Selecteer de juiste connector voor een hoge stroomintegriteit in extreme omgevingen

Met voedingsspanningen die afnemen en belastingsstromen die evenredig toenemen, moeten resistieve vermogensverliezen en spanningsverliezen geminimaliseerd worden voor efficiëntie en thermisch beheer. Vermogenstoepassingen zoals elektrische voertuigen (EV's), luchtvaart en industriële elektronica stellen circuits ook bloot aan schokken, trillingen en extreme temperaturen.

Ontwerpers moeten zich bewust zijn van deze vereisten om ervoor te zorgen dat ze voedingsconnectors selecteren en correct toepassen die mechanisch robuust zijn, elektrische integriteit behouden en over een groot temperatuurbereik werken.

Dit artikel bespreekt de selectie en het gebruik van voedingsconnectors voor de meest veeleisende omgevingen en toepassingen. Vervolgens worden er voorbeelden gegeven van Harwin-voedingsconnectors en wordt getoond hoe deze kunnen worden gebruikt om een uitstekende voedingsintegriteit met lage verliezen te bereiken en tegelijkertijd mechanische betrouwbaarheid te garanderen.

Overwegingen voor interconnecties met hoog vermogen

Het aansluiten van hoge stroom en hoge spanning op een printplaat vereist grote zorgvuldigheid. Slechte aansluitingen kunnen leiden tot stroomverlies en onverwachte elektrische storingen. Als de interconnectie ook nog eens wordt blootgesteld aan extreme temperaturen, schokken of trillingen, kunnen de problemen worden vermenigvuldigd. Voedingsconnectors met onvoldoende stroomwaarden kunnen ontwerpers dwingen om meerdere contacten te gebruiken om de vereiste stroomniveaus te bereiken, wat resulteert in grotere connectors met meer contacten en extra printplaat onroerend goed. Meerdere stroompaden verhogen ook de kans op onjuiste plaatsing, wat kan leiden tot overstroom op een enkel contact. De oplossing voor deze problemen is het gebruik van voedingsconnectors met de juiste stroomwaarde voor enkelvoudige contacten.

Neem de Harwin Kona-serie connectors (Afbeelding 1). Deze connectors zijn bestand tegen 60 ampère (A) per contact en maximaal 3000 volt AC (VAC) (gedurende 1 minuut) en 1500 VAC of volt DC (VDC) piekvermogen, zelfs in omgevingen met extreme temperaturen, schokken en trillingen.

Afbeelding 1: De vermogensconnectors uit de Kona-serie kunnen tot 60   per contact bij 1500 VAC verwerken en er zijn versies voor kopmontage, paneelmontage en kabelmontage. (Bron afbeelding: Harwin Inc.)

De Kona-connectors zijn verkrijgbaar in eenrijige behuizingen met twee, drie of vier contacten. De configuraties omvatten een printplaatkop, een paneelbevestiging en een mannelijke en vrouwelijke kabelbevestiging met verschillende vergrendelingsmogelijkheden. Ze kunnen worden gebruikt voor het koppelen van kabels aan printplaten en kabels