充电桩和可穿戴：这两个热门应用中的连接器，应该怎么选？

作者：Doctor M

电子连接器

电子连接器是非常普遍的一种电子器件，有了它，电子产品的组装和制造就变得更加容易。现在，连接器的应用已遍布通信、计算机、工业机械和消费电子等各个领域。

虽然连接器属于很常见的一种电子产品，但每个应用领域对连接器的要求还是有非常大的差别。按大类划分，连接器的种类多达几十种，仅一家连接器供应商的产品就有上百个品类。如何在海量的产品中找到符合需求的连接器产品，对设计人员来说是一项繁重的工作。

本文的重点是从应用入手，选取目前最热门的几个连接器应用领域，并针对这些行业的应用特点着重推荐一些有代表性的连接器产品，方便设计人员选用。

连接器选型中的关键要素

在介绍具体的选型要点之前，我们先来看一下连接器有哪些大类。

由众多公司支持的国家电气分销商协会（NEDA）对连接器的行业级别进行了定义，并划分为5个行业级别，即：

1、线路到线路板或子组件到子组件级别
2、箱对箱或输入/输出级别
3、IC芯片或芯片到封装级别
4、IC封装或板级封装
5、PCB板到板级别

图1：种类繁多的连接类产品（图源：TE）

事实上，在行业内连接器并没有固定的分类。市面上的连接器虽然种类繁多，但这些连接器大致都可以属于上述五个类别中的一个（或多个）。

近年来，连接器技术发生了重大变化。不断增长的3C应用（计算机、通信和消费电子产品）、电子设备的日益小型化，以及对具有先进功能、便利性和连接性的产品的日益增长的需求，为各种连接器技术创造了新的机遇。如光纤和RF（射频）同轴连接器，在汽车和数据通信应用中发挥了关键作用，同时也带动了连接器需求量的大幅增长。TE Connectivity、Amphenol、Molex等这些连接器市场的佼佼者，一方面在技术上起到引领作用，另一方面，他们也是市场增长的受益者。

随着连接器制造商不断向市场推出新的产品，在实际应用中连接器的选择范围也变得更广，选型似乎也更复杂。归纳起来，只要从以下几个方面入手，设计人员就可以轻松地找到最适合的连接器产品。

确定所需连接器的类型

这一点很好理解，就是首先要明确需求，并按照用途和外形找到对应的连接器类型，比如我们是选用PCB连接器，还是线对板连接器、线对线连接器或是带状和扁平电缆连接器。

连接器的电性能或电参数

连接器的主要用途是将电信号从一个地方转送到另一个地方，起到电路的桥接作用。连接器的电参数通常指连接器的额定电压、额定电流、端子之间的接触电阻、连接器本身的绝缘电阻、绝缘介电强度等。这些参数直接影响着连接器的材料选择。比如在高电压场合，连接器就必须采用具有强绝缘性能的绝缘体材料。

信号完整性

当不同信号线之间存在耦合（电感或电容）时，就会发生串扰，从而影响电路的整体信号完整性。尤其是像数据中心这样的高速数据传输系统，背板上多个信号之间的串扰是个不容忽视的大问题。虽然在PCB布局过程中会尽量避免串扰的发生，但如果连接器选择不当，前期所有努力都将付之东流。

电磁干扰

作为一种无源电子元器件，连接器本身虽然不会对其他元件带来电磁干扰，但周边电磁干扰（EMI）辐射会通过它影响到与之连接的电子系统。有些连接器供应商甚至已在其产品内部做了严格的防护处理。

机械和环境方面的考虑

在正常操作过程中，连接器通常会受到机械应力的影响。比如在一些应用中连接器需要定期或经常插拔。还有就是在恶劣环境下，如国防、工业、航空航天等，包括连接器在内的整个组件不可避免地会受到冲击和振动。当然，温度、湿度、大气压等也是在连接器选型之初必须加以考虑的重要因素。无论如何，所选的连接器必须能够在其使用环境下正常工作。

电动汽车充电桩中连接器的选型

根据工信部数据，2021年1月，中国新能源汽车产销分别完成19.4万辆和17.9万辆，同比分别增长285.8%和238.5%。其中，纯电动汽车（EV）产销分别完成16.6万辆和15.1万辆，同比分别增长366.6%和287.8%。电动汽车的市场占有率正在稳步上升。

