V nádrži, ktorú sme postavili v laboratóriu, sme prešli všetkými možnými testami-soľným postrekom, tepelným šokom a ponorením. Testovaním vodotesnosti dizajnu nabíjania pogo kolíkom IP67 som už nepovažoval tesnenie nabíjania pružinovým kolíkom IP67 za malý detail, ale skôr za dizajnový problém. Odvtedy som dodal viacero produktov s použitím pogo kolíkového nabíjania IP67 a geometria tesnenia bola pri každom produkte tou časťou, na ktorej trávim najviac času.
Čo vám test IP67 neprezradí
IEC 60529 definuje IP67 ako hĺbku jedného metra na tridsať minút - približne 0,1 baru hydrostatického tlaku. Absolvujte tento test a môžete umiestniť značku na krabicu.
Čo test nesimuluje, je produkt, ktorý sedí tri roky v taške na telocviku, mokrý dvakrát denne, beží od rána v lyžiarskom stredisku pri 0 až 40 stupňov v letnom období. Elastomér starne. Tesnenie má trvalé kompresné nastavenie. Puzdro sa pri trvalom upínacom zaťažení mierne posúva. Nič z toho sa neprejaví v certifikačnom teste.
Zlyhania v poli, ktoré som videl v produktoch s pogo pinovým nabíjaním IP67, neboli konštrukčnými chybami, ktoré sa testu nepodarilo zachytiť -, boli to degradačné režimy, na ktoré test nebol navrhnutý. Takže keď uvažujem o dosiahnutí IP67, nemyslím na absolvovanie testu. Rozmýšľam, ako by malo tesnenie vyzerať po 1000 nabíjacích cykloch a troch rokoch kolísania teploty.
Prečo sa nabíjanie kolíkov Pogo tesní inak ako USB-C
Vodotesnosť USB-C sa opiera o dynamické tesnenie -, tesnenie, ktoré sa stlačí pri zasunutí zástrčky a dekomprimuje pri vybratí, tisíckrát počas životnosti produktu. Tesnenie musí byť dostatočne mäkké, aby sa pri každom vložení prispôsobilo geometrii zátky a dostatočne pružné, aby pri každom vybratí obnovilo svoj tvar. Dosiahnuť správnu rovnováhu a zároveň udržať tesnenie v nádobe pri opakovanom mechanickom cyklovaní je skutočným technickým problémom. Preto väčšina zariadení USB-C s hodnotením IP-obsahuje jemné{7}}výtlačky varovaní pred nabíjaním vo vlhku: tesnenie je dobré, keď funguje, ale mechanizmus, vďaka ktorému funguje, je tiež mechanizmom, ktorý ho nakoniec znehodnotí.
Nabíjanie kolíkov Pogo využíva statické tesnenie. Kryt je v továrni zatvorený. Kontaktné podložky sú na vonkajšom povrchu, nič nevnikne do krytu počas nabíjania a tesnenie sa nikdy neotvorí. Technická výzva sa úplne posúva -, nespravujete dynamické rozhranie, ale tesnenie, ktoré musí prežiť montážne napätie, tepelné cykly a mechanické zaťaženie samotného krytu počas celej životnosti.
Ten posun je dôvod, prečo IP67pogo pin nabíjanieRozhrania obstoja v teréne lepšie ako ekvivalentne hodnotené porty USB-C, pričom všetky ostatné sú rovnaké. Tesnenie nemá mechanizmus, ktorý sa cykluje pri každom nabití. Má však režimy zlyhania špecifické pre statické tesnenia a líšia sa od toho, čo by ste očakávali od vodotesného pozadia USB-C.
Materiál tesnenia a geometria kanála
Silikón je štandardný materiál, Shore A 40–60. Spodná hranica tohto rozsahu je vhodná pre malé prierezy,-kde potrebujete, aby sa materiál plne prispôsobil menším povrchovým nerovnostiam na DPS; horný koniec vyhovuje väčším prierezom,-kde potrebujete, aby tesnenie zostalo v kanáli počas montáže bez toho, aby sa posunulo.
