針對中間板電力工程的更佳設計實踐和連接器技術

在消費品和電器、數(shù)據(jù)/通信設備、醫(yī)療和診斷設備、服務器和其它網(wǎng)絡系統(tǒng)等多個行業(yè)中，計算能力正在不斷上升，加上更短的產(chǎn)品設計周期和更緊湊的設計，大幅加劇了對于更好的設計實踐和創(chuàng)新的定制中間板(midplane)解決方案的需求。

解決中間板功率方程的關鍵注意事項

當功率輸出將大容量電力輸送到裝置中時，功率分布將電力分配到裝置各處。針對分布式應用的電源連接器通常額定承載為50A或更大，而中間板電源連接器則位于功率分布的一邊，且通常額定為20A或以下，但電流范圍也可能為一安培或兩安培至高達50A。

除了應用參數(shù)和功率需求，在挑選合適的中間板連接器方面，空間可用性也是另一個重要考慮事項。在早期規(guī)劃中間板電源連接階段，設計工程師應該評估幾個因素。除了清楚了解應用之外，在選擇中間板電源連接器時，還有許多相關的問題需要詢問和回答。

● 每電路需要多少安培數(shù)(amp/A)？
● 電壓的要求是什么？
● 線路板上的間距和結構是怎樣的？
● 可用箱體的空間有多少？
● 有沒有高度限制？
● 在這些給定的參數(shù)中，各自的要求是什么？
● 有什么選項或特性可以改進設計和功能？

設計考慮中最重要的是針對應用需求的電流要求。不同的應用對中間板電源連接器的安培數(shù)要求可以是千差萬別的。例如，電腦顯示器，與可能為一二百安培的電源相比，在裝置內可能僅要求30安培電流。除了應用參數(shù)和功率需求，在選擇正確的中間板連接器時，空間可用性是另一個重要考慮事項。

除了應用參數(shù)和功率需求，在選擇正確的中間板連接器時，空間可用性是另一個重要考慮事項。

平衡空間節(jié)省和可用功率的策略

業(yè)界對于更小和更薄的高性能中間板電源連接器的需求正在上升。系統(tǒng)架構和電氣工程師始終想在同樣的空間內獲得更多的功率，這對連接器制造商提出了挑戰(zhàn)。與信號連接器可以在更高傳輸速度上繼續(xù)變小的情況不同，中間板電源連接器需要特定數(shù)量的導電材料來承載特定數(shù)量的電流或安培數(shù)，隨著電源需求的上升，更高安培容量連接器產(chǎn)品所需的空間也在增加。

連接器制造商繼續(xù)開發(fā)創(chuàng)新的設計，使用更高導電率材料，并更有創(chuàng)造性地利用空間來改進功率輸出和電氣性能，而不用擴大空間需求。為了平衡空間和功率，有必要確定中間板電源互連需要多大的空間，并且比較在成品設計中已分配了多少可用空間。除了空間節(jié)省需要優(yōu)先考慮之外，連接器的高度、寬度和長度，以及它的含銅量，都將直接影響可實現(xiàn)的電流密度。

作為空間和能源節(jié)省策略，電氣工程師需要仔細評估和戰(zhàn)略性地拆分功率。當設計中間板電源連接器時，你需要了解的第一件事就是連接器上需要多大的功率。除了確定總的大容量功率和分立應用規(guī)范，功率分布方程還需要考慮輸入電源的電路數(shù)量。例如，30安培的大容量電源可能需要分布在六個電路上，即通過刀片式設計，將總功率拆分為每電路5安培。采用一個壓接箱體系統(tǒng)允許將大容量電源降低為較小的單元，在應用內為多個點供電，而不是依靠單個電源區(qū)域。

選擇單排或雙排連接器通?？蓺w結為間距和外殼尺寸。測量電路板和箱體外殼可幫助確定可用空間是否為垂直或水平的，從而可決定單排或雙排連接器是否合適。較低側高的連接器更適合用于實現(xiàn)冷卻氣流最大化。在另一些情況下，提供改進的接觸性能的較高連接器可能是正確的解決方案，能夠在較小的卡邊緣空間中妥善處理產(chǎn)生的電流量。在某些設計結構中，建議可在其側放置閂鎖，以便安裝一定高度的外殼。因為箱子的占位面積縮小了，某些應用可從6mm連接器轉為4.2mm間距的中間板電源連接器。

