วิธีเลือกที่ใส่แบตเตอรี่แบบเหรียญเพื่อการใช้งานที่มีการกระแทกและการสั่นสะเทือนสูงสุด และง่ายต่อการเปลี่ยน
Contributed By DigiKey's North American Editors
2021-10-20
เซลล์แบบเหรียญลิเธียมอย่าง CR2032 ได้ค้นพบวิธีการใช้งานอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์แบบพกพาจำนวนมาก ซึ่งหลายแห่งจะต้องเปลี่ยนแบตเตอรี่ เพื่อให้เป็นมิตรกับผู้ใช้งาน นักออกแบบต้องตรวจสอบให้แน่ใจว่าได้ติดตั้งเซลล์แบบเหรียญในที่ใส่แบตเตอรี่ ซึ่งทำให้การเปลี่ยนแบตเตอรี่ทำได้ง่ายและรวดเร็ว ในเวลาเดียวกัน ที่ใส่แบตเตอรี่ต้องมีการออกแบบที่แข็งแรงซึ่งรักษาการเชื่อมต่อกับเซลล์ได้ดีแม้ในสภาวะที่มีการกระแทกและการสั่นสะเทือน ตัวยึดเซลล์ต้องจัดให้มีการกักเก็บเซลล์อย่างปลอดภัยและป้องกันการลัดวงจรที่อาจเกิดขึ้นโดยไม่คาดคิด
ในด้านการผลิต ตัวยึดเซลล์ต้องได้รับการออกแบบสำหรับการผลิตแบบหยิบและวางแบบอัตโนมัติโดยมีการแยกการเชื่อมต่อที่ชัดเจน การออกแบบการติดตั้งเซลล์ควรใช้ได้กับการติดตั้งบนพื้นผิวหรือรูทะลุ
บทความนี้กล่าวถึงแนวคิดเบื้องหลังที่ใส่แบตเตอรี่เหล่านี้ ทบทวนคุณสมบัติและประโยชน์ที่เป็นเอกลักษณ์ และทบทวนข้อควรพิจารณาในการออกแบบเมื่อเลือกที่ใส่แบตเตอรี่เซลล์แบบเหรียญ จากนั้นจะแนะนำและแสดงวิธีการใช้ Snap Dragon ชุดที่ใส่เซลล์แบบเหรียญจากMemory Protection Devices (MPD) ที่ใช้ฝาครอบ snap-in ไม่นำไฟฟ้าเพื่อแก้ไขข้อกังวลของนักออกแบบ
แนวคิด Snap Dragon
เพื่อตอบสนองความต้องการด้านการออกแบบเหล่านี้ MPD ได้แนะนำซีรี่ส์ Snap Dragon ซึ่งเป็นประเภทใหม่ของตัวยึดเซลล์ โดยจะเพิ่มความน่าเชื่อถือของที่วางเซลล์แบบเหรียญแบบเปิดได้อย่างมากโดยใช้ตัวล็อค ฝาปิดแบบสแน็ปอินที่ป้องกันการกระแทก การสั่นสะเทือน และการตกหล่นจากการหลุดออกจากเซลล์หรือทำให้เกิดการเชื่อมต่อที่ไม่ต่อเนื่อง เพื่อให้เป็นไปตามข้อกำหนดที่เป็นมิตรต่อผู้ใช้ ฝาครอบยังสามารถถอดออกได้ใน "สแน็ปช็อต" ซึ่งช่วยให้เปลี่ยนแบตเตอรี่ได้อย่างรวดเร็วและง่ายดาย
สำหรับการผลิต ฐานโพลิเมอร์ผลึกเหลว (LCP) ของอุปกรณ์สามารถทนต่อกระบวนการบัดกรีแบบรีโฟลว์ที่อุณหภูมิสูงได้ ฝาปิดแบบ snap-in ไม่ได้ออกแบบมาให้ใช้งานง่ายเท่านั้น แต่ด้วยวัสดุโพลีโพรพิลีนทำให้มีความแข็งแรงและยืดหยุ่นพอที่จะ เปลี่ยนแบตเตอรี่ได้หลาย ๆ ครั้งเมื่อเวลาผ่านไป แม้จะมีคุณสมบัติเหล่านี้ ที่ยึด Snap Dragon ก็ยังคงความสูงที่น้อยมาก โดยทั่วไปแล้วจะเพิ่มเพียง 1 มิลลิเมตร (มม.) ให้กับแบตเตอรี่เซลล์แบบเหรียญที่อยู่เหนือบอร์ดพีซี