Problém s hĺbkou kanála, ktorý som opísal vyššie, je najčastejšou chybou, ktorú vidím, takže to prejdem ešte raz s číslami. Zamerajte sa na 70–75 % výšky nestlačeného tesnenia. Ak má tesnenie prierez 1,2 mm, hĺbka kanála by mala byť 0,84 – 0,90 mm. Táto medzera - 0.30 – 0,36 mm voľného objemu - umožňuje silikónu prúdiť bočne pod tlakom, čo vytvára rovnomerný tlak na sedenie po celom obvode. Pri presnej hĺbke kanála 1,2 mm materiál nemôže tiecť, tesnenie sa trasie a dochádza k poruchám rohov, ktoré som opísal.
Kompresná súprava je dlhodobým problémom-silikónu. V priebehu času a tepelných cyklov sa stlačené silikónové tesnenie úplne nevráti do pôvodnej výšky. Ak je počiatočné stlačenie 25 % a materiál trvá počas troch rokov trvalé nastavenie 10 % svojej pôvodnej výšky, teraz ste na 15 % kompresii -, čo je menej ako t
spoľahlivý prah. Preto pri produktoch, u ktorých sa očakáva, že vydržia dlhšie ako dva roky, nastavujem počiatočnú kompresiu na horný koniec rozsahu (25–30 %).
EPDM prichádza na produkty s agresívnym chemickým vplyvom. Špecifikoval som to na klinickom vreckovom počítači, ktorý sa niekoľkokrát denne utieral kvartérnym amóniovým dezinfekčným prostriedkom - povrch silikónu sa v tomto prostredí degraduje rýchlejšie ako EPDM. Ale na tom istom produkte sa súprava kompresie nahromadila rýchlejšie ako na ekvivalentnom silikónovom dizajne a skončili sme pri revízii špecifikácie hĺbky kanála po 18 mesiacoch zrýchleného starnutia, ktoré nám prišli. Ak uvažujete o EPDM, získajte údaje o starnutí špecifické pre vaše čistiace prostriedky predtým, ako sa zaviažete k geometrii tesnenia.
Rozloženie dosky plošných spojov
Tvrdé pozlátenie kontaktných plôšok-nemôžeme obchodovať pre aplikácie nabíjania pogo pinom IP67. Mäkké zlato výrazne degraduje v prostredí vystavenom soli; jamky na povrchu, ku ktorým dochádza v pote alebo slanej hmle, znižuje spoľahlivosť kontaktu skôr, ako by ste videli akékoľvek mechanické opotrebovanie. Minimálne 0,5μm kobalt{5}}kalené zlato nad 2–5μm bezprúdový nikel. Na nikle záleží, pretože poskytuje antikoróznu bariéru, ak sa vrstva zlata nakoniec opotrebuje cez - aj bez neho, počas celej životnosti sa spoliehate na samotné zlato.
Ochranná zóna okolo poľa podložiek musí byť plochá laminátová doska plošných spojov bez prvkov s hrúbkou aspoň 0,5 mm vo vnútornej stene tesniaceho kanála. Tesnenie sedí na tomto povrchu a akákoľvek topológia v tejto zóne - krok sledovania, cez valec, okraj spájkovacej masky - vytvára potenciálnu cestu úniku. To vytvára najväčšie trenie v recenziách rozloženia PCB, pretože to zaberá do oblasti smerovania okolo poľa podložiek, ale neexistuje žiadne dobré riešenie.
Prostredníctvom umiestnenia vo vnútri stopy tesnenia som vysledoval dve samostatné zlyhania IP67 vo výrobných návrhoch. Obaja mali stanové priechody vo vnútri obvodu tesnenia, ktoré prešlo DRC bez komentára. Stanovené priechody nie sú utesnené - pokovovanie valca vytvára kapilárnu dráhu, ktorá pri trvalom ponorení odvádza vodu cez dosku. Pri prvom zlyhaní sme nezistili cestu zlyhania, kým sme nespustili test penetrácie farbiva pri druhom{5}}vytvorení s farbivom aplikovaným na vonkajší povrch. Farbivo sa objavilo na vnútornej strane v miestach priechodu do štyroch minút. Pri druhom zlyhaní sme boli varovaní od prvého a zachytili sme ho pri kontrole rozloženia. Ale vyžadovalo to špecifické pravidlo - „žiadne priechody vo vnútri stopy tesnenia, bodka, dokonca ani stan“ -, aby skutočne držalo v rôznych rozloženiach a rôznych inžinieroch rozloženia.
