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，電子產品的組裝和制造就變得更加容易。現在，連接器的應用已遍布通信、計算機、工業機械和消費電子等各個領域。 雖然連接器屬于很常見的一種電子產品，但每個應用領域對連接器的要求還是有非常大的差別。按大類劃分，連接器的種類多達幾十種，僅一家連接器供應商的產品就有上百個品類。如何在海量的產品中找到符合需求的連接器產品，對設計人員來說是一項繁重的工作。

本文的重點是從應用入手，選取目前最熱門的幾個連接器應用領域，并針對這些行業的應用特點著重推薦一些有代表性的連接器產品，方便設計人員選用。

連接器選型中的關鍵要素

在介紹具體的選型要點之前，我們先來看一下連接器有哪些大類。

由眾多公司支持的國家電氣分銷商協會（NEDA）對連接器的行業級別進行了定義，并劃分為5個行業級別，即：

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

圖1：種類繁多的連接類產品（圖源：TE）

事實上，在行業內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類別中的一個（或多個）。 近年來，連接器技術發生了重大變化。不斷增長的3C應用（計算機、通信和消費電子產品）、電子設備的日益小型化，以及對具有先進功能、便利性和連接性的產品的日益增長的需求，為各種連接器技術創造了新的機遇。如光纖和RF（射頻）同軸連接器，在汽車和數據通信應用中發揮了關鍵作用，同時也帶動了連接器需求量的大幅增長。TE Connectivity、Amphenol、Molex等這些連接器市場的佼佼者，一方面在技術上起到引領作用，另一方面，他們也是市場增長的受益者。

隨著連接器制造商不斷向市場推出新的產品，在實際應用中連接器的選擇范圍也變得更廣，選型似乎也更復雜。歸納起來，只要從以下幾個方面入手，設計人員就可以輕松地找到最適合的連接器產品。

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確定所需連接器的類型

這一點很好理解，就是首先要明確需求，并按照用途和外形找到對應的連接器類型，比如我們是選用PCB連接器，還是線對板連接器、線對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

連接器的主要用途是將電信號從一個地方轉送到另一個地方，起到電路的橋接作用。連接器的電參數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、絕緣介電強度等。這些參數直接影響著連接器的材料選擇。比如在高電壓場合，連接器就必須采用具有強絕緣性能的絕緣體材料。

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信號完整性

當不同信號線之間存在耦合（電感或電容）時，就會發生串擾，從而影響電路的整體信號完整性。尤其是像數據中心這樣的高速數據傳輸系統，背板上多個信號之間的串擾是個不容忽視的大問題。雖然在PCB布局過程中會盡量避免串擾的發生，但如果連接器選擇不當，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對其他元件帶來電磁干擾，但周邊電磁干擾（EMI）輻射會通過它影響到與之連接的電子系統。有些連接器供應商甚至已在其產品內部做了嚴格的防護處理。

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機械和環境方面的考慮

在正常操作過程中，連接器通常會受到機械應力的影響。比如在一些應用中連接器需要定期或經常插拔。還有就是在惡劣環境下，如國防、工業、航空航天等，包括連接器在內的整個組件不可避免地會受到沖擊和振動。當然，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境下正常工作。

電動汽車充電樁中連接器的選型

根據工信部數據，2021年1月，中國新能源汽車產銷分別完成19.4萬輛和17.9萬輛，同比分別增長285.8%和238.5%。其中，純電動汽車（EV）產銷分別完成16.6萬輛和15.1萬輛，同比分別增長366.6%和287.8%。電動汽車的市場占有率正在穩步上升。

人們在選擇電動汽車時，除了車輛的外觀、駕乘體驗外，最關注的應該就是它的充電模式了。目前，電動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連接，充電機將交流電轉換為直流電后，才能為電動汽車充電。使用交流充電樁充電，充滿電量大約需要5-8小時。 直流充電樁也叫“快充樁”，同樣也是與交流電網連接，但輸入電壓為三相四線AC380V，頻率為50Hz，通過將交流電轉換為可調直流電為電動汽車充電。直流充電樁的輸出功率較大，因此能夠實現快速充電。

現在，各國采用的電動汽車充電插座差別很大。圖2就是當前市場上主流的幾種連接器類型。在北美、日本、歐盟等國家和地區，Type1和Type2用于交流（AC）充電樁，CHAdeMo和CCS（聯合充電系統）用于直流（DC）充電樁。在中國，充電樁采用的連接器需要符合GB/T20234標準，與前述產品有一定差別。特斯拉制定了一套自己的電動汽車標準，最右側就是符合Tesla充電標準的專用插頭。2：各國或地區采用的電動汽車插頭類型

Type1插頭

這是美國/日本標準，是日產和三菱等亞洲制造商使用的插頭。它允許我們以高達7.4kWh的速度為汽車充電，當然，具體數值還要看電動汽車本身的充電功率以及電網容量。

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Type2插頭

屬于歐洲標準，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標準。幾乎所有的電動汽車和插電式混合動力車（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到43千瓦。