เมื่อมองให้ใกล้ขึ้น ที่ใส่แบตเตอรี่เซลล์แบบเหรียญ Snap Dragon ใช้การออกแบบสองชิ้นซึ่งประกอบด้วยส่วนยึดแบตเตอรี่แบบสแน็ปอินและฐานผสมพันธุ์ ซึ่งยึดเซลล์ไว้ด้วยกัน (รูปที่ 1)
รูปที่ 1: ที่ใส่เซลล์แบบเหรียญ Snap Dragon ใช้การออกแบบสองชิ้นซึ่งประกอบด้วยฐานและส่วนยึดแบตเตอรี่ที่ไม่นำไฟฟ้าแบบสแน็ปอิน เพื่อให้มั่นใจถึงการทำงานที่เชื่อถือได้แม้ในสภาวะที่มีการกระแทกและการสั่นสะเทือน (ที่มาของภาพ: Memory Protection Devices)
เมื่อปิดฝาครอบ เซลล์เหรียญจะถูกล็อคไว้อย่างสมบูรณ์ เพื่อให้มั่นใจว่า Snap Dragon จะให้การเชื่อมต่อที่ยอดเยี่ยมและเชื่อถือได้
ในขณะที่ที่ยึดเซลล์ที่มีความน่าเชื่อถือสูงบางตัวสามารถทำให้การติดตั้งและเปลี่ยนแบตเตอรี่ของผู้ใช้ทำได้ยากหรือเป็นไปไม่ได้ ที่ยึดเซลล์ Snap Dragon ได้รับการออกแบบมาเพื่อให้มีกระบวนการที่ง่ายและใช้งานง่าย การออกแบบ Snap Dragon อยู่ระหว่างการจดสิทธิบัตรและเป็นส่วนเสริมใหม่ล่าสุดในกลุ่มเทคโนโลยีที่ยึดแบตเตอรี่ของ MPD
ที่ใส่เซลล์แบบเหรียญ Snap Dragon มีให้เลือกสองขนาดเพื่อให้พอดีกับเซลล์ BR/CR2032 และ BR/CR1225 ในแนวนอนหรือแนวตั้ง พวกเขาสามารถมาพร้อมกับแท็บสำหรับการบัดกรีเทคโนโลยีการยึดพื้นผิว (SMT) หรือหมุดสำหรับการติดตั้ง through-hole บนแผงวงจรพิมพ์ เซลล์เหล่านี้ให้พลังงานสูงสุดประมาณ 220 มิลลิแอมป์ชั่วโมง (mAh) และมีขนาดเล็กมาก ทำให้เหมาะสำหรับวงจรที่ต้องการพลังงานต่ำในอุปกรณ์แบบพกพา (รูปที่ 2)
รูปที่ 2: ที่ใส่เซลล์แบบเหรียญแบบ surface mount Snap Dragon ที่แสดงส่วนยึดแบตเตอรี่เข้าที่ โดยยึดเซลล์เหรียญขนาด 20 มม. ไว้กับฐาน (ที่มาของภาพ: Memory Protection Devices)
ส่วนประกอบพื้นฐาน
ที่ใส่เซลล์แบบเหรียญ Snap Dragon มีฐานทำจากพลาสติกโพลีเมอร์คริสตัลเหลวบริสุทธิ์คุณภาพสูง ซึ่งทั้งบางและแข็งแรง นอกจากนี้ยังสามารถทนต่ออุณหภูมิสูงที่เกี่ยวข้องกับกระบวนการบัดกรีแบบ SMT ตัวจับยึดได้รับการจัดอันดับสำหรับช่วงอุณหภูมิ -40°C ถึง 280°C ฐาน LCP ยังทนต่อสารเคมีได้ดีเยี่ยม และสามารถทนต่อสภาวะแวดล้อมที่ไม่เอื้ออำนวย
ฐาน Snap Dragon ถูกประดิษฐ์ขึ้นด้วยหน้าสัมผัสแรงดันคู่ของฟอสเฟอร์บรอนซ์ชุบนิกเกิลพร้อมการเคลือบทองแบบวาบเพื่อการนำไฟฟ้าที่ดีเยี่ยม นอกจากนี้ยังเพิ่มการป้องกันการกัดกร่อนเมื่อสัมผัสกับอิเล็กโทรดสเตนเลสสตีลเคลือบนิกเกิลของเซลล์แบบเหรียญ หน้าสัมผัสแรงดันคู่ไม่เพียงแต่ให้ความต้านทานไฟฟ้าต่ำมากเท่านั้น แต่ยังให้ความกระชับพอดีเพื่อช่วยป้องกันเซลล์เหรียญจากการเคลื่อนตัวเนื่องจากการกระแทก การสั่นสะเทือน หรือการจัดการที่ผิดพลาด (รูปที่ 3)