Vyplňte{0}}a{1}}obmedzenie na IPC-4761 Typ VII je špecifikácia, ak vám obmedzenia smerovania nedávajú inú možnosť, ako umiestniť priechody do tejto zóny. Tented nestačí.
Pogo kábel vs. nabíjací dok
Problém tesnenia na strane zariadenia je v oboch prípadoch rovnaký. Čo sa líši, je nabíjačka.
Nabíjací dok žije na stole alebo nočnom stolíku. Je pevný, stacionárny a geometria konektora je pevná. Ak prítlačná sila pružiny a zarovnanie podložky fungujú, povinnosť krytia IP67 je výlučne na zariadení. Samotný dok málokedy potrebuje hodnotenie IP.
Kábel pogo nesie hlavy pružinových kolíkov na flexibilnom konci kábla, čo vytvára zásadne odlišný technický problém. Rozhranie hlavy-kábla-konektora-musí utesniť proti vniknutiu vody a zároveň prežiť opakované ohýbanie. To je bod zlyhania takmer každej vodotesnej zostavy kábla pogo, ktorú som recenzoval -, nie samotnej hlavy konektora, nie plášťa kábla, ale prechodu medzi nimi.
Polyuretánový prelis je tým správnym materiálom pre odolnosť proti ohybu-únave pri tomto prechode. Prelis musí vyčnievať aspoň 30 mm od tela konektora, aby sa ohybové napätie rozložilo na dostatočnú dĺžku, aby sa zabránilo otvoreniu rozhrania pri cyklickom ohybe. Videl som zostavy káblového pogo postavené s 15 mm preliačením, ktoré prešli počiatočným testovaním IP a začali unikať na rozhraní okolo 600 – 800 ohybových cyklov. 30 mm, kde tento chybový režim zmizne v návrhoch, ktoré som overil.
Ak váš kábel pogo potrebuje mať vlastný sledovač plávania s hodnotením IP67 -, vonkajšie vybavenie - špecifikuje test IP s utesneným koncom konektora presne tak, ako sa bude používať, nie s koncovkami. Koncovky držia hlavu konektora počas testu pevne a nezaťažujú plášť-aby-prelisovali rozhranie tak, ako to robí skutočné použitie. Režim zlyhania, ktorý sa pokúšate zachytiť, sa v záverečnom-teste neprejaví.
Sila pružiny a tuhosť krytu
Tento vzťah sa neobjavuje vo väčšine návrhových príručiek, pretože je mierne nepriamy, ale videl som, že prispieva k zlyhaniam IP67.
4-kolíkové nabíjacie pole pogo kolíkov pri 150 gf na kolík vytvára kompresné zaťaženie 600 gf na kryt v oblasti podložky zakaždým, keď sa zariadenie usadí. V hrubom{5}}stenných krytoch - vstrekovanom-tvarovanom polykarbonáte s hrúbkou 2 mm alebo viac - to nie je problém. Kryt sa pri tomto zaťažení merateľne nevychýli.
V tenkostenných puzdrách na nosenie, kde stena oblasti podložky môže mať hrúbku 0,8 – 1,0 mm, spôsobuje 600 gf dostatočné vychýlenie, že stlačenie tesnenia sa mení po obvode
er - vyššie na strane najbližšie ku kontaktu doku, nižšie na opačnej strane. Toto sa nezobrazuje pri testovaní statického ponorenia, pretože dokovacia stanica nie je pripojená. Zobrazuje sa v kombinovanom dokovacom-cykle-plus{5}}teste ponorenia, a preto pred odoslaním na certifikáciu spúšťam túto sekvenciu.
Výstužné rebrá alebo kovová vložka za oblasťou podložky, zameraná na priehyb menší ako 0,05 mm pri maximálnom zaťažení pružiny, sú štandardné opravy. Ktorý z nich je správny, závisí od geometrie puzdra a od toho, či je v pláne produktu možné umiestniť kovovú vložku do nástroja.
