汽车连接器端子接触电阻解析

接触电阻是汽车用插接器的主要电气性能，它直接影响汽车各电气设备的信号传输和电气连接，影响各电气设备的工作稳定性和可靠性。

不合适的接触电阻是汽车用插接器工作时产生温升的主要原因。降低接触电阻可有效控制温升，从而提高插接器的使用寿命和可靠性。因此，分析插接器端子接触电阻的影响因素和测试方法对提高插接器的可靠性和使用寿命具有重要意义。

1接触电阻的作用原理

插接器的接触电阻是指一对公插接器和母插接器插接后公端子和母端子接触面间所产生的附加电阻。通过对端子接触面的微观分析可知，公端子和母端子插接后，端子的接触并不是整个接触面的接触，而是散布在接触面上的一些点的接触（如图1所示），各接触点的面积之和是实际接触面积。

接触表面的表面粗糙度决定了接触点的数量，而端子接触界面的正向力和接触件的材料硬度共同决定了各接触点的接触面积，因此，接触界面的表面粗糙度、表面硬度和端子正向力决定实际接触面积的大小。

实际上，在大气中不存在真正洁净的金属表面，即使很洁净的金属表面，一旦暴露在大气中，便会很快生成几微米的初期氧化膜层。

由于接触表面氧化膜的存在，实际接触面积可分为两部分，一是公端子和母端子基体金属的接触面积，它是由公端子和母端子接触面间的正向力和导通时的热作用破坏接触表面间的氧化膜后形成的，这部分接触约占实际接触面积的5%~10%；二是通过接触界面氧化膜后的接触面积，它是由于公端子和母端子暴露在大气中形成的表面氧化膜对接触界面的隔离形成的。

插接器端子接触界面的附加电阻由以下两部分组成：

（1）集中电阻或收缩电阻接触界面的形状造成的电流线收缩显示出来的电阻。

（2）膜层电阻或界面电阻接触界面较坚实的氧化膜及较松散的杂质污染物构成的电阻。

2接触电阻的影响因素

2.1端子材料的影响

不同的端子材料具有不同的硬度和不同的电导率。根据接触电阻的作用原理分析可知，不同的硬度造成端子的接触界面各接触点的实际接触面积不同，从而造成端子接触界面的实际总接触面积不同。

实际接触面积对接触界面附加电阻的影响，相当于导体截面积对导体电阻的影响。因此，端子材料硬度不同会影响端子接触界面的附加电阻。不同的电导率则直接影响端子接触区域的电阻。

选择端子材料时应根据设计目标要求选择合适电导率和硬度的材料，同时应考虑选择电导率和机械性能稳定的材料，才能保证接触电阻的稳定。

2.2端子接触界面

几何形状的影响端子接触界面几何形状对接触电阻的影响主要是由于不同的几何形状会形成不同的宏观接触面积。

宏观接触面积的不同产生不同的接触点数量，从而使实际接触面积产生差异。图2所示为常见的接触界面形状。其中（a）为点接触界面，所产生的宏观接触面积最小，因此，实际接触面积也最小；（e）为面接触界面，所产生的宏观接触面积最大，因此，实际接触面积也最大；（b）为线接触界面，所产生的宏观接触界面处于中间状态，因此，实际接触面积处于中间状态。

在实际应用中应根据不同的要求选择不同的接触界面几何形状。其中线接触和面接触又会受端子规格和外形的影响，形成不同的宏观接触面积。

2.3端子正向力的影响

端子正向力是指产生于公端子和母端子接触表面并垂直于接触表面的力。根据接触电阻的作用原理分析，随着端子正向力的增加，端子接触界面的实际接触点数量和面积也逐渐增加，因此，实际接触面积随正向力的增加而增加。

端子接触界面的附加电阻计算公式如下：

式中：R为公端子和母端子接触界面的附加电阻；

k为计算系数；

p为端子材料的电阻率；

H为端子材料的硬度；

F为端子的正向力。

由式（l）可知，公端子和母端子接触界面的附加电阻R与端子正向力的开方成反比。因此，插接器设计时可在保证机械性能的前提下，通过改变端子的正向力，来降低端子接触界面的附加电阻，以确保电力传递及信号传递的稳定性。