รูปที่ 3: แสดงหน้าสัมผัสแรงดันคู่บนฐาน MPD surface-mount (ที่มาของภาพ: Memory Protection Devices)
ฐานที่แสดงในรูปที่ 3 คือ Memory Protection DevicesBHSD-2032-SM เป็นฐานยึดพื้นผิวแนวนอนสำหรับเซลล์แบบเหรียญ CR2032 หน้าสัมผัสแรงดันคู่จะแสดงอย่างชัดเจน
ที่ยึดเซลล์ Snap Dragon สามารถให้ข้อดีเหล่านี้ทั้งหมดในขณะเดียวกันก็ยังรักษาขนาดให้มีความต่ำมากเอาไว้
รีเทนเนอร์เซลล์
องค์ประกอบที่สองของตัวยึดเซลล์ซีรีส์ Snap Dragon คือส่วนยึดเซลล์หรือฝาครอบโพลีโพรพิลีน (PP) โปร่งแสงที่ให้การกักเก็บแบตเตอรี่ที่เชื่อถือได้ ทั้งแข็งแรงและยืดหยุ่น ฝาครอบใช้งานง่ายมาจากการใช้แถบยืดหยุ่นที่ช่วยให้ถอดฝาครอบแบตเตอรี่ออกและติดตั้งใหม่ได้หลายครั้งโดยไม่ทำให้พลาสติกบิดเบี้ยว
ตัวยึดผสมพันธุ์สำหรับฐานที่แสดงในรูปที่ 3 คือBHSD-2032-COVER จาก MPD (รูปที่ 4)
รูปที่ 4: ฝาครอบที่ตรงกันสำหรับฐานที่วางเซลล์แบบเหรียญแสดงในรูปที่ 3 (ที่มาของภาพ: Memory Protection Devices)
การทดสอบความน่าเชื่อถือของตัวยึดเซลล์
การทดสอบความน่าเชื่อถือสำหรับฐานตัวจับยึด BHSD-2032-SM รวมถึงการทดสอบการสั่นแบบไซน์แบบกวาด (10-50-10 เฮิรตซ์ (Hz)) เป็นเวลาหนึ่งชั่วโมงในแต่ละแกนตั้งฉากโดยไม่เกิดการเคลื่อนตัวของเซลล์และไม่มีการสูญเสียความต่อเนื่องของการสัมผัสที่มากกว่า 10 ไมโครวินาที (ms) อุปกรณ์นี้ยังอยู่ภายใต้การทดสอบแรงกระแทกแบบ half-sine 150 g. รวมถึงการกระแทกสามครั้งในแต่ละทิศทางในแต่ละแกน รวมเป็นจังหวะการกระแทกทั้งหมด 18 ครั้งโดยไม่มีหลักฐานความเสียหายทางกายภาพ การทดสอบสภาพแวดล้อมเชิงกลขั้นสุดท้ายเป็นการทดสอบการตกจากที่สูง 1 เมตร โดยไม่มีการเคลื่อนตัวของเซลล์แบตเตอรี่
ที่ใส่เซลล์แบบเหรียญของ Snap Dragon ทั้งหมดมีข้อกำหนดในการทดสอบที่คล้ายคลึงกัน ซึ่งรับประกันความน่าเชื่อถือ
การกำหนดค่า Snap Dragon
ตัวยึดเซลล์ Snap Dragon มีให้เลือกหลากหลายรูปแบบ BHSD-2032-SM ที่กล่าวถึงก่อนหน้านี้เป็นตัวยึดพื้นผิวสำหรับการติดตั้งในแนวนอน BVSD-2032-PC พร้อมรีเทนเนอร์BVSD-2032-COVER แสดงถึงการวางแนวเซลล์ในแนวตั้งโดยใช้การติดตั้งบอร์ดพีซีแบบ through-hole (รูปที่ 5a และ 5b)
รูปที่ 5: BVSD-2032-PC (a) เป็นตัวยึดเซลล์ในแนวตั้งโดยใช้การติดตั้งแบบ through-hole ร่วมกับตัวยึด BVSD-2032-COVER (b) (ที่มาของภาพ: Memory Protection Devices)
ตัวยึดเซลล์ Snap Dragon แบบ through-hole ใช้หมุดแทนแผ่นบัดกรี แต่จะเหมือนกันทุกประการในโครงสร้างกับรุ่นยึดบนพื้นผิว