設計準確的電源連接器尺寸可轉化為最佳的節(jié)能。然而，確定連接器的尺寸必須要保守穩(wěn)健，要考慮安全參數(shù)和平衡能耗。要使連接器選擇與應用匹配，切實了解中間板電源連接器、PCB和環(huán)境之間的設計關系是值得的。

散熱問題可由接觸或集中電阻及低效氣流造成。PCB含銅量是要考慮的一個因素。太少的銅會限制電流，導致集中電阻(constriction resistance)。合適的銅跡線尺寸可減少體電阻，獲得較低的散熱器溫度和較少的電流損耗。

隨著系統(tǒng)加入更多元器件并封裝在更小的箱體中，確保連接器周圍氣流的合理利用是至關重要的，這些連接器放置在交叉點上(比如在電源和服務器之間)且有可能阻塞空氣的自由流通。對于考慮氣流的設計人員來說，雖然連接器冷卻并不總是優(yōu)先處理的問題，但位于關鍵點上的連接器卻會妨礙或阻塞氣流。充足的氣流圍繞和穿過連接器可幫助冷卻電源接觸，允許更多電流并增加安全邊際。

定額，不減少中間板連接器電流

在縮小至更小間距以適應更小外殼的過程中，設計工程師仍然必須遵守物理定律。不適當?shù)念~定中間板電氣連接器除了導致更嚴重的安全問題之外，還會引起周圍的電磁干擾(electromagnetic interference, EMI)，影響箱體中的數(shù)據(jù)信號和傳輸。在電路上承載較額定值更高的安培數(shù)可能導致過熱和其它散熱問題。

中間板連接器和其它功率產(chǎn)品應在閾值內表現(xiàn)優(yōu)良。連接器應需要不超過法向力(normal force)來保持穩(wěn)定，并具有冗余觸點來使功率損耗最小化。雖然信號觸點中的電阻在高達10毫歐水平上也可能可接受，但電源連接器的要求通常較為嚴格。通常，最大30mV的壓降定義了電源接觸的熱穩(wěn)定性閾值。一旦超過，熱不穩(wěn)定性的概率會顯著增加。

傳統(tǒng)上中間板連接器的額定值是基于特定產(chǎn)品在理想情況下測試的電氣性能。這些已發(fā)布的額定值，雖然測量數(shù)據(jù)準確，但很少會顯示整個情況，因為它們沒有考慮各種條件，以及影響中間板電源連接器工作之環(huán)境的交互作用。

OEM廠商的常見做法就是自動減少電源連接器的電流，以便在連接器文檔中刊載的產(chǎn)品額定值上加入熱安全系數(shù)。許多設計人員使用簡單的方法，就是測試較少電路數(shù)及更長的電路，并繪制一系列‘T上升對比電流’圖來顯示隨著電路數(shù)增加，載流能力下降。某些用戶則指定一個任意百分比，假如連接器供應商提交了額定100安培的產(chǎn)品，用戶將自動減小30%來確保內置的安全系數(shù)，防止可能出現(xiàn)過熱。

理想情況下，對于影響散熱和電氣性能的收縮區(qū)域和電壓降落，設計人員應該考慮整體系統(tǒng)和它的電源架構來了解端對端電壓。因此，要達到最佳操作安全性，最好的方法就是定額，而不是降低額定值。根據(jù)數(shù)據(jù)來支持電流額定值的決定，例如對30安培的特定電流要求，建議的最小中間板連接器可能為4.2mm間距。此外，材料選擇和含銅量也會影響T的上升。輕的PCB銅板可能產(chǎn)生熱積聚，而較重的銅板則因為電阻較小可允許更好的電流。在某些情況下，設計人員可能要在連接器和PCB之間插入散熱器。