2.4端子接触界面表面状态的影响

端子接触界面表面状态对接触电阻的影响主要表现在接触界面的表面粗糙度和表面氧化膜状况对接触电阻的影响。接触界面粗糙度对接触电阻有一定的影响，这主要是因为粗糙度不同会造成接触界面微观接触点数量的不同，并最终影响接触电阻的大小。

接触界面的表面氧化膜由接触界面与大气的接触产生，使用中的化学腐蚀和电腐蚀会使情况变得更严重。表面氧化膜的厚度和状态决定膜层电阻的大小，因此，接触界面的表面氧化膜对接触电阻有一定的影响。

2.5使用电压的影响

端子接触界面的电压降达到一定值时，会将端子接触界面的氧化膜击穿，使端子接触界面的膜层电阻降低，从而降低端子的接触电阻。

但由于电压作用下的热效应加速了膜层附近区域的化学反应，对膜层有一定的修复作用，因此，膜层电阻呈现非线性变化。

电压降在击穿电压附近的微小波动，即可引起电流在几十倍范围的变动，使接触电阻发生很大变化。了解这种非线性变化，有助于正确分析接触电阻的非线性变化，避免在测试和使用时产生错误。

2.6使用电流的影响

端子接触界面的电流达到一定值时，接触界面接触点处由于通电而产生的焦耳热使金属软化或熔化，从而改变接触点的数量和面积，使端子接触界面实际接触面积大幅增加，接触电阻则大幅降低。

而焦耳热引起的化学反应通过修复膜层又使膜层电阻非线性增加，从而使接触电阻升高。根据实际经验，电流所产生的焦耳热一般会降低接触电阻。

3接触电阻的测试

3.1测试模型的建立

R，为150mm所使用导线的电阻。

由式（2）和图3可知：该模型所测试的接触电阻包括端子接触界面的附加电阻、端子的导体电阻、端子与电线的导体压接电阻。

3.2电压降换算接触电阻

本试验是在标称电流状态下，通过测试导线压接和端子接触区域的电压降，来获得所需要的接触电阻l。

如图3所示，通过测量两个焊接感应点T，和T；间的电压降，并根据可调电源保证的标称电流，可计算出所需要的电阻值。

根据文中对接触电阻的影响因素分析可知，端子接触界面的附加电阻在电压和电流作用下呈现非线性变化，而插接器在汽车中的使用，很多是处于电压和电流的作用下，因此，本试验所测得的接触电阻接近强电流电路中插接器的实际使用状态。

尤其是热老化、温湿循环、电流循环等试验后进行的电压降测试，更能反映实际使用状态。

3.3低电平接触电阻

插接器在汽车中用于信号传输时，经常会出现端子接触界面区域的电压降和电流非常低，不足以影响接触界面的附加电阻，因此，使用电压降换算接触电阻法测得的结果不能有效反映该使用情况的实际接触电阻。

低电平接触电阻测量法是使用微型欧姆表测试导线压接和端子接触区域的电阻。如图3所示，使用微型欧姆表测量两个焊接感应点T、T间的电阻和l50mm长度的所使用导线的电阻，据此可计算出所需要的接触电阻。

根据欧姆表的工作原理，使用微型欧姆表测量电阻时，电路中的电流和所测区域的电压降远低于能影响接触界面附加电阻所需要的电流和电压降，因此，本试验所测得的接触电阻更能反映微电流电路中插接器的实际使用情况。

尤其是热老化、温湿循环、电流循环等试验后进行的低电平接触电阻测试，能保证接触界面膜层不被电压降和电流破坏的情况下测得，更能反映实际使用状态。

4结束语

接触电阻是汽车用插接器的主要电气性能，接触电阻的影响因素有端子材料、接触界面几何形状、端子正向力、端子接触界面的表面状态、使用电压和电流等。电压降换算接触电阻和低电平接触电阻两种测试方法所测结果分别反映了插接器在强电流电路和微电流电路下的实际使用状况。

来源：线束专家