選擇合適的電源連接器

選擇合適的電源連接器

統(tǒng)設(shè)計(jì)日趨小型化，然而電源供應(yīng)需求卻在增長(zhǎng)，這給設(shè)計(jì)工程師帶來(lái)巨大的挑戰(zhàn)。這意味著電源連接器必須同時(shí)容納兩個(gè)相互矛盾的必要條件，也就是在增加電源之余設(shè)計(jì)也必須更為緊湊，在篩選市場(chǎng)上琳瑯滿(mǎn)目的電源連接器時(shí)，更不知如何著手。就以重點(diǎn)特征——額定電流為例，其中就蘊(yùn)藏著許多學(xué)問(wèn)。
額定電流，是促使母端子特定升溫的電流量，一般為20℃或30℃。要正確使用這數(shù)據(jù)，除了須了解其測(cè)試方法，也須留意其測(cè)試環(huán)境。例如：有些單純測(cè)試一對(duì)相接卻沒(méi)有安裝在外殼內(nèi)的母端子及公針。眾所周知，影響連接器的升溫的因素，包括接觸電阻、電流量及散熱渠道。在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，公針母端子是安裝在外殼內(nèi)的。因此，散熱渠道劇減。再加上一般同時(shí)使用多個(gè)接觸對(duì)，更不能以額定電流峰值設(shè)置為連接器的工作電流。

從制作角度來(lái)看，傳統(tǒng)型的電源連接器大多車(chē)床加工?；谌諠u成熟的沖壓技術(shù)，從而衍生了新一代沖壓成型的電源連接器。相比之下，車(chē)床加工制程較簡(jiǎn)單，磨具設(shè)置時(shí)間短，屬較靈活的生產(chǎn)技術(shù)。沖壓成型制程雖較昂貴，但在投入量產(chǎn)下，其成本與車(chē)床加工不相上下，特別是沖壓成型技術(shù)容許局部性電鍍，是車(chē)床加工不能提供的選項(xiàng)。從質(zhì)量角度考量，在長(zhǎng)期量產(chǎn)的狀況下，沖壓成型確保一定的質(zhì)量穩(wěn)定性，這是車(chē)床加工無(wú)法相提并論的。

從裝配角度來(lái)探討，電路板裝配的方法有壓接、表貼或焊接；電纜裝配的方法則有螺釘連接、焊接、繞線、碾接及IDC（通稱(chēng)刺破連接或絕緣位移連接）。要選擇合適的連接器，不僅要考慮連接器的價(jià)格，更為重要的因素是合適的裝配技術(shù)。焊接連接器自然比表貼及壓接連接器便宜，因?yàn)椴恍枘透邷厮芰贤鈿ぃ膊恍枰_有特別的壓接區(qū)?？墒?，若單板上都是表面貼裝元件，選擇表貼性的電源連接器還是較合算的決定。接線方面，螺釘連接、焊接及繞線必須手工裝配，碾接及IDC則可選用市場(chǎng)上的組裝設(shè)備以快速、精準(zhǔn)地組裝連接器及電纜。IDC與碾接相比之下，IDC對(duì)電纜的尺寸要求較為嚴(yán)格，電纜導(dǎo)體、絕緣層的尺寸及軟硬度須符合相關(guān)IDC連接器的規(guī)格，以免損壞連接器，并確保電纜及連接器之間理想的電氣連接。若應(yīng)用在高振動(dòng)的工作環(huán)境下，則該選用碾接的線纜連接器。其他需加以考慮的因素還包括工作環(huán)境溫度而牽涉到是否該使用耐高溫電纜的考量等。

圖1 ERmet電源模塊電流降額曲線

其實(shí)，連接器最關(guān)鍵的設(shè)計(jì)在于母端子及公針形成的觸點(diǎn)。不良的設(shè)計(jì)、制程及不適的基材料、電鍍層，都可以導(dǎo)致不理想的接觸甚至無(wú)法形成觸點(diǎn)。反之，過(guò)大的夾持正向力則會(huì)導(dǎo)致連接器的表鍍層過(guò)度磨損而減短其機(jī)械壽命，即插拔次數(shù)。觸點(diǎn)的設(shè)計(jì)有車(chē)床圓形針及端子，如歐式DIN41612及ERmet 2mm M型的電源端子等、沖壓成型的雙桿端子及針如2mm HM電源模塊、SMC連接器等、公母同體雙桿端子如：MicroStac等。表鍍層的材料有金、鈀、鎳、銀、錫、等。銀的導(dǎo)電性高，可是容易變色，特別是在含硫的環(huán)境中。輕微則僅影響外觀，嚴(yán)重則降低導(dǎo)電性能。鈀鎳的硬度高及空隙率少，所以其耐蝕性良好。金的化學(xué)穩(wěn)定性高，硬度低，成本高。相比之下，各有其利弊。

圖2 沖壓成型的雙桿端子

從構(gòu)型來(lái)看，共有兩種不同的電源連接器。合成連接器上的信號(hào)端子普遍上占多數(shù)，電源端子則占少數(shù)。至于單純的電源連接器或電源模塊，端子皆為高電流端子。傳統(tǒng)上，電源連接器大多獨(dú)家設(shè)計(jì)，每個(gè)品牌都不一樣。有鑒于電源連接器的需求日益苛刻，各標(biāo)準(zhǔn)逐漸將電源連接器列入其中，衍生了標(biāo)準(zhǔn)電源連接器，如：D-Sub的多個(gè)類(lèi)型、歐式DIN41612中的D、E、F、H及M型連接器、2mm HM的M型連接器及電源模塊、ATCA電源連接器。這其中典型的合成連接器例子有：M型歐式連接器、2mm HM的M型連接器以及D-Sub連接器。舉個(gè)例子，ERmet 2mm M型彎角母連接器提供55針（5排x11行針），并備有三個(gè)特殊針腔供放置電源端子或同軸端子。這類(lèi)連接器可以被單獨(dú)使用，也可以與2mm其他類(lèi)型如A、B、C、L或N型組合。相對(duì)的，ERmet M型垂直公連接器有多達(dá)77針（7排x11行針）,其中兩行外排（22針）將與母連接器的屏蔽板連接。相應(yīng)的，公連接器也有三個(gè)特殊針腔供放置電源端子或同軸端子。單純的電源模塊例子包括2mmHM電源模塊、MicroSpeed電源模塊以及ATCA電源連接器。除此之外，還有板到線的電源連接——MiniBridge及MaxiBridge。

圖3 公母同體雙桿端子

為了讓電源連接器能夠提供更高的額定電流，各連接器廠商們不停在改善電源連接器的設(shè)計(jì)，包括選用導(dǎo)電性能更強(qiáng)的新銅合金基材料、創(chuàng)新母端子及公針觸點(diǎn)的設(shè)計(jì)及提升連接器的散熱性能。配合各種工作環(huán)境條件，連接器廠商們也研發(fā)了各種適合高振動(dòng)系統(tǒng)、防塵防水、帶鎖扣的電源連接器供特殊用途，甚至有不同顏色意味著機(jī)械上不同編碼的連接器，以防操作人員誤插。有鑒于PCB裝配工藝日趨自動(dòng)化，卷帶包裝及預(yù)安裝抓取墊也日漸普遍。

隨著電子科技迅猛發(fā)展大趨勢(shì)，估計(jì)將來(lái)的電源連接器設(shè)計(jì)會(huì)有更多、更大的突破。只要選用合適的電源連接器，加上良好的PCB設(shè)計(jì)，系統(tǒng)設(shè)計(jì)工程師肯定能推出更優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品。