連接器選型中的關(guān)鍵要素

電子連接器

電子連接器是非常普遍的一種電子器件，有了它，電子產(chǎn)品的組裝和制造就變得更加容易?，F(xiàn)在，連接器的應(yīng)用已遍布通信、計(jì)算機(jī)、工業(yè)機(jī)械和消費(fèi)電子等各個(gè)領(lǐng)域。 雖然連接器屬于很常見的一種電子產(chǎn)品，但每個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域?qū)B接器的要求還是有非常大的差別。按大類劃分，連接器的種類多達(dá)幾十種，僅一家連接器供應(yīng)商的產(chǎn)品就有上百個(gè)品類。如何在海量的產(chǎn)品中找到符合需求的連接器產(chǎn)品，對(duì)設(shè)計(jì)人員來說是一項(xiàng)繁重的工作。

本文的重點(diǎn)是從應(yīng)用入手，選取目前最熱門的幾個(gè)連接器應(yīng)用領(lǐng)域，并針對(duì)這些行業(yè)的應(yīng)用特點(diǎn)著重推薦一些有代表性的連接器產(chǎn)品，方便設(shè)計(jì)人員選用。

連接器選型中的關(guān)鍵要素

在介紹具體的選型要點(diǎn)之前，我們先來看一下連接器有哪些大類。

由眾多公司支持的國(guó)家電氣分銷商協(xié)會(huì)（NEDA）對(duì)連接器的行業(yè)級(jí)別進(jìn)行了定義，并劃分為5個(gè)行業(yè)級(jí)別，即：

1、線路到線路板或子組件到子組件級(jí)別 2、箱對(duì)箱或輸入/輸出級(jí)別 3、IC芯片或芯片到封裝級(jí)別 4、IC封裝或板級(jí)封裝 5、PCB板到板級(jí)別

圖1：種類繁多的連接類產(chǎn)品（圖源：TE）

事實(shí)上，在行業(yè)內(nèi)連接器并沒有固定的分類。市面上的連接器雖然種類繁多，但這些連接器大致都可以屬于上述五個(gè)類別中的一個(gè)（或多個(gè)）。 近年來，連接器技術(shù)發(fā)生了重大變化。不斷增長(zhǎng)的3C應(yīng)用（計(jì)算機(jī)、通信和消費(fèi)電子產(chǎn)品）、電子設(shè)備的日益小型化，以及對(duì)具有先進(jìn)功能、便利性和連接性的產(chǎn)品的日益增長(zhǎng)的需求，為各種連接器技術(shù)創(chuàng)造了新的機(jī)遇。如光纖和RF（射頻）同軸連接器，在汽車和數(shù)據(jù)通信應(yīng)用中發(fā)揮了關(guān)鍵作用，同時(shí)也帶動(dòng)了連接器需求量的大幅增長(zhǎng)。TE Connectivity、Amphenol、Molex等這些連接器市場(chǎng)的佼佼者，一方面在技術(shù)上起到引領(lǐng)作用，另一方面，他們也是市場(chǎng)增長(zhǎng)的受益者。

隨著連接器制造商不斷向市場(chǎng)推出新的產(chǎn)品，在實(shí)際應(yīng)用中連接器的選擇范圍也變得更廣，選型似乎也更復(fù)雜。歸納起來，只要從以下幾個(gè)方面入手，設(shè)計(jì)人員就可以輕松地找到最適合的連接器產(chǎn)品。

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確定所需連接器的類型

這一點(diǎn)很好理解，就是首先要明確需求，并按照用途和外形找到對(duì)應(yīng)的連接器類型，比如我們是選用PCB連接器，還是線對(duì)板連接器、線對(duì)線連接器或是帶狀和扁平電纜連接器。

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連接器的電性能或電參數(shù)

連接器的主要用途是將電信號(hào)從一個(gè)地方轉(zhuǎn)送到另一個(gè)地方，起到電路的橋接作用。連接器的電參數(shù)通常指連接器的額定電壓、額定電流、端子之間的接觸電阻、連接器本身的絕緣電阻、絕緣介電強(qiáng)度等。這些參數(shù)直接影響著連接器的材料選擇。比如在高電壓場(chǎng)合，連接器就必須采用具有強(qiáng)絕緣性能的絕緣體材料。

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信號(hào)完整性

當(dāng)不同信號(hào)線之間存在耦合（電感或電容）時(shí)，就會(huì)發(fā)生串?dāng)_，從而影響電路的整體信號(hào)完整性。尤其是像數(shù)據(jù)中心這樣的高速數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，背板上多個(gè)信號(hào)之間的串?dāng)_是個(gè)不容忽視的大問題。雖然在PCB布局過程中會(huì)盡量避免串?dāng)_的發(fā)生，但如果連接器選擇不當(dāng)，前期所有努力都將付之東流。

