计如图1所示，主要由以TL431ACLPR为核心的电压精准芯片、三级管、电容、可调电阻、发光二极管、可控硅等组成。
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图1
R3和C1构成了一个RC充电回路，设V0为电容C1上的初始电压值，Vu为电容充满终止电压值，Vref为任意时刻t电容上的电压值。则Vref=V0+(Vu-V0)*[1-exp（t/R3C1）],如果电压为VCC的电源通过电阻R3向初始值为0的电容C1充电，V0=0,充电极限Vu=E，所以任意时刻t，电容上的电压为Vref=VCC*[1-exp（t/R3C1）]，t= R3*C1*ln[VCC/(VCC-VREF)]。基于设计脉宽时间（充电时间）t=R3*C1*ln[VCC/(VCC-VREF)]，当Test_IN（被测连接器）瞬断时间大于等于设计时间才能触发电路工作，通过改变R3值的大小就可以控制设计时间t的数值，最后就可以根据电路是否工作判断其是否发生瞬断。假设瞬断时间为1.03us，当Test_IN为1us时，电路不工作，LED灯不点亮，如图2；当Test_IN为1.03us时，触发电路工作，LED灯点亮，如图3。
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图2 图3
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图4
2.2工作原理
Test_IN的瞬断信号会产生一个电压变化，使得Q1导通，Q1导通后Q2截止，Q2截止后C1开始充电，当充电到TL431电压精准芯片2.5V时，触发TL431导通。导通信号经过Q3转换成可控硅S2的触发信号，触发可控硅导通，从而使发光LED导通，仿真过程如图4。
2.3 检测调试
瞬断检测模块的瞬断时间判定标准是根据设计脉宽时间t=R3*C1*ln(VCC/(VCC-VREF))来的，所以我们需要先设置0.1us~2.4us对应的R3实际阻值。因连接器、测试板、电路元器件存在分布电容及电感参数，导致设计脉宽时间有偏差，故用信号发生器去模拟Test_IN瞬断脉冲信号并且用示波器对Test_IN信号和发光LED进行监控，微调充电电阻R3的数值，使实际的电压和时间匹配，这样才能确认检测方法的有效性、准确性和可行性。以下表1为实际测量的R3阻值和时间t的对应关系，表2为R3与时间t的曲线图。
表1
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表2
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3瞬断检测设备
3.1瞬断检测设备功能
3.1.1多通道检测功能
采用瞬断检测技术研制的设备整体框图如图5所示，包含了24个检测模块通道，实物如图6。最多可以同步测量24个样品，也可以根据不同样品的瞬断时间要求，来通过调试不同通道的充电电阻R3的阻值设置判定瞬断时间。
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图5
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图6
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图7
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图8
3.1.2精准监测瞬断时间功能
当需要准确监测某个样品的瞬断时间时，我们可以把24路合并成一路，同时检测模块1到24分别设置为0.1~2.4us，如图7所示。假设样品瞬断时间为0.4us，按照前面所述Test_IN瞬断信号大于等于设计时间电路才会触发，所以只有LED1~4灯点亮。
3.2 设备验证
待测连接器接上瞬断检测设备后，将其固定在振动台上，如下图9，然后设置振动频率为10-55-10HZ/分钟为周期，在相互垂直的XYZ三个方向做扫频振动各2小时。按照国军标标准，瞬断检测设备设置瞬断时间1us，然后通过LED灯是否点亮判断是否有瞬断。在振动试验过程中，1&3通道LED点亮，如下图10，说明有发生过大于1us的瞬断，瞬断时的振动频率为40HZ左右，如下图11。
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图9振动试验前
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图10振动试验中
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图11 瞬断时频率谱
通过振动试验验证，本设备确实有检测瞬断的功能，且具有以下特性：
1）可测量程为0.1~2.4us的瞬断（可更换充电电阻R3设置更大量程）
2）单台设备的测试通道为1~24通道，多台设备并联可扩展至120测试通道功能
3）可根据连接器试验条件设置监测瞬断条件
4）可监测连接器发生瞬断时的具体时间
5）瞬断发生时有灯光报警
6）设备可校验性高，可利用信号发生器随时校验
4 结论
瞬断检测设备在科研过程中已经得到了实际应用，同时在供应商那里也得到确认，此设备具有精确度高、有效性高、速度快、操作简单且成本低，并且该设备能满足现有瞬断标准检测的需求，因此本技术具有较高的使用和推广价值。
参考文献
[1] 郑强，电连接器环境应力可靠性试验统计分析[D]，上海，上海交通大学，2010
作者简介：谭爱国，1986年4月生，男，毕业于湖南工业大学电子信息工程专业，现任广东美的制冷设备有限公司主任工程师，主要从事电子元器件可靠性研究