Selectați conectorul potrivit pentru a asigura integritatea energiei de curent ridicat în medii extreme

Odată cu scăderea tensiunii de alimentare și creșterea proporțională a curenților de sarcină, pierderile de putere rezistivă și căderile de tensiune trebuie să fie reduse la minimum pentru eficiență și gestionare termică. Aplicațiile de alimentare, cum ar fi cele pentru vehiculele electrice (EV), industria aerospațială și electronica industrială, expun, de asemenea, circuitele la șocuri, vibrații și temperaturi extreme.

Proiectanții trebuie să fie conștienți de aceste cerințe pentru a se asigura că selectează și aplică corect conectorii de alimentare care sunt mecanic rezistenți, mențin integritatea electrică și funcționează în intervale extinse de temperatură.

Acest articol discută despre selecția și utilizarea conectorilor de alimentare pentru cele mai solicitante medii și aplicații. Apoi, prezintă exemple de conectori de alimentare de la Harwin și arată cum pot fi utilizați pentru a obține o integritate excelentă a alimentării cu pierderi reduse, garantând în același timp fiabilitatea mecanică.

Considerente pentru interconexiuni de mare putere

Conectarea unui curent și a unei tensiuni ridicate la o placă de circuite imprimate (PCB) trebuie efectuată cu mare atenție. Conexiunile neadecvate pot duce la pierderi de energie și defecțiuni electrice neașteptate. În cazul în care interconectarea este, de asemenea, supusă la temperaturi extreme, șocuri sau vibrații, problemele pot fi multiplicate. Conectorii de alimentare cu valori nominale de curent inadecvate pot forța proiectanții să utilizeze mai multe contacte pentru a obține nivelurile de curent necesare, ceea ce duce la conectori mai mari, cu mai multe contacte și spațiu suplimentar pe placa de circuite imprimate. De asemenea, căile multiple de curent cresc șansele unei inserții necorespunzătoare, ceea ce duce la supracurent pe un singur contact. Soluția la aceste probleme este utilizarea conectorilor de alimentare cu o valoare nominală corectă a curentului la un singur contact.

Luați în considerare conectorii din seria Kona de la Harwin (Figura 1). Acești conectori sunt clasificați pentru a suporta 60 de amperi (A) per contact și până la 3000 de volți c.a. (V c.a.) maxim (timp de 1 minut) și 1500 V c.a. sau volți c.c. (V c.c.) de vârf de lucru, chiar și în medii cu temperaturi, șocuri și vibrații extreme.

Figura 1: Conectorii de alimentare din seria Kona gestionează până la 60 A per contact la 1500 V c.a., iar versiunile includ montare pe regletă, pe panou și pe cablu. (Sursa imaginii: Harwin Inc.)

Conectorii Kona sunt disponibili în carcase cu un singur rând de două, trei sau patru contacte. Configurațiile includ o regletă pentru placa de circuite imprimate, montare pe panou și montare pe cablu tip tată și mamă cu diverse configurații de blocare. Acestea pot fi utilizate pentru cuplarea cablu-placă și cablu-cablu.

Acești conectori utilizează contacte distanțate la 8,5 milimetri (mm) (0,335 inch (in.)). Această spațiere, împreună cu contactele încastrate individual, fiecare fiind învelite cu structuri modulate de polarizare, asigură tensiunea și curentul nominal ridicat al conectorului. De asemenea, designul ajută la protejarea împotriva deteriorărilor accidentale cauzate de o cuplare necorespunzătoare și de lovituri fizice aleatorii.

Secretul acestei serii de conectori, care oferă o valoare nominală de curent ridicată și fiabilitate, este contactul tip tată cu șase degete (Figura 2).