Validácia pred certifikáciou
Postupnosť, ktorú používam pri internom testovaní pred formálnym ponorením do IEC 60529:
Tri tepelné cykly, -20 stupňov až 60 stupňov, pred akýmkoľvek ponorením. Toto je test, ktorý včas zachytí problémy s materiálom tesnenia -, zobrazí sa tu silikón so zlou kompresnou sadou, pretože výkon tesnenia sa znižuje medzi chladením a ponorením do izbovej-teploty, ktoré nasleduje. Produkty, ktoré neprejdú týmto testom, by sa nakoniec ukázali v teréne; jeho chytanie v prototypoch nestojí nič opraviť.
Potom 1 000 dokovacích udalostí, potom ponorenie. Test dokovacieho cyklu opakovane zaťažuje čelo puzdra kontaktnou silou pružiny a kontroluje, či sa tesnenie pri tomto kumulatívnom zaťažení zhoršuje. Pre väčšinu spotrebiteľských nositeľných zariadení predstavuje 1 000 cyklov približne dva až tri roky denného nabíjania.
Nakoniec ponorenie s pripojeným nabíjacím dokom. Väčšina tímov testuje odpojené a považuje to za hotové, ale v prípade produktov, v ktorých používatelia môžu ponoriť zariadenie, keď sedí na nabíjacom doku alebo je pripojené ku káblu pogo, je bežným prípadom - vonkajšie športové zariadenia - testovanie pripojené je jediným spôsobom, ako zachytiť-efekt rozloženia záťaže, ktorý som opísal v časti o sile pružiny.
Tieto tri bežia v tomto poradí, pretože každý z nich nájde chybové režimy a ostatné nie, a spustenie tepelných cyklov ako posledné by znamenalo spustenie formálneho testu na tesnení, ktoré je už namáhané. Formálny test IEC 60529 prebieha na netepelnej -cyklovanej jednotke na účely certifikácie, ale pred odoslaním chcem poznať výsledok tepelného cyklovania.
FAQ
Pokrýva stupeň krytia IP67 samotné podložky s kolíkmi pogo alebo len tesnenie krytu?
Hodnotenie pokrýva celé zariadenie. Vankúšiky sú na vonkajšom povrchu a sú vystavené ponorenej vode, ale nevytvárajú otvor do vnútra puzdra - nie je tu žiadna dutina, žiadny port, nič, cez čo by mohla vstúpiť voda. Takže povrch podložky navlhne a to je v poriadku, pokiaľ tesnenie za ňou drží.
Praktický dôsledok: vaša špecifikácia pozlátenia ovplyvňuje odolnosť podložky vo vlhkom prostredí, ale neurčuje, či zariadenie spĺňa IP67. Je to úplne funkcia geometrie tesnenia.
Aká je najmenšia rozteč kolíkov, ktorá stále umožňuje životaschopnú geometriu tesnenia?
Obmedzenie väzby je ochranná zóna minimálne - 0.5 mm plochého laminátu medzi vonkajším okrajom podložky a stenou vnútorného tesniaceho kanála. Na 4-pinovom poli s rozstupom 1,0 mm sa to dá zvládnuť. Pri rozteči 0,5 mm s mnohými kolíkmi sa plocha poľa zväčšuje, až kým nezačne byť v rozpore s obmedzeniami hrúbky steny krytu.
Najtesnejšia rozteč, ktorú som úspešne spustil v produkčnom dizajne nabíjania pogo pinov IP67, je 0,8 mm na 6-pinovom poli. Nižšie by som chcel prehodnotiť, či je počet kolíkov skutočne potrebný, skôr ako sa pokúsim obísť geometriu tesnenia.
Ako napíšem špecifikáciu vodotesnej zostavy kábla pogo?
Definujte hodnotenie IP zostavy kábla oddelene od hodnotenia zariadenia. Špecifikujte: polyuretánové prelisovanie (nie nylonové), minimálne 30 mm predĺženie prelisu od tela konektora, materiál plášťa kábla a hrúbku steny pre požadovanú hĺbku a špecifikáciu ťahovej-sily pre kábel-k-hlavu konektora{5}}.
