Uchwyt baterii guzikowej – jak wybrać odporny na wstrząsy i wibracje oraz zapewniający łatwość wymiany?
| TechnikaLitowe ogniwa guzikowe, takie jak CR2032, są bardzo popularne i znalazły zastosowanie w wielu przenośnych aplikacjach elektronicznych. Wiele z nich wymaga okresowej wymiany baterii. Aby urządzenia te były łatwe w obsłudze i wygodne dla użytkowników, projektanci muszą zapewnić, aby baterie pastylkowe zostały zamontowane w uchwytach i aby wymiana ogniwa była prosta i szybka. Jednocześnie uchwyt baterii musi mieć solidną konstrukcję, która zapewni dobre połączenie elektryczne nawet w przypadku wstrząsów, upadku i wibracji. Uchwyty do ogniw muszą również zapewniać bezpieczne przechowywanie ogniwa i chronić przed niezamierzonymi zwarciami.
Z punktu widzenia producenta koszyki ogniw muszą być zaprojektowane do montażu automatycznego z wyraźnym dystansem pomiędzy wyprowadzeniami, aby nie było możliwości zwarcia. Elementy te powinny być dostępne w wersjach do montażu powierzchniowego lub przewlekanego.
W tym artykule przyjrzymy się dostępnym rozwiązaniom takich uchwytów na baterie, omówimy ich unikatowe cechy i zalety oraz rozważymy kwestie projektowe przy wyborze. Następnie w artykule przedstawiona zostanie seria produktów Snap Dragon firmy Memory Protection Devices (MPD), które wykorzystują nieprzewodzącą, zatrzaskową osłonę, aby rozwiązać wiele problemów trapiących projektantów.
Koncepcja produktów z rodziny Snap Dragon
Aby sprostać wymienionym wymaganiom, firma MPD wprowadziła na rynek serię o nazwie Snap Dragon, która tworzy zupełnie nową kategorię uchwytów na ogniwa pastylkowe. Elementy te znacznie zwiększają niezawodność montażu baterii dzięki zastosowaniu zamykanej na zatrzaski osłony, która zapobiega wstrząsom, wibracjom i upadkom, które mogą powodować przemieszczanie się ogniwa lub przerwanie połączenia, a w konsekwencji na przykład niekontrolowany reset. Dodatkowo osłonę można zdjąć w ułamku sekundy, co pozwala na szybką i łatwą wymianę baterii i daje użytkownikowi wygodę używania produktu.
W czasie produkcji element bazowy koszyka wykonany z polimeru ciekłokrystalicznego (LCP) zapewnia odporność na wysoką temperaturę podczas procesu lutowania rozpływowego, a wykonana z polipropylenu zatrzaskowa osłona zapewnia łatwość użytkowania i jest wystarczająco mocna i elastyczna, aby z czasem umożliwić wielokrotną wymianę baterii. Nawet przy tych cechach uchwyty Snap Dragon zachowują bardzo niski profil, zwiększając tylko o 1 mm wysokość baterii pastylkowej nad płytką i wymaganą przestrzeń.
Uchwyty na baterie guzikowe Snap Dragon wykorzystują dwuczęściową konstrukcję składającą się z zatrzaskowego uchwytu baterii i dopasowanej podstawy, które razem utrzymują ogniwo (rys. 1). Po założeniu pokrywy bateria jest całkowicie zamknięta, dzięki czemu Snap Dragon zapewnia doskonałe i niezawodne połączenie.
Podczas gdy niektóre koszyki na ogniwa o wysokiej niezawodności utrudniają lub nawet uniemożliwiają montaż i wymianę baterii przez użytkownika, rozwiązanie Snap Dragon zostało zaprojektowane tak, aby czynności te były łatwe i intuicyjne. Koncepcja Snap Dragon została opatentowana i jest najnowszym produktem w portfolio podobnych produktów firmy MPD.
Uchwyty na monety Snap Dragon są dostępne w dwóch różnych rozmiarach, aby pasowały do baterii CR2032 i CR1225 w orientacji poziomej lub pionowej. Mogą być dostarczane z wyprowadzeniami do lutowania w technologii SMT lub pinami do montażu przewlekanego na PCB. Ogniwa te mają pojemność sięgającą około 220 mAh i są dość małe, co czyni je idealnym źródłem energii do układów o niskim poborze mocy w przenośnych urządzeniach przenośnych (rys. 2).
Podstawa koszyka
Uchwyty na baterie Snap Dragon mają podstawę wykonaną z wysokiej jakości przezroczystego polimeru LCP, który zapewnia, że konstrukcja mimo niewielkiej wysokości jest mocna i wytrzymuje wysokie temperatury związane z procesami lutowania SMT. Uchwyt może pracować w zakresie temperatur od –40°C do 280°C. Konstrukcja zapewnia również doskonałą odporność na czynniki chemiczne i może wytrzymać niekorzystne warunki środowiskowe.