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電磁干擾

作為一種無源電子元器件，連接器本身雖然不會(huì)對(duì)其他元件帶來電磁干擾，但周邊電磁干擾（EMI）輻射會(huì)通過它影響到與之連接的電子系統(tǒng)。有些連接器供應(yīng)商甚至已在其產(chǎn)品內(nèi)部做了嚴(yán)格的防護(hù)處理。

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機(jī)械和環(huán)境方面的考慮

在正常操作過程中，連接器通常會(huì)受到機(jī)械應(yīng)力的影響。比如在一些應(yīng)用中連接器需要定期或經(jīng)常插拔。還有就是在惡劣環(huán)境下，如國(guó)防、工業(yè)、航空航天等，包括連接器在內(nèi)的整個(gè)組件不可避免地會(huì)受到?jīng)_擊和振動(dòng)。當(dāng)然，溫度、濕度、大氣壓等也是在連接器選型之初必須加以考慮的重要因素。無論如何，所選的連接器必須能夠在其使用環(huán)境下正常工作。

電動(dòng)汽車充電樁中連接器的選型

根據(jù)工信部數(shù)據(jù)，2021年1月，中國(guó)新能源汽車產(chǎn)銷分別完成19.4萬輛和17.9萬輛，同比分別增長(zhǎng)285.8%和238.5%。其中，純電動(dòng)汽車（EV）產(chǎn)銷分別完成16.6萬輛和15.1萬輛，同比分別增長(zhǎng)366.6%和287.8%。電動(dòng)汽車的市場(chǎng)占有率正在穩(wěn)步上升。

人們?cè)谶x擇電動(dòng)汽車時(shí)，除了車輛的外觀、駕乘體驗(yàn)外，最關(guān)注的應(yīng)該就是它的充電模式了。目前，電動(dòng)汽車充電樁主要有快充和慢充兩種模式。交流充電樁就是大家俗稱的“慢充樁”，它通過與交流電網(wǎng)連接來提供交流電源。慢充樁本身沒有充電功能，它需要與車載充電機(jī)連接，充電機(jī)將交流電轉(zhuǎn)換為直流電后，才能為電動(dòng)汽車充電。使用交流充電樁充電，充滿電量大約需要5-8小時(shí)。 直流充電樁也叫“快充樁”，同樣也是與交流電網(wǎng)連接，但輸入電壓為三相四線AC380V，頻率為50Hz，通過將交流電轉(zhuǎn)換為可調(diào)直流電為電動(dòng)汽車充電。直流充電樁的輸出功率較大，因此能夠?qū)崿F(xiàn)快速充電。

現(xiàn)在，各國(guó)采用的電動(dòng)汽車充電插座差別很大。圖2就是當(dāng)前市場(chǎng)上主流的幾種連接器類型。在北美、日本、歐盟等國(guó)家和地區(qū)，Type1和Type2用于交流（AC）充電樁，CHAdeMo和CCS（聯(lián)合充電系統(tǒng)）用于直流（DC）充電樁。在中國(guó)，充電樁采用的連接器需要符合GB/T20234標(biāo)準(zhǔn)，與前述產(chǎn)品有一定差別。特斯拉制定了一套自己的電動(dòng)汽車標(biāo)準(zhǔn)，最右側(cè)就是符合Tesla充電標(biāo)準(zhǔn)的專用插頭。2：各國(guó)或地區(qū)采用的電動(dòng)汽車插頭類型

Type1插頭

這是美國(guó)/日本標(biāo)準(zhǔn)，是日產(chǎn)和三菱等亞洲制造商使用的插頭。它允許我們以高達(dá)7.4kWh的速度為汽車充電，當(dāng)然，具體數(shù)值還要看電動(dòng)汽車本身的充電功率以及電網(wǎng)容量。

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Type2插頭

屬于歐洲標(biāo)準(zhǔn)，奧迪、寶馬和梅賽德斯奔馳等歐洲汽車制造商都使用了這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。幾乎所有的電動(dòng)汽車和插電式混合動(dòng)力車（PHEV）都可以在Type2插座上充電。在家里，Type2插頭的最高充電功率為22千瓦，而公共充電站最多可達(dá)到43千瓦。

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CCS插頭

CCS是美系、德系中八大汽車企業(yè)（福特、通用、克萊斯勒、奧迪、寶馬、奔馳、大眾和保時(shí)捷）于2012年發(fā)布的聯(lián)合充電系統(tǒng)（Combined Charging System），即CCS標(biāo)準(zhǔn)。CCS在Type2插頭上增加了兩條額外的直流電源線用以提高充電電壓。CCS是一種用于快速充電的插頭，充電速度為25kWh到350kW，在歐洲非常受歡迎。