Špecifikácia testovania je dôležitá rovnako ako špecifikácia materiálu. Vyžadovať testovanie podľa IEC 60529 s konektorom utesneným tak, ako by bol pri skutočnom používaní, nie s koncovými krytmi. A pred testom IP vyžadujú test ohybným cyklom na vstupe konektora - minimálne 500 cyklov pri zamýšľanom polomere ohybu, takže neposielate zostavu, ktorá prejde certifikáciou a po niekoľkých týždňoch používania začne v teréne unikať.
Sťažuje použitie systému nabíjania magnetickým pogo kolíkom IP67?
Mechanicky nie - magnet nie je vo vnútri krytu a neovplyvňuje tesnenie. V skutočnosti je tu menšia výhoda: magnetické zarovnanie znižuje variabilitu kontaktnej sily kolíka, čo znižuje variabilitu tlakového zaťaženia na čelnej strane krytu, čo znamená konzistentnejšiu kompresiu tesnenia. Je to efekt druhého-poradia, ale skutočný.
Tam, kde magnety vyžadujú vedomú pozornosť, je umiestnenie snímača. Prstencový magnet na zarovnanie nabíjania vytvára pole, ktoré zasahuje do vnútra zariadenia, a ak má rozloženie kompas, spínač s Hallovým-efektom alebo anténu NFC, toto pole môže rušiť. Polohu poľa podložiek a geometriu magnetu je potrebné určiť v rovnakom kroku ako umiestnenie snímača, nie samostatne. Zábrana medzi stredom magnetu a as
citlivý snímač je zvyčajne 8–12 mm, v závislosti od kvality magnetu a prahu snímača.
Pri testoch na skúšobnom zariadení som dosiahol IP67, ale neuspel som v certifikácii. Čo mi pravdepodobne chýba?
Podľa mojich skúseností deväťkrát z desiatich: prostredníctvom umiestnenia, hĺbky kanála tesnenia alebo skúšobnej sekvencie.
Skontrolujte rozloženie pre prípadné priechody vo vnútri stopy tesnenia. Spustite test penetrácie farbiva - farbiva na vonkajšej strane, zariadenie krátko ponorte, hľadajte farbivo vo vnútri v blízkosti oblasti podložky. Ak sa farbivo objaví na miestach prechodu, je to vaša cesta zlyhania.
Ak je rozloženie čisté, skontrolujte hĺbku kanála. Zmerajte to pomocou hĺbkového mikrometra, nie z modelu CAD -, výrobné tolerancie sa pri malých hĺbkach kanálov posúvajú viac, ako by ste očakávali. Ak je hĺbka kanála do 5 % výšky nestlačeného tesnenia, tesnenie pravdepodobne nesedí pri plnom stlačení.
Ak obidve vyzerajú správne, skontrolujte, či vaše interné testovanie zahŕňalo tepelné cyklovanie pred ponorením. Testy na skúšobnej stolici-pri izbovej teplote môžu prejsť tesnením, ktoré po tepelnej odchýlke zlyhá, a certifikačné laboratórium zvyčajne vykonáva kombinovanú sekvenciu.
Máte otázky týkajúce sa vášho konkrétneho dizajnu?
Ak riešite problém s rozhraním nabíjania kolíkov pogo IP67 - geometriou tesnenia, rozložením podložky, špecifikáciou kábla pogo alebo skúšobnou sekvenciou - a chcete technickú kontrolu, kontaktujte nás na adrese [xt@xtpogopin.com]. Tento problém s dizajnom sme podporili v nositeľných, medicínskych a priemyselných aplikáciách a ak sme už predtým videli váš režim zlyhania, povieme vám, čo ho vyriešilo.
Pošlite svoj prierez rozloženia bloku a krytu-na adresu [xt@xtpogopin.com] a my vám odpovieme konkrétnymi pripomienkami, nie telefonátom o predaji.
Ak potrebujete vzorový hardvér kábla pogo alebo konfigurácie nabíjacieho doku pogo pin pre zostavy prototypov IP67, požiadajte tu: xt@xtpogopin.com
Ak ste narazili na problém s nabíjaním kolíkov pogo IP67, ktorý sa v príručke netýka -, alebo ak je tu niečo v rozpore s vašimi skúsenosťami -, rád by som si to vypočul. Zanechajte komentár alebo e-mail priamo.