Figura 2: Contactul tip tată cu șase degete asigură o forță elastică normală pozitivă împotriva pereților interiori ai contactului mamă, pentru a asigura o conexiune bună chiar și în prezența șocurilor și a vibrațiilor. (Sursa imaginii: Harwin Inc., modificat)

Contactele din seria Kona sunt realizate din beriliu-cupru, permițând o gamă maximă de temperaturi de funcționare de la -65 °C la 150 °C, și sunt placate cu un finisaj de aur acid puternic și durabil pentru protecție împotriva expunerii pe termen lung în medii dure. Contactele sunt proiectate pentru 250 de operațiuni de cuplare, iar rezistența de contact a unei perechi cuplate este de 2 miliohmi (mΩ) sau mai puțin. Căderea de tensiune pe perechea de contacte la curentul nominal maxim de 60 A este de numai 0,12 volți.

Reglete pentru montarea pe placă

Harwin Kona KA1-MV10405M1 este un exemplu de regletă verticală cu patru contacte destinată montării pe placa de circuite imprimate (Figura 3).

Figura 3: Regleta Kona KA1-MV10405M1 are patru contacte. Sunt prezentate marcajul de identificare clar vizibil pentru contactul 1 și știfturile de montare. (Sursa imaginii: Harwin Inc.)

Corpul regletei este fabricat dintr-un termoplastic de înaltă temperatură, umplut cu sticlă, și include patru contacte tip tată cu șase degete încastrate, cu o coadă de lipire pe placă de 4,5 mm (0,185 in.). Un marcaj în relief clar vizibil asigură orientarea regletei și identificarea contactului 1. Încuietorile cu filet intern și știfturile de montare pe placă oferă o blocare la cuplare pentru conectorul mufei, precum și montarea mecanică pe placa de circuite imprimate cu ajutorul unei piulițe cu fantă pentru montarea pe placă KA1-4240000. Sunt disponibile reglete cu contacte de montare orizontale în unghi drept și aranjamente de blocare alternative. Principiul de cuplare înainte de blocare este utilizat pentru a preveni posibilitatea de deteriorare în timpul procesului de blocare.

Socluri pentru montare pe cablu și pe panou

Kona KA1-2010498F1 (Figura 4, stânga) este o carcasă de soclu cu patru contacte, montată pe cablu, care utilizează contacte separate, cum ar fi Harwin Kona KA1-0400005 (Figura 4, dreapta). Această carcasă se poate cupla cu regleta cu patru contacte KA1-MV10405M1 de mai sus.

Figura 4: Sunt prezentate carcasa soclului cu patru contacte KA1-2010498F1 (stânga) cu extensia mantalei sale și contactul de lipit tip mamă utilizat cu carcasa (dreapta). (Sursa imaginii: Harwin Inc.)

Carcasa tip mamă montată pe cablu include extensii ale mantalei cu chei de polarizare care previn conectarea accidentală cu contactele soclului tip mamă și asigură izolarea electrică a contactelor cuplate. Contactul soclului conectorului Kona KA1-0400005 utilizează o conexiune de lipit la cablu. Contactele sunt concepute pentru cabluri de echipament #8 AWG. Se recomandă o izolație din cauciuc siliconic cu un diametru maxim de 7,5 mm (0,295 in.).

Conectorii de gen standard sunt prevăzuți cu șuruburi moletate flotante cu cavități hexagonale pentru șurubelnițe de torsiune. Componentele de fixare inversă, cu direcția de blocare inversată, au știfturi de montare pe panou cu lungimea de 5,2 mm pentru montarea pe panoul frontal al unei carcase. Componentele de blocare sunt din oțel inoxidabil rezistent la coroziune.

Fișe pentru montare pe cablu și pe panou

Kona KA1-3010498M5 (Figura 5, stânga) este versiunea tată montată pe cablu a carcasei KA1-2010498F1 și utilizează contactul cu pin KA1-1410005 (Figura 5, dreapta).

Figura 5: Sunt prezentate carcasa tip tată cu patru contacte KA1-3010498M5 (stânga) și versiunea cu lipire a contactului tip tată cu șase degete utilizat cu carcasa (dreapta). (Sursa imaginii: Harwin Inc.)