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CHAdeMO插頭

CHAdeMO是Charge de Move的縮寫，它是一種直流快充插頭，可提供高達(dá)50kWh的快速充電。這些充電器通常會(huì)在20-40分鐘內(nèi)將電動(dòng)汽車充電至80%。與其兼容的汽車品牌包括：本田、馬自達(dá)、日產(chǎn)、三菱、豐田等日本車企。

Amphenol PwrBlade和PwrBlade+連接器

充電樁解決方案

Amphenol為EV充電站提供支持15A-1000A額定值、低接觸電阻、支持高熱環(huán)境應(yīng)用和組件模塊化的各種電源連接器。其中，PwrBlade和PwrBlade+連接器可用于各種電動(dòng)汽車充電器，包括2級(jí)、3級(jí)、超高速充電器。對(duì)于定制電源產(chǎn)品，每個(gè)觸點(diǎn)高達(dá)125A的Amphenol EazyPwr IP67現(xiàn)場(chǎng)安裝連接器是無線充電站的最佳選擇。

JAE KW系列電動(dòng)汽車充電樁連接器

充電樁解決方案

日本航空電子工業(yè)公司（JAE）開發(fā)的KW系列電動(dòng)汽車充電樁連接器，產(chǎn)品定位就是電動(dòng)汽車充電樁市場(chǎng)。2011年投放市場(chǎng)的KW1系列是公司的初代產(chǎn)品，符合CHAdeMO規(guī)格的快速充電連接器。KW02/KW03系列是基于KW1的開發(fā)經(jīng)驗(yàn)，在確保高可靠性的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品的小型化和輕量化，在符合CHAdeMO標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格范圍內(nèi)滿足V2H各項(xiàng)指標(biāo)。KW04系列是符合在歐洲普及的CCS標(biāo)準(zhǔn)的快速充電用連接器。

TE Connectivity

充電解決方案

TE Connectivity的下一代AMP+充電插座種類齊全，有適用于歐洲、北美、日本和中國(guó)市場(chǎng)的交流、直流和 CCS的一系列產(chǎn)品。

Type 1 AMP+充電插座是專為北美和日本市場(chǎng)設(shè)計(jì)的產(chǎn)品，適合交流和CCS充電樁，有多種選項(xiàng)可供選擇。Type 1 AMP+充電插座符合SAE J1772（IEC 62196-2）和IEC 62196-3標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)格；

Type 2 AMP+充電插座專為歐洲市場(chǎng)設(shè)計(jì)，同樣適合交流和CCS充電樁；

GB AMP+充電插座是專門針對(duì)中國(guó)市場(chǎng)推出的產(chǎn)品，有交流和直流充電兩個(gè)版本，符合中國(guó)的GB/T 20234.2和GB/T 20234.3標(biāo)準(zhǔn)。

TE AMP+ HVA 630連接器系統(tǒng)可為混合動(dòng)力及純電動(dòng)汽車的車載充電系統(tǒng)提供先進(jìn)的高壓保護(hù)功能。

圖5：TE AMP+ HVA 630連接器

（圖源：TE）

可穿戴設(shè)備的連接器選型

近年人們更加重視個(gè)人健康的管理。因此，我們看到了這樣一個(gè)結(jié)果：2020年第一季度全球智能可穿戴設(shè)備出貨量同比增長(zhǎng)29.7%。

根據(jù)IDC預(yù)測(cè)，2020年，全球可穿戴設(shè)備的出貨量預(yù)計(jì)將達(dá)到3.96億臺(tái)，其中2020年耳戴式設(shè)備的出貨量約為2.34億，而智能手表的出貨量約為9100萬，智能手環(huán)的出貨量約為6800萬。因此，IDC預(yù)計(jì)，未來五年智能穿戴設(shè)備出貨量的復(fù)合年增長(zhǎng)率（CAGR）將達(dá)到12.4%，到2024年全球出貨量為6.37億臺(tái)。

可穿戴設(shè)備是可佩戴在身體上或嵌入身體的電子設(shè)備。根據(jù)其預(yù)期用途，可大致分為兩類：一是監(jiān)測(cè)和記錄生理數(shù)據(jù)的設(shè)備，如心率、血壓、步數(shù)、睡眠和熱量消耗；二是增強(qiáng)與數(shù)字環(huán)境連接的設(shè)備，如智能手表。這類設(shè)備將進(jìn)一步加強(qiáng)和推動(dòng)可穿戴設(shè)備市場(chǎng)的發(fā)展，使其更加復(fù)雜、更輕、更薄和更小。