人们在选择电动汽车时，除了车辆的外观、驾乘体验外，最关注的应该就是它的充电模式了。目前，电动汽车充电桩主要有快充和慢充两种模式。交流充电桩就是大家俗称的“慢充桩”，它通过与交流电网连接来提供交流电源。慢充桩本身没有充电功能，它需要与车载充电机连接，充电机将交流电转换为直流电后，才能为电动汽车充电。使用交流充电桩充电，充满电量大约需要5-8小时。

直流充电桩也叫“快充桩”，同样也是与交流电网连接，但输入电压为三相四线AC380V，频率为50Hz，通过将交流电转换为可调直流电为电动汽车充电。直流充电桩的输出功率较大，因此能够实现快速充电。

现在，各国采用的电动汽车充电插座差别很大。图2就是当前市场上主流的几种连接器类型。在北美、日本、欧盟等国家和地区，Type1和Type2用于交流（AC）充电桩，CHAdeMo和CCS（联合充电系统）用于直流（DC）充电桩。在中国，充电桩采用的连接器需要符合GB/T20234标准，与前述产品有一定差别。特斯拉制定了一套自己的电动汽车标准，最右侧就是符合Tesla充电标准的专用插头。

图2：各国或地区采用的电动汽车插头类型 （图源：www.moneyshake.com）

Type1插头

这是美国/日本标准，是日产和三菱等亚洲制造商使用的插头。它允许我们以高达7.4kWh的速度为汽车充电，当然，具体数值还要看电动汽车本身的充电功率以及电网容量。

Type2插头

属于欧洲标准，奥迪、宝马和梅赛德斯奔驰等欧洲汽车制造商都使用了这个标准。几乎所有的电动汽车和插电式混合动力车（PHEV）都可以在Type2插座上充电。在家里，Type2插头的最高充电功率为22千瓦，而公共充电站最多可达到43千瓦。

CCS插头

CCS是美系、德系中八大汽车企业（福特、通用、克莱斯勒、奥迪、宝马、奔驰、大众和保时捷）于2012年发布的联合充电系统（Combined Charging System），即CCS标准。CCS在Type2插头上增加了两条额外的直流电源线用以提高充电电压。CCS是一种用于快速充电的插头，充电速度为25kWh到350kW，在欧洲非常受欢迎。

CHAdeMO插头

CHAdeMO是Charge de Move的缩写，它是一种直流快充插头，可提供高达50kWh的快速充电。这些充电器通常会在20-40分钟内将电动汽车充电至80%。与其兼容的汽车品牌包括：本田、马自达、日产、三菱、丰田等日本车企。

Amphenol PwrBlade和PwrBlade+连接器

Amphenol为EV充电站提供支持15A-1000A额定值、低接触电阻、支持高热环境应用和组件模块化的各种电源连接器。其中，PwrBlade和PwrBlade+连接器可用于各种电动汽车充电器，包括2级、3级、超高速充电器。对于定制电源产品，每个触点高达125A的Amphenol EazyPwr IP67现场安装连接器是无线充电站的最佳选择。

图3：Amphenol EazyPwr IP67现场安装连接器 （图源：Amphenol）

JAE KW系列电动汽车充电桩连接器

日本航空电子工业公司（JAE）开发的KW系列电动汽车充电桩连接器，产品定位就是电动汽车充电桩市场。2011年投放市场的KW1系列是公司的初代产品，符合CHAdeMO规格的快速充电连接器。KW02/KW03系列是基于KW1的开发经验，在确保高可靠性的同时，实现了产品的小型化和轻量化，在符合CHAdeMO标准规格范围内满足V2H各项指标。KW04系列是符合在欧洲普及的CCS标准的快速充电用连接器。

图4：JAE公司EV充电桩连接器KW02和KW04系列产品特性 （图源：JAE）

TE Connectivity

TE Connectivity的下一代AMP+充电插座种类齐全，有适用于欧洲、北美、日本和中国市场的交流、直流和 CCS的一系列产品。

Type 1 AMP+充电插座是专为北美和日本市场设计的产品，适合交流和CCS充电桩，有多种选项可供选择。Type 1 AMP+充电插座符合SAE J1772（IEC 62196-2）和IEC 62196-3标准及规格；
Type 2 AMP+充电插座专为欧洲市场设计，同样适合交流和CCS充电桩；
GB AMP+充电插座是专门针对中国市场推出的产品，有交流和直流充电两个版本，符合中国的GB/T 20234.2和GB/T 20234.3标准。
TE AMP+ HVA 630连接器系统可为混合动力及纯电动汽车的车载充电系统提供先进的高压保护功能。