Carcasa tată sau cu fișă utilizează versiunea cu lipire a contactului tată cu șase degete, care este proiectat pentru a utiliza același fir #8 AWG ca și versiunea tip mamă. Acest model de conector utilizează șuruburi moletate de blocare cu fixare inversă, care se cuplează cu un conector mamă cu componente de fixare inversă pentru montarea pe panou. De asemenea, sunt disponibile și componente de blocare standard.

Dimensiuni și greutate reduse

Dimensiunea fizică a conectorilor este mică, având în vedere valorile lor nominale de 60 A și 3000 de volți (Figura 6).

Figura 6: O schiță dimensională a carcasei pentru socluri Kona arată dimensiunile reduse ale acestora. (Sursa imaginii: Harwin Inc.)

Cei patru conectori de contact au o lungime (A) de 50 mm (1,97 inch), o lățime de 12,5 mm (0,49 inch) și o înălțime de 18 mm (0,71 inch). O carcasă de cablu cu soclu cuplat cu o regletă de fișe are o înălțime de 21,7 mm (0,85 inch) de la placa de circuite imprimate. Perechea cuplată cântărește aproximativ 25 de grame (g) (0,88 uncii (oz)).

Standarde de testare

Toate modelele de conectori Kona au fost testate în conformitate cu secțiunile corespunzătoare din EIA-364. Testele electrice includ rezistența de contact, puterea, tensiunea de rezistență și rezistența izolației. Testele mecanice includ șocuri și vibrații, forțe de inserție și scoatere, șocuri termice, umiditate și pulverizare salină. Specificația de vibrații este de 20 g la vârf timp de 12 ore (h) fără defectarea contactelor. În mod similar, specificația pentru șocuri este de 100 g timp de 6 milisecunde (ms) fără defectarea contactelor.

Pe lângă toleranța la șocuri și vibrații, ce face ca acești conectori să fie potriviți pentru conexiunile de alimentare pentru vehicule electrice, conectorii Kona îndeplinesc cerințele NASA și ESA privind degazarea, ceea ce îi face ideali pentru aplicații spațiale, avionice și pentru vehicule aeriene fără pilot (UAV).

Ecranare pentru interferențe

În aplicațiile care au limite privind interferențele electromagnetice (EMI) și interferențele de radiofrecvență (RFI), conectorii Kona oferă o gamă de carcase posterioare ușoare din aluminiu, atât pentru conectorii de cablu, cât și pentru cei de regletă (Figura 7).

Figura 7: Pentru protecția EMI/RFI, este disponibilă o carcasă posterioară din aluminiu cu tresă flexibilă atașată la o bandă de legătură. (Sursa imaginii: Harwin Inc.)

Carcasele posterioare sunt proiectate pentru a găzdui o tresă metalică flexibilă, rezistentă la abraziune, și sunt furnizate cu benzi de legătură pentru fixarea tresei la carcasă. Combinația dintre carcasa posterioară și tresă asigură ecranarea pentru o protecție EMI/RFI eficientă. În plus, carcasele posterioare oferă o reducere suplimentară a solicitării cablurilor.

Unelte de asamblare

Conectorii Kona necesită un minim de unelte. Deoarece contactele cablului sunt lipite, acestea pot fi introduse prin împingere fără a fi nevoie de unelte. În cazul în care este necesar să se îndepărteze sau să se înlocuiască un contact, este disponibil un instrument de extragere. Se poate utiliza și o șurubelniță pentru a strânge sau slăbi piulițele cu fantă de pe știfturile de montare.

Concluzie

Familia de conectori Kona cu pas de 8,5 mm, de înaltă fiabilitate, asigură integritatea alimentării în cele mai solicitante medii. Acești conectori oferă un proces de cuplare rapid și ușor care nu necesită unelte suplimentare. Sunt ideali pentru avionică, UAV-uri, sateliți, vehicule electrice și alte aplicații cu sisteme de mare putere care funcționează în medii extreme.