Jak vybrat držák knoflíkové baterie odolný vůči maximální rázům a vibracím a umožňující snadnou výměnu

Lithiové knoflíkové baterie jako CR2032 si našly cestu do mnoha přenosných elektronických aplikací, z nichž mnohé budou vyžadovat výměnu baterie. Výrobky musí být přívětivé pro koncové uživatele a konstruktéři proto musí zajistit, aby byly knoflíkové baterie upevněny v držácích baterií, které umožňují jednoduchou a rychlou výměnu baterie. Držák baterie musí mít zároveň robustní konstrukci, která udržuje dobré spojení s baterií i v případě rázů a vibrací. Držáky baterií musí také nabízet bezpečné zajištění baterie a ochranu před nechtěným zkratem.

Z výrobního pohledu musí být držáky baterií navrženy pro automatizovanou výrobu typu Pick and Place s jasným oddělením spojů. Návrhy montáže baterií by měly zahrnovat jak povrchovou, tak průchozí montáž.

Tento článek se zabývá konceptem těchto držáků baterií, hodnotí jejich jedinečné vlastnosti a výhody a uvádí přehled, co při výběru držáků knoflíkových baterií v návrhu zvážit. Potom si zde představíme a ukážeme, jak použít řadu Snap Dragon držáků knoflíkových baterií od společnosti Memory Protection Devices (MPD), která používá nevodivý zaklapávací kryt k řešení obav konstruktérů.

Koncept řady Snap Dragon

Ke splnění těchto požadavků na návrh představila společnost MPD řadu Snap Dragon, zcela novou kategorii držáků baterií. Ty výrazně zvyšují spolehlivost držáků knoflíkových baterií s otevřeným vrchem pomocí zajišťovacího zaklapávacího krytu, který zabraňuje, aby rázy, vibrace a pády uvolnily baterii nebo způsobily přerušovaná spojení. Ke splnění požadavku na uživatelskou přívětivost lze kryt stále sejmout „vycvaknutím“, což umožňuje rychlou a snadnou výměnu baterie.

Při výrobě je základna zařízení z polymeru z tekutých krystalů (LCP) tolerantní k procesům pájení přetavením při vysokých teplotách. Zaklapávací kryt není navržen pouze kvůli snadnému používání – použití polypropylenového materiálu znamená, že je kryt také dostatečně pevný a pružný, aby v průběhu času umožnil mnoho výměn baterie. I s těmito funkcemi si držáky Snap Dragon zachovávají velmi nízký profil – obvykle přidávají knoflíkové baterii nad deskou plošných spojů pouze 1 mm.

Když se na držáky knoflíkových baterií Snap Dragon podíváme blíže, používají dvoudílnou konstrukci, která se skládá z nacvakávacího přidržovače baterie a protikusu – základny, které dohromady drží baterii (obrázek 1).

Obrázek 1: Držáky knoflíkových baterií Snap Dragon využívají dvoudílnou konstrukci, která se skládá ze základny a zaklapávacího nevodivého přidržovače baterie, aby byl zajištěn spolehlivý provoz i v případě rázů a vibrací. (Zdroj obrázku: společnost Memory Protection Devices)

Se zaklapnutým krytem je knoflíková baterie zcela zajištěna, což garantuje, že držák Snap Dragon poskytne vynikající a spolehlivé spojení.

Zatímco některé vysoce spolehlivé držáky baterií mohou vložení a výměnu baterie uživateli ztížit nebo znemožnit, držák baterie Snap Dragon je navržen tak, aby byl celý proces snadný a intuitivní. Konstrukce držáku Snap Dragon je v patentovém řízení a je nejnovějším přírůstkem do portfolia technologií držáků baterií společnosti MPD.

Držáky knoflíkových baterií Snap Dragon jsou k dispozici ve dvou různých velikostech pro baterie BR/CR2032 a BR/CR1225 buď v horizontální, nebo vertikální orientaci. Mohou být dodávány buď s jazýčky pro pájení u technologie povrchové montáže („Surface Mount Technology“, SMT), nebo s piny pro průchozí montáž na desce plošných spojů. Tyto baterie nabízejí výkon až přibližně 220 mAh a jsou poměrně malé, takže jsou ideální pro obvody s nízkými požadavky na napájení v ručních přenosných zařízeních (obrázek 2).

Obrázek 2: Sestavený držák knoflíkových baterií Snap Dragon pro povrchovou montáž; zobrazen je přidržovač baterie zacvaknutý na místo a držící 20mm knoflíkovou baterii na základně. (Zdroj obrázku: společnost Memory Protection Devices)

Základní komponenta

Držáky knoflíkových baterií Snap Dragon jsou vybaveny základnou vyrobenou z vysoce kvalitního panenského polymerního plastu z tekutých krystalů, který je tenký a pevný. Je také schopen odolat vysokým teplotám spojeným s procesy pájení SMT. Držák je určen pro teplotní rozsah −40 °C až 280 °C. Základna LCP nabízí také vynikající chemickou odolnost a odolává nepříznivým podmínkám prostředí.

Základna držáku Snap Dragon je vyrobena se dvěma přítlačnými kontakty z poniklovaného fosforového bronzu s lesklým zlatým povlakem pro vynikající elektrickou vodivost. To také poskytuje zvýšenou ochranu proti korozi při kontaktu s poniklovanými elektrodami z nerezové oceli knoflíkové baterie. Dva přítlačné kontakty nejenže nabízejí extrémně nízký elektrický odpor, ale také skvěle přiléhají a pomáhají zabránit vyklouznutí knoflíkové baterie v důsledku rázu, vibrací nebo nesprávné manipulace (obrázek 3).