นอกเหนือจากที่ยึดสำหรับเซลล์เหรียญขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 20 มม. MPD ยังรวมถึงที่ใส่เซลล์เหรียญขนาด 12 มม. (รูปที่ 6) ความแตกต่างที่สำคัญคือความจุของแบตเตอรี่
รูปที่ 6: ตัวยึดเซลล์แบตเตอรี่ขนาด 12 มม. (a) พร้อมด้วยส่วนยึด (b) (ที่มาของภาพ: Memory Protection Devices)
BHSD-1225-SM (แสดงในรูปที่ 6a ด้านบน) ได้รับการออกแบบมาเพื่อรองรับเซลล์แบบเหรียญ BR/CR1225 และกำหนดค่าไว้สำหรับการติดตั้งบนพื้นผิวในแนวนอน นอกจากนี้ยังมีรุ่นที่มีไว้สำหรับการติดตั้งแบบ through-hole พวกเขาทั้งสองใช้รีเทนเนอร์ฝาครอบร่วมกันในBHSD-1225-COVER (b)
การปฏิบัติตามกฎระเบียบและการประยุกต์ใช้
สำหรับการใช้งานที่มุ่งหมายสำหรับการจัดจำหน่ายทั่วโลก สิ่งสำคัญคือต้องรู้ว่าพลาสติก LCP ที่ใช้ในตัวยึดเซลล์ Snap Dragon นั้นเป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อม ปราศจากฮาโลเจนและ PFOA และเป็นไปตามข้อกำหนด SVHC, REACH, RoHS และ WEEE อย่างครบถ้วน
ที่ยึดเซลล์แบบเหรียญตระกูล Snap Dragon เหมาะสำหรับผลิตภัณฑ์ทางการแพทย์แบบพกพาขนาดกะทัดรัดและการใช้งานอื่น ๆ ที่ความน่าเชื่อถือ ความทนทาน และความสะดวกในการใช้งานเป็นสิ่งสำคัญ
ตัวจับยึดเซลล์ Snap Dragon เข้ากันได้ดีกับรอบการฆ่าเชื้อประเภทต่าง ๆ ที่พบได้ทั่วไปในการใช้งานทางการแพทย์ ในที่นี้ คุณค่าของฟีเจอร์สแน็ปอินแบบสองชิ้นนั้นจึงมีความสำคัญเป็นพิเศษ เนื่องจากอาจต้องถอดแบตเตอรี่ออกก่อนการฆ่าเชื้อ เนื่องจากอุณหภูมิของรอบการฆ่าเชื้ออาจเกินพิกัดสูงสุดของแบตเตอรี่สำหรับการสัมผัสกับความร้อน
สรุป
การเลือกและการประกอบที่ใส่แบตเตอรี่ต้องพิจารณาอย่างรอบคอบถึงข้อกำหนดเฉพาะของแอปพลิเคชันปลายทางและรูปแบบการใช้งาน ขนาดแบตเตอรี่ การวางแนว ความเข้ากันได้ของตำแหน่งอัตโนมัติ การปฏิบัติตามกฎระเบียบ และความสะดวกในการเปลี่ยนแบตเตอรี่เป็นข้อกังวลหลัก ควบคู่ไปกับต้นทุนโดยรวม ที่ใส่เซลล์แบบเหรียญ Snap Dragon จาก MPD ให้การคงแบตเตอรี่ที่เชื่อถือได้ในราคาประหยัดสำหรับเซลล์แบตเตอรี่ BR/CR2032 และ BR/CR1225 แม้จะตกหล่น สั่นสะเทือน หรือกระแทกก็ตาม ทั้งหมดนี้รวมไปถึงทำให้การเปลี่ยนเซลล์เป็นไปอย่างง่ายดายอีกด้วย

Disclaimer: The opinions, beliefs, and viewpoints expressed by the various authors and/or forum participants on this website do not necessarily reflect the opinions, beliefs, and viewpoints of DigiKey or official policies of DigiKey.