間板連接器的特性和選項

一些最新的中間板連接器產(chǎn)品結合了新的合金和成型樹脂、鍍層，并改進了觸點技術，所有都為了增加電流密度而不犧牲安全性和可靠性。

極具挑戰(zhàn)性的應用，比如當高振動是主要的考慮事項時，可能需要專用的電源連接器。在中間板產(chǎn)品中，Molex Sabre連接器產(chǎn)品線是用于牢固且更大電流應用的理想選擇，這些應用需要設計靈活性來用于采用垂直和直角方向的線對線和線對板結構。Sabre產(chǎn)品線采用了端子位置保證(Terminal Position Assurance, TPA)特性來確保壓接端子完全固定在其殼體中，并且防止端子由于振動而退出。Sabre中間板電源連接器提供了600V下每電路18.0A的額定電流，并且可提供一系列線規(guī)和絕緣厚度。

以往的應用常常被迫去配合可用的中間板連接器規(guī)范，這導致了不必要的設計挑戰(zhàn)?，F(xiàn)有的產(chǎn)品往往要求中間板的電源進行輕微修改，因此增加了中間板連接器產(chǎn)品定制、修改和擴展(customization, modifications and extensions, CME)的需求。當電氣工程師需要定制設計功能時，Molex的MiniFit和MicroFit連接器產(chǎn)品組合提供了一系列中間板選項和特性。MiniFit每電路4.2毫米可承載13安培，而MicroFit每電路可承載5安培，使得它們幾乎適合任何應用(手持設備除外)。

Molex MiniFit系列連接器系統(tǒng)為用于小間距、大電流、高密度應用新增一系列定制、修改和擴展(CME)功能

在線對線、線對板和板對板結構中，設計用于較大電流、較高密度的應用需要設計靈活性，MiniFit特性包括了-40至+105°C的工作溫度、完全隔離的端子、確立外殼鎖、低接合力和極化外殼及插座。可提供單排或雙排、2至24電路選項。此外，MiniFit連接器產(chǎn)品具有多種鍍層和材料選擇，以及需要的定制選項，如先插后斷觸點、用于較厚線路板和有空間電路的更長尾長。

對于電源/信號、盲插、線對線、線對板和板對板及某些電纜組件應用，MicroFit 3.0連接器產(chǎn)品提供了低側高3.00mm (.118")間距和5.0A的最大電流額定值，可提供多種電纜長度和2至24電路。獨特的中間板電源系統(tǒng)針對緊湊空間，MicroFit包含了先前僅在大功率連接器中存在的許多特性，包括通孔和采用卷軸包裝的SMT型款，用于大批量印刷電路板上自動拾放。

認識到每一種應用都是獨特的，因此要確定哪種連接器選項合適也很重要，例如，單排選項可適應最低高度要求。中間板電源連接器可鍵入來防止誤插；也可為不同極化加工，包括熱極化，假如需要先插/后斷來確保首先插入接地引腳，隨后電源，接著信號引腳。通常，建議的做法是避免使用一拉就會斷開的被動閂鎖連接器。無論有沒有振動，都應使用需要有意打開的主動閂鎖來防止不必要的電流中斷。例如，MiniFit主動閂鎖系統(tǒng)需要拇指按壓來鎖上和打開，提供了更多保證，防止電源意外斷開。

中間板電源連接器推動更高智能設計

在新架構和系統(tǒng)平臺上解決功率方程，會為OEM系統(tǒng)和電力工程師帶來電氣和機械設計挑戰(zhàn)。穩(wěn)健的功率完整性工程原理和中間板連接器創(chuàng)新，不僅可以推動更智能的設計，而且可幫助確保中間板連接器解決方案提供最佳的電氣性能，以及安全性和長期可靠性。

今天的系統(tǒng)架構和設計人員有著眾多的中間板電源連接器產(chǎn)品和選項可供選擇。在選擇中間板連接器類型上，目的是在PCB中打造功率和所產(chǎn)生熱效應的最佳平衡，以及空間設計要求來確保最終產(chǎn)品的安全性和性能。在現(xiàn)實的應用條件下，基于科學測試和性能分析，與連接器OEM廠商緊密合作來為具體應用匹配合適的中間板電源連接器是非常重要的。