Obrázek 3: Dva přítlačné kontakty na základně MPD pro povrchovou montáž. (Zdroj obrázku: společnost Memory Protection Devices)

Základna zobrazená na obrázku 3 je model BHSD-2032-SM společnosti Memory Protection Devices. Jedná se o horizontálně orientovanou základnu pro povrchovou montáž pro knoflíkovou baterii CR2032. Dva přítlačné kontakty jsou jasně vidět.

Držáky baterií Snap Dragon jsou schopny poskytnout všechny tyto výhody při zachování extrémně nízkého profilu.

Přidržovač baterie

Druhou součástí držáků baterií řady Snap Dragon je průsvitný přidržovač nebo kryt baterie z polypropylenu (PP), který garantuje spolehlivé zajištění baterie. Snadné používání krytu, který je pevný a pružný, je možné díky použití ohebných jazýčků, které umožňují několikrát snadno vyjmout a znovu nasadit kryt přidržovače baterie, aniž by došlo k deformaci plastu.

Přidržovač odpovídající základně uvedené na obrázku 3 je model BHSD-2032-COVER společnosti MPD (obrázek 4).

Obrázek 4: Kryt odpovídající základně držáku knoflíkové baterie uvedené na obrázku 3. (Zdroj obrázku: společnost Memory Protection Devices)

Testování spolehlivosti držáků baterií

Testování spolehlivosti základny držáku BHSD-2032-SM zahrnuje testování rozmítanými sinusovými vibracemi (10-50-10 Hz) po dobu jedné hodiny v každé z ortogonálních os bez uvolnění baterie a bez ztráty kontinuity kontaktu delší než 10 ms. Zařízení jsou také podrobena testování rázu 150 g ve formě polosinusu, včetně tří rázů v každém směru na jednotlivých osách, celkem 18 rázových pulzů bez zjevného fyzického poškození. Závěrečný mechanický test prostředí tvoří pád z jednoho metru, opět bez uvolnění baterie.

Všechny držáky knoflíkových baterií Snap Dragon mají podobné testovací specifikace, které zajišťují jejich spolehlivost.

Konfigurace držáků Snap Dragon

Držáky baterií Snap Dragon jsou k dispozici v různých konfiguracích. Výše uvedený model BHSD-2032-SM je držák pro povrchovou montáž určený pro horizontální instalaci. Model BVSD-2032-PC se svým přidržovačem BVSD-2032-COVER představuje vertikální orientaci baterie pomocí průchozí montáže na desku plošných spojů (obrázky 5a a 5b).

Obrázek 5: Model BVSD-2032-PC (a) je svisle orientovaný držák baterie využívající průchozí montáž, spolu se svým přidržovačem BVSD-2032-COVER (b). (Zdroj obrázku: společnost Memory Protection Devices)

Verze s průchozí montáží držáků baterií Snap Dragon používají piny spíše než pájecí podložky, ale jinak jsou konstrukčně identické s verzemi pro povrchovou montáž.

Kromě držáků na knoflíkové baterie o průměru 20 mm nabízí společnost MPD také držáky na knoflíkové baterie o velikosti 12 mm (obrázek 6). Klíčovým rozlišovacím prvkem je kapacita baterie.

Obrázek 6: Držák baterie o velikosti 12 mm (a) spolu s přidržovačem (b). (Zdroj obrázku: společnost Memory Protection Devices)

Model BHSD-1225-SM (uvedený na obrázku 6a výše) je navržen pro umístění knoflíkových baterií BR/CR1225 a je konfigurován pro horizontální povrchovou montáž. K dispozici je také verze určená pro průchozí montáž. Obě verze mají společný přidržovač krytu BHSD-1225-COVER (b).

Dodržování předpisů a aplikace

Pro aplikace určené pro distribuci po celém světě je důležité vědět, že plast LCP použitý v držácích baterií Snap Dragon je šetrný k životnímu prostředí, neobsahuje halogeny ani PFOA a je plně v souladu s nařízeními SVHC, REACH, RoHS a WEEE.

Řada držáků knoflíkových baterií Snap Dragon je vhodná pro kompaktní ruční zdravotnické produkty a další aplikace, kde je důležitá spolehlivost, odolnost a snadné používání.

Držáky baterií Snap Dragon jsou vysoce kompatibilní s různými typy sterilizačních cyklů běžných ve zdravotnických aplikacích. Zde je obzvláště cenná jeho dvoudílná zaklapávací konstrukce, protože baterii je třeba před sterilizací vyjmout, neboť teploty v cyklu sterilizace mohou překročit maximální jmenovité hodnoty baterie pro vystavení teplotám.

Závěr

Výběr a integrace držáků baterií vyžaduje pečlivé zvážení specifikací konečné aplikace a modelu použití. Velikost baterie, orientace, kompatibilita automatizovaného umísťování, dodržování předpisů a snadná výměna baterie jsou hlavními faktory spolu s celkovými náklady. Držáky knoflíkových baterií Snap Dragon od společnosti MPD nabízejí levné a spolehlivé zajištění baterií typů BR/CR2032 a BR/CR1225, a to i v případě pádů, vibrací nebo rázů. To vše zároveň se snadnou výměnou baterie.