此外，智能型設(shè)備可嵌入衣服中，使其能夠在人運(yùn)動(dòng)時(shí)記錄和收集更高級(jí)的信息。智能服裝的使用預(yù)計(jì)將在醫(yī)療部門擴(kuò)大，用于患者監(jiān)測(cè)。 對(duì)元器件行業(yè)而言，隨著可穿戴設(shè)備的體積變得越來越小，加之節(jié)能、傳感器數(shù)據(jù)的更高準(zhǔn)確性以及無線連接等新需求，要求使用的元器件不僅尺寸更小，電性能也要更出色。面對(duì)巨大的市場(chǎng)潛力，電子元件制造商們當(dāng)然不會(huì)坐視不管，他們一直在不遺余力地進(jìn)行著技術(shù)和產(chǎn)品的創(chuàng)新，并專門為可穿戴市場(chǎng)開發(fā)了一系列元器件。作為可穿戴設(shè)備的主要元件，各種新型連接器產(chǎn)品接連問世，主要用于天線、傳感器、電源、電池連接、板對(duì)板、線對(duì)板和可移動(dòng)存儲(chǔ)設(shè)備。

它們的目的是將外圍設(shè)備連接到主設(shè)備，以便在組件出現(xiàn)故障時(shí)進(jìn)行輕松維修。 JAE為可穿戴設(shè)備提供了多種連接器解決方案，其中，RK01系列是一種用于智能紡織品的連接器，具有極好的可定制性；WP系列是用于將基板連接到基板（FPC）的小而薄的連接器，專為高性能和小尺寸設(shè)備而優(yōu)化。 與佩戴在身體上的可穿戴設(shè)備（如智能手表）相比，智能紡織品的侵入性更小，能夠更緊密地圍繞用戶，從而更容易、更準(zhǔn)確地讀取生物醫(yī)學(xué)信號(hào)。現(xiàn)場(chǎng)工人的安全管理、體育運(yùn)動(dòng)中的身體狀況或表現(xiàn)跟蹤以及醫(yī)療領(lǐng)域中的患者監(jiān)測(cè)等都是它的商業(yè)化使用案例。JAE是業(yè)內(nèi)首家開發(fā)和銷售易于操作、用戶友好且可定制連接器的企業(yè)。公司的“RK01系列”是行業(yè)內(nèi)為智能紡織品開發(fā)的第一個(gè)連接器，它由織物側(cè)連接器上的插頭觸點(diǎn)、頂部絕緣體、底部絕緣體和表面安裝在變送器電路板上的插座觸點(diǎn)組成。 由于RK01系列連接器使用了在服裝產(chǎn)品中廣泛使用的按扣式連接方式，是一種用戶友好型連接器。

只需一個(gè)動(dòng)作，就能輕松地與智能紡織品連接和分離，甚至可以使用多個(gè)觸點(diǎn)。RK01系列還具有高度的通用性，可以定制以適應(yīng)各種智能紡織材料和引腳數(shù)量，使其成為小型化和增強(qiáng)智能紡織產(chǎn)品功能的上佳連接器解決方案。圖7：用于智能紡織品中的JAE RK01系列產(chǎn)品

除了智能紡織品，智能手表也是可穿戴設(shè)備中一個(gè)關(guān)鍵的典型應(yīng)用。作為一款以易用性和附加功能為目標(biāo)的可穿戴設(shè)備，智能手表必須支持多種功能。因此，設(shè)備內(nèi)部的組件和互連均會(huì)發(fā)生變化。例如，高性能攝像機(jī)和顯示器需要使用非常小的板對(duì)板（FPC）連接器連接。JAE的WP系列產(chǎn)品提供多種堅(jiān)固的FPC連接器，它們是小型和低矮型連接器，是緊湊型設(shè)備中高密度安裝的理想解決方案。

現(xiàn)在大多數(shù)可穿戴設(shè)備都支持物聯(lián)網(wǎng)，因此天線和射頻連接器也是一個(gè)重要的產(chǎn)品門類。此類連接器的選型，具體取決于射頻技術(shù)。天線可以硬接線到PCB中，也可以是SMD天線，或者在某些罕見的情況下是外部天線。

為了適應(yīng)可穿戴領(lǐng)域超緊湊外形尺寸的要求，幾年前Molex還推出了激光直接成型（LDS）技術(shù)，可生產(chǎn)高可靠且耐用的模塑互連器件（MID），支持可穿戴設(shè)備的模塊化設(shè)計(jì)方法。另外，Molex還有微型連接器陣列、柔性印刷電路連接器、SIM和SD卡插座、I/O產(chǎn)品等。

2019年，連接器市場(chǎng)規(guī)模超過600億美元，預(yù)計(jì)到2026年，年安裝量將超過60億套。隨著企業(yè)和消費(fèi)者對(duì)使用的電子設(shè)備的便利性、移動(dòng)性、功率和速度的要求越來越高，設(shè)計(jì)工程師對(duì)他們所采用的連接解決方案的要求也越來越高。選擇最適合的連接器解決方案可起到事半功倍的效果。

責(zé)任編輯：haq