Podstawa ma podwójne styki sprężyste z niklowanego brązu fosforowego powleczone złotą powłoką dla zapewnienia doskonałej przewodności elektrycznej. Daje to również dodatkową ochronę przed korozją podczas kontaktu z niklowaną obudową ze stali nierdzewnej ogniwa pastylkowego. Podwójne styki dociskowe gwarantują nie tylko wyjątkowo małą rezystancję elektryczną, ale także zapewniają dokładne dopasowanie baterii, zapobiegając przemieszczeniu się jej w wyniku wstrząsów, wibracji lub niewłaściwego obchodzenia się ze sprzętem (rys. 3).
Podstawa pokazana na rysunku 3 ma symbol BHSD-2032-SM. Jest ona przeznaczona do montażu powierzchniowego i baterii CR2032. Koszyki montażowe na ogniwa z rodziny Snap Dragon zapewniają wiele korzyści projektowych przy zachowaniu wyjątkowo niskiego profilu (wysokości montażowej).
Osłona ogniwa
Drugim elementem uchwytów na ogniwa serii Snap Dragon jest półprzezroczysty polipropylenowy (PP) element osłonowy podtrzymujący ogniwo w ustalonym miejscu. Osłona jest łatwa w użyciu dzięki zastosowaniu giętkich zakładek, które umożliwiają łatwe zdejmowanie i wielokrotne zakładanie osłony baterii bez zniekształcania plastiku. Pasujący do podstawy element ustalający pokazany na rysunku 3 to BHSD-2032-COVER (rys. 4).
Testowanie niezawodności
Testowanie niezawodności podstawy BHSD-2032-SM obejmuje narażenia w postaci drgań sinusoidalnych (10-50-10 Hz) przez godzinę w każdej z ortogonalnych osi bez przemieszczenia ogniwa i bez utraty ciągłości kontaktu trwającej dłużej niż 10 μs. Elementy te są również poddawane testom wstrząsów półsinusoidalnych do 150 g, obejmujących trzy udary w każdym kierunku na każdej osi, co daje łącznie 18 impulsów uderzeniowych bez oznak fizycznego uszkodzenia. Ostatecznym mechanicznym testem środowiskowym jest test upadku z wysokości jednego metra, ponownie bez przemieszczenia ogniwa akumulatora. Wszystkie uchwyty na baterie Snap Dragon mają podobne specyfikacje testowe, co zapewnia pewność ich niezawodnego działania.
Dostępne opcje
Uchwyty z rodziny Snap Dragon są dostępne w różnych konfiguracjach. Wspomniany wcześniej BHSD-2032-SM to wersja do montażu powierzchniowego przeznaczona do ustawienia w poziomie. BVSD-2032-PC z pokrywą BVSD- 2032-COVER definiują wersję pionową do montażu THT (rys. 5a i 5b).
Wersje do montażu przewlekanego koszyków z rodziny Snap Dragon, poza tym, że zamiast padów lutowniczych mają piny do włożenia przez otwory w płytce drukowanej, mają identyczną konstrukcję z wersjami do montażu powierzchniowego. Oprócz uchwytów na baterie o średnicy 20 mm, MPD proponuje elementy na ogniwa 12-mm (rys. 6). Oczywiście im mniejsza średnica baterii, tym także mniejsza jest pojemność baterii.
BHSD-1225-SM (pokazany na rys. 6a) jest dopasowany do baterii guzikowych CR1225 i jest montowany poziomo. Dostępna jest również wersja przeznaczona do montażu przewlekanego. Oba mają wspólny element ustalający pokrywy w BHSD-1225-COVER (b).
Zgodność z przepisami i bezpieczeństwo
W przypadku urządzeń przeznaczonych do dystrybucji na całym świecie ważne jest, aby wiedzieć, że plastik LCP używany w koszykach Snap Dragon jest przyjazny dla środowiska, wolny od halogenów i PFOA oraz w pełni zgodny z przepisami SVHC, REACH, RoHS i WEEE. Seria Snap Dragon nadaje się do produktów medycznych i innych zastosowań, w których ważne są niezawodność, trwałość i łatwość użytkowania.
Uchwyty Snap Dragon pozwalają na sterylizację w typowych procesach medycznych. W tym przypadku dwuczęściowa konstrukcja i funkcja zatrzaskiwania są szczególnie cenne, ponieważ bateria może wymagać wyjęcia przed sterylizacją, gdyż temperatury mogą przekraczać maksymalną dopuszczalną dla baterii wartość pod względem ekspozycji na ciepło
Podsumowanie
Wybór niezawodnego i funkcjonalnego uchwytu baterii wymaga starannego rozważenia wymagań aplikacji końcowej i modelu użytkowania. Rozmiar baterii, jej orientacja w stosunku do PCB, możliwość automatycznego montażu, zgodność z przepisami i wymaganiami bezpieczeństwa i zapewnienie łatwości wymiany baterii to główne problemy, a także czynniki wpływające na całkowity koszt. Uchwyty Snap Dragon firmy MPD to niedrogie, niezawodne koszyki baterii CR2032 i CR1225, działające bez przerw nawet w przypadku upadków, wibracji lub wstrząsów. Wszystko przy jednoczesnym umożliwieniu łatwej wymiany ogniw.
Digi-Key Electronics
https://www.digikey.pl/
