在提高電源系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換效率以及散熱性能上,除了從最為基礎(chǔ)的電源芯片入手,電源連接器同樣起著舉足輕重的作用。為了解當(dāng)下的電源連接器發(fā)展趨勢以及存在的種種設(shè)計(jì)挑戰(zhàn),筆者有幸邀請到來自FCI公司的副總裁兼大中華區(qū)及韓國區(qū)總經(jīng)理黃振聲先生,與其共探電源連接器行業(yè)的未來走向。
作為目前連接器業(yè)界最資深的前輩之一,黃振聲先生在27年的連接器從業(yè)生涯中見證了連接器行業(yè)在華市場的萌芽、發(fā)展、和成熟壯大,經(jīng)歷了無數(shù)的機(jī)遇和挑戰(zhàn)!
黃振聲先生表示,電源連接器的技術(shù)演變通常會(huì)順應(yīng)電子系統(tǒng)的發(fā)展方向。隨著大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的高速發(fā)展,智能化將是未來通訊設(shè)備、電子設(shè)備的主流趨勢,其要求電子系統(tǒng)能夠具有自動(dòng)識別、自動(dòng)被識別、數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程傳輸提取、自動(dòng)監(jiān)控報(bào)警、自動(dòng)修復(fù)等功能,所有這些市場發(fā)展的趨勢對于電源連接器提出了更高的要求,具體體現(xiàn)為:小型化、更高的通流密度和絕對通流能力、更低的接觸阻抗以減少熱損耗、更高的應(yīng)用環(huán)境適應(yīng)能力(物理環(huán)境及安規(guī))、更高的集成性(AC+DC+Signal+Sensor)、用戶對產(chǎn)品特針組合可自由編輯,以及更高的性價(jià)比等等。
以數(shù)據(jù)通信領(lǐng)域的大數(shù)據(jù)中心為例,由于機(jī)房的建設(shè)成本昂貴,一旦投入使用,通過后期改造機(jī)房擴(kuò)容非常的不現(xiàn)實(shí),運(yùn)營方或者業(yè)主方通常會(huì)通過優(yōu)化機(jī)房內(nèi)通訊設(shè)備的排列布局密度,提升機(jī)房內(nèi)單位面積上的計(jì)算、存儲、交換數(shù)據(jù)的能力來降低成本,因此,通訊系統(tǒng)必須小型化、高密化,這就必須要求電源的占空比更小,輸出功率更高,以及更高的轉(zhuǎn)換效率來降低系統(tǒng)熱損耗,相應(yīng)的電源連接器也必須符合以上這些設(shè)計(jì)需求。
FCI的電源連接器三大技術(shù)優(yōu)勢
“數(shù)據(jù)通信領(lǐng)域的電源連接器一直是FCI核心產(chǎn)品線之一。”黃振聲表示,F(xiàn)CI在產(chǎn)品創(chuàng)新、新材料、新工藝的技術(shù)研發(fā)上持續(xù)投入,辛勤耕耘,推出了多款深受用戶肯定的產(chǎn)品。從設(shè)計(jì)來看,F(xiàn)CI的電源產(chǎn)品線非常完整,單個(gè)觸點(diǎn)的通流能力可以從4安培直到300安培。這些產(chǎn)品幾乎涵蓋了所有的應(yīng)用形式:
1. 與PCB金手指配合的單片連接器PCE和HPCE,可以實(shí)現(xiàn)共面、垂直、扣板等應(yīng)用。
2. 板對板連接器應(yīng)用,如PB,PB+,HCI,BTB-HPCE,PB Ultra,PwrMax等等,可實(shí)現(xiàn)共面、垂直、扣板等互配方式。
3. 電源I/O線纜,可以實(shí)現(xiàn)線對線、線對板、線對PCB金手指等等應(yīng)用。
4. 接線端子和接線柱。
5. 匯流排及針對超大電流應(yīng)用的匯流排界面連接器,如Barklip,Barguide等等。
HPCE夾層連接器
其次,F(xiàn)CI電源連接器均是采用模組化的形式設(shè)計(jì)。這一設(shè)計(jì)特點(diǎn)可以讓電源開發(fā)工程師可以根據(jù)不同的應(yīng)用環(huán)境、不同的設(shè)計(jì)項(xiàng)目對于所需的電源連接器特征進(jìn)行自由編輯,節(jié)省至少60天的產(chǎn)品開模時(shí)間和認(rèn)證時(shí)間,大幅度縮短產(chǎn)品的開發(fā)周期,并降低客戶的產(chǎn)品開發(fā)成本,以FCI 的PB 產(chǎn)品為例,只要產(chǎn)品長度尺寸在8英寸(203.2MM)內(nèi),客戶可以根據(jù)不同項(xiàng)目或者同一項(xiàng)目對于電源連接器的不同需求自由編輯如下產(chǎn)品特性:
1. 有無AC端子的需求
2. 有無FMLB的需求
3. 有無導(dǎo)向的需求
4. 不同電源端子間距:5.08MM,6.35MM,7.62MM
5. 電源端子(P)與信號端子(S)的自由排列組合,如P,P+S,S+P,P+S+P等等
6. 連接器針腳與PCB板安裝固定方式:機(jī)械壓接(PF)或者通孔回流焊(THR/PIP)
7. 應(yīng)用方式的不同:WTB、WTW、BTB等
最后,黃振聲特別指出FCI電源連接器在電鍍工藝上的創(chuàng)新之處,實(shí)際上它也是設(shè)計(jì)創(chuàng)新的重要組成部分。眾所周知,目前的電源連接器設(shè)計(jì)關(guān)鍵之一是如何降低接觸阻抗,越低的接觸阻抗意味著越低的功率損耗和更高的傳輸效率,同時(shí)也對連接器或者電源系統(tǒng)的散熱非常有幫助。
黃振聲指出,當(dāng)前市面上的電源連接器大多是鍍金或者鈀鎳鍍金(GXT),實(shí)際上,銀比金具有更好的導(dǎo)電率和更強(qiáng)的價(jià)格優(yōu)勢,換言之,又便宜、性能又好。從很多年前開始,連接器產(chǎn)業(yè)就曾投入巨資研發(fā),但由于未能解決銀易氧化、硫化、不耐摩擦等負(fù)面影響,而否定了這一方向。“但今天我要告訴大家一個(gè)好消息,F(xiàn)CI的專家團(tuán)隊(duì)通過多年公關(guān)、無數(shù)次的測試優(yōu)化,目前已經(jīng)成功解決了這一業(yè)界難題,并獲得專利,并從去年開始在新的電源連接器產(chǎn)品上量產(chǎn)使用鍍銀工藝,如PB Ultra、Barklip等新產(chǎn)品,測試對比數(shù)據(jù)表明,在同樣設(shè)計(jì)的產(chǎn)品上,鍍銀比鍍金與GXT的接觸阻抗低至少40%,性能更優(yōu)!。”
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三大方案解決電源散熱難題
電源連接器在傳輸電流時(shí)會(huì)產(chǎn)生功率損耗,這些損耗功率基本上可以看成是熱損耗,它源于兩方面:一是電源連接器傳輸路徑上的導(dǎo)體阻抗帶來的傳導(dǎo)熱阻,二是相互接觸的連接器端子間的接觸阻抗所引發(fā)的接觸熱阻。降低傳導(dǎo)熱阻主要是依靠增大導(dǎo)體橫截面積、縮短傳導(dǎo)長度來解決;降低接觸熱阻主要依靠增加相互接觸端子的接觸面積及增加正向力來實(shí)現(xiàn),比如增大端子的橫截面并將接觸區(qū)域開口分成多個(gè)觸點(diǎn)同時(shí)接觸,正向力的增加可以在不影響使用需求的前提下盡量提高,這主要是靠端子前期設(shè)計(jì)來完成的,目前FCI最新鍍銀工藝也可以很好降低接觸熱阻。
在電源系統(tǒng)中,電源連接器的熱損耗可以等同視為一個(gè)熱源,它不僅對電源連接器加熱,也同時(shí)作為二次熱源對電源連接器周邊的電子元器件如電容等加熱,因此,我們在電源連接器的設(shè)計(jì)中必須予以考慮,消除這些負(fù)面影響,F(xiàn)CI主要通過如下設(shè)計(jì)方案達(dá)成:
1. 盡量降低電源連接器工作本身的熱損耗,上面已經(jīng)講了,主要是通過改善傳導(dǎo)阻抗和接觸阻抗,增大電源端子截面,將電源端子剖開分成多觸點(diǎn)的方式,還有鍍銀工藝等等。
2. 將電源連接器產(chǎn)生的熱量盡快散開來自我保護(hù),主要是靠在塑膠殼體上開通風(fēng)巢或通風(fēng)孔,或者采用高導(dǎo)熱絕緣的新塑膠材料,在一些特殊應(yīng)用領(lǐng)域,可以用超導(dǎo)原件連接電源連接器外殼與電源外殼,而最終通過電源外殼散熱。
3. 降低電源連接器在高度方向上的尺寸,不對電源系統(tǒng)風(fēng)路產(chǎn)生風(fēng)阻,便于整個(gè)電源系統(tǒng)的熱量能夠被電源系統(tǒng)的風(fēng)流快速排出,而減少系統(tǒng)因熱量堆積產(chǎn)生的過熱耦合失效。
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