本文介紹工業級接線端子，作為無焊接試驗電路板（麵包板）的替代方案。它能夠快速且方便地建造大電流電路的原型。
試驗電路板有哪些限制？
在之前的文章中建議將試驗電路板的電流限制在 1A 左右。這項限制是基於內部功耗，是為了防止試驗電路板過熱。這種自發熱是由試驗電路板導線矩陣中的 I^2R 損耗以及元件與試驗電路板連接處的接點電阻共同造成的。正如那篇文章中所述，一個全新的、未使用的試驗電路板可以建模為每個觸點 10mohm，每英吋 11mohm。
雖然這種方法可以有效防止試驗電路板熔化，但對於中等電流系統的精確測量卻無濟於事。作者嘗試示範一個用於串聯混合鋰離子電容器（Lithium-ion Capacitor，LiC）超級電容器的電池均衡系統，就是一個很好的例子。我的第一次嘗試如圖 1 所示。圖中，Eaton LiC 裝置安裝在試驗電路板上，並透過導線連接到 Arduino Nano Every。
圖 1：安裝在試驗電路板上的混合鋰離子電容器的圖片。
試驗電路板電壓降過大導致電流過大
理論上，這應該是一個可以接受的電路。試驗電路板完全可以承受這個電流。充電電流限制在 150mA。測試放電電路僅包含一個 10ohm 電阻。計算得出的最大電流為 1.14A：
I_{Max} = \dfrac {3 * 3.8 \ VDC}{10 \ \Omega}
其中，3.8VDC 是每個串聯電容器的滿電電壓。
圖 2 顯示了電容器放電測試的初始結果。在這個測試中，初始時刻（t=0）在電容器組上連接了一個 10ohm 的電阻。計算得到的每個電容器的電壓均出現下降，且各電容器的電壓差較大，令人擔憂。
技術提示：本文介紹的資料收集系統採用接地參考。由於電容器組是串聯的，因此無法直接測量單一電容器的電壓。我們分別測量 C3、C3 + C2 和 C3 + C2 + C1 的值。每個電容器的電壓由這三個測量值計算得出。例如，C1 的電壓計算公式為 (C3 + C2 + C1) – (C3 + C2)。
圖 2：由於試驗電路板電阻導致的明顯不平衡電容器測量。
前面我們提到，試驗電路板可以建模為每個接點 10mohm，每吋 11mohm。仔細觀察圖 1 可知，試驗電路板上有 10 個接線連接。另外還有兩個負載連接（圖中未顯示）。假設一個新的試驗電路板，總導線長度為 2 英寸，共有 12 個物理連接，則試驗電路板的總電阻計算如下：
R_{Breadboard} = 12 * 0.01 + 2 * 0.011 \approx 140 \ m\Omega
測得的零時刻電容器電壓差異令人擔憂。試驗電路板電阻無疑會造成部分偏差。我們可以做得更好。
使用工業接線端子改良連接
此時，我們可以焊接電容器以降低電阻。這當然是一種可行的連結方式。然而，在進行儲能系統原型設計時，焊接並非理想的連接方式。最好保留快速拆卸元件並將其放回保護罩的能力，如此文所示。
一種降低連接電阻並同時保持電路快速拆卸能力的有效方法是使用如圖 3 所示的工業接線端子。這些接線端子採用螺絲緊固的夾鉗，能夠承受超過 25A 的電流，從而提供可靠的低電阻。結果如圖 4 所示。
圖 3：使用工業接線端子降低電阻。
技術提示：接線端子之間的橘色零件是一個雙位跳線。這個額外的裝置將兩個接線端子連接在一起，使該節點的端子連接數量增加一倍。在本應用中，它便於連接負載（圖中未顯示）。
觀察圖表左側，我們可以看到所有電容器的初始電壓降一致。在大部分放電週期內，電容器保持平衡。只有當電容器接近其設計最大截止電壓 2.2VDC 時，才會出現偏差。
圖 4：試驗電路板電阻降低，平衡性改善。
結語
無焊接試驗電路板為小訊號器件提供了一種便捷的原型設計方法。雖然試驗電路板可以承受高達 1A 的電流，但仍會存在一些不必要的電壓降。很多時候，這些電壓降可以忽略不計，但並非總是如此，如本文所示。還有其他一些替代方案，例如焊接元件，或使用本文介紹的工業級 DIN 導軌安裝式接線端子。
原文作者: Aaron Dahlen | MSEE | Senior Applications Engineer, DigiKey