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CCS插頭

CCS是美系、德系中八大汽車企業（福特、通用、克萊斯勒、奧迪、寶馬、奔馳、大眾和保時捷）于2012年發布的聯合充電系統（Combined Charging System），即CCS標準。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50kWh的快速充電。這些充電器通常會在20-40分鐘內將電動汽車充電至80%。與其兼容的汽車品牌包括：本田、馬自達、日產、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、支持高熱環境應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汽車充電器，包括2級、3級、超高速充電器。對于定制電源產品，每個觸點高達125A的Amphenol EazyPwr IP67現場安裝連接器是無線充電站的最佳選擇。

JAE KW系列電動汽車充電樁連接器

充電樁解決方案

日本航空電子工業公司（JAE）開發的KW系列電動汽車充電樁連接器，產品定位就是電動汽車充電樁市場。2011年投放市場的KW1系列是公司的初代產品，符合CHAdeMO規格的快速充電連接器。KW02/KW03系列是基于KW1的開發經驗，在確保高可靠性的同時，實現了產品的小型化和輕量化，在符合CHAdeMO標準規格范圍內滿足V2H各項指標。KW04系列是符合在歐洲普及的CCS標準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、日本和中國市場的交流、直流和 CCS的一系列產品。

Type 1 AMP+充電插座是專為北美和日本市場設計的產品，適合交流和CCS充電樁，有多種選項可供選擇。Type 1 AMP+充電插座符合SAE J1772（IEC 62196-2）和IEC 62196-3標準及規格；

Type 2 AMP+充電插座專為歐洲市場設計，同樣適合交流和CCS充電樁；

GB AMP+充電插座是專門針對中國市場推出的產品，有交流和直流充電兩個版本，符合中國的GB/T 20234.2和GB/T 20234.3標準。

TE AMP+ HVA 630連接器系統可為混合動力及純電動汽車的車載充電系統提供先進的高壓保護功能。

圖5：TE AMP+ HVA 630連接器

（圖源：TE）

可穿戴設備的連接器選型

近年人們更加重視個人健康的管理。因此，我們看到了這樣一個結果：2020年第一季度全球智能可穿戴設備出貨量同比增長29.7%。

根據IDC預測，2020年，全球可穿戴設備的出貨量預計將達到3.96億臺，其中2020年耳戴式設備的出貨量約為2.34億，而智能手表的出貨量約為9100萬，智能手環的出貨量約為6800萬。因此，IDC預計，未來五年智能穿戴設備出貨量的復合年增長率（CAGR）將達到12.4%，到2024年全球出貨量為6.37億臺。

可穿戴設備是可佩戴在身體上或嵌入身體的電子設備。根據其預期用途，可大致分為兩類：一是監測和記錄生理數據的設備，如心率、血壓、步數、睡眠和熱量消耗；二是增強與數字環境連接的設備，如智能手表。這類設備將進一步加強和推動可穿戴設備市場的發展，使其更加復雜、更輕、更薄和更小。

此外，智能型設備可嵌入衣服中，使其能夠在人運動時記錄和收集更高級的信息。智能服裝的使用預計將在醫療部門擴大，用于患者監測。 對元器件行業而言，隨著可穿戴設備的體積變得越來越小，加之節能、傳感器數據的更高準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。面對巨大的市場潛力，電子元件制造商們當然不會坐視不管，他們一直在不遺余力地進行著技術和產品的創新，并專門為可穿戴市場開發了一系列元器件。作為可穿戴設備的主要元件，各種新型連接器產品接連問世，主要用于天線、傳感器、電源、電池連接、板對板、線對板和可移動存儲設備。

它們的目的是將外圍設備連接到主設備，以便在組件出現故障時進行輕松維修。 JAE為可穿戴設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備而優化。 與佩戴在身體上的可穿戴設備（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、更準確地讀取生物醫學信號。現場工人的安全管理、體育運動中的身體狀況或表現跟蹤以及醫療領域中的患者監測等都是它的商業化使用案例。JAE是業內首家開發和銷售易于操作、用戶友好且可定制連接器的企業。公司的“RK01系列”是行業內為智能紡織品開發的第一個連接器，它由織物側連接器上的插頭觸點、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組成。 由于RK01系列連接器使用了在服裝產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。

只需一個動作，就能輕松地與智能紡織品連接和分離，甚至可以使用多個觸點。RK01系列還具有高度的通用性，可以定制以適應各種智能紡織材料和引腳數量，使其成為小型化和增強智能紡織產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系列產品

除了智能紡織品，智能手表也是可穿戴設備中一個關鍵的典型應用。作為一款以易用性和附加功能為目標的可穿戴設備，智能手表必須支持多種功能。因此，設備內部的組件和互連均會發生變化。例如，高性能攝像機和顯示器需要使用非常小的板對板（FPC）連接器連接。JAE的WP系列產品提供多種堅固的FPC連接器，它們是小型和低矮型連接器，是緊湊型設備中高密度安裝的理想解決方案。

現在大多數可穿戴設備都支持物聯網，因此天線和射頻連接器也是一個重要的產品門類。此類連接器的選型，具體取決于射頻技術。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。

為了適應可穿戴領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，可生產高可靠且耐用的模塑互連器件（MID），支持可穿戴設備的模塊化設計方法。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產品等。

2019年，連接器市場規模超過600億美元，預計到2026年，年安裝量將超過60億套。隨著企業和消費者對使用的電子設備的便利性、移動性、功率和速度的要求越來越高，設計工程師對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。

責任編輯：haq