图5：TE AMP+ HVA 630连接器 （图源：TE）

可穿戴设备的连接器选型

近年人们更加重视个人健康的管理。因此，我们看到了这样一个结果：2020年第一季度全球智能可穿戴设备出货量同比增长29.7%。

根据IDC预测，2020年，全球可穿戴设备的出货量预计将达到3.96亿台，其中2020年耳戴式设备的出货量约为2.34亿，而智能手表的出货量约为9100万，智能手环的出货量约为6800万。因此，IDC预计，未来五年智能穿戴设备出货量的复合年增长率（CAGR）将达到12.4%，到2024年全球出货量为6.37亿台。

图6：2012--2020年全球可穿戴设备市场出货量情况 （图源：IDC）

可穿戴设备是可佩戴在身体上或嵌入身体的电子设备。根据其预期用途，可大致分为两类：一是监测和记录生理数据的设备，如心率、血压、步数、睡眠和热量消耗；二是增强与数字环境连接的设备，如智能手表。这类设备将进一步加强和推动可穿戴设备市场的发展，使其更加复杂、更轻、更薄和更小。此外，智能型设备可嵌入衣服中，使其能够在人运动时记录和收集更高级的信息。智能服装的使用预计将在医疗部门扩大，用于患者监测。

对元器件行业而言，随着可穿戴设备的体积变得越来越小，加之节能、传感器数据的更高准确性以及无线连接等新需求，要求使用的元器件不仅尺寸更小，电性能也要更出色。面对巨大的市场潜力，电子元件制造商们当然不会坐视不管，他们一直在不遗余力地进行着技术和产品的创新，并专门为可穿戴市场开发了一系列元器件。作为可穿戴设备的主要元件，各种新型连接器产品接连问世，主要用于天线、传感器、电源、电池连接、板对板、线对板和可移动存储设备。它们的目的是将外围设备连接到主设备，以便在组件出现故障时进行轻松维修。

JAE为可穿戴设备提供了多种连接器解决方案，其中，RK01系列是一种用于智能纺织品的连接器，具有极好的可定制性；WP系列是用于将基板连接到基板（FPC）的小而薄的连接器，专为高性能和小尺寸设备而优化。

与佩戴在身体上的可穿戴设备（如智能手表）相比，智能纺织品的侵入性更小，能够更紧密地围绕用户，从而更容易、更准确地读取生物医学信号。现场工人的安全管理、体育运动中的身体状况或表现跟踪以及医疗领域中的患者监测等都是它的商业化使用案例。JAE是业内首家开发和销售易于操作、用户友好且可定制连接器的企业。公司的“RK01系列”是行业内为智能纺织品开发的第一个连接器，它由织物侧连接器上的插头触点、顶部绝缘体、底部绝缘体和表面安装在变送器电路板上的插座触点组成。

由于RK01系列连接器使用了在服装产品中广泛使用的按扣式连接方式，是一种用户友好型连接器。只需一个动作，就能轻松地与智能纺织品连接和分离，甚至可以使用多个触点。RK01系列还具有高度的通用性，可以定制以适应各种智能纺织材料和引脚数量，使其成为小型化和增强智能纺织产品功能的上佳连接器解决方案。

图7：用于智能纺织品中的JAE RK01系列产品 （图源：JAE）

除了智能纺织品，智能手表也是可穿戴设备中一个关键的典型应用。作为一款以易用性和附加功能为目标的可穿戴设备，智能手表必须支持多种功能。因此，设备内部的组件和互连均会发生变化。例如，高性能摄像机和显示器需要使用非常小的板对板（FPC）连接器连接。JAE的WP系列产品提供多种坚固的FPC连接器，它们是小型和低矮型连接器，是紧凑型设备中高密度安装的理想解决方案。

现在大多数可穿戴设备都支持物联网，因此天线和射频连接器也是一个重要的产品门类。此类连接器的选型，具体取决于射频技术。天线可以硬接线到PCB中，也可以是SMD天线，或者在某些罕见的情况下是外部天线。

为了适应可穿戴领域超紧凑外形尺寸的要求，几年前Molex还推出了激光直接成型（LDS）技术，可生产高可靠且耐用的模塑互连器件（MID），支持可穿戴设备的模块化设计方法。另外，Molex还有微型连接器阵列、柔性印刷电路连接器、SIM和SD卡插座、I/O产品等。

2019年，连接器市场规模超过600亿美元，预计到2026年，年安装量将超过60亿套。随着企业和消费者对使用的电子设备的便利性、移动性、功率和速度的要求越来越高，设计工程师对他们所采用的连接解决方案的要求也越来越高。选择最适合的连接器解决方案可起到事半功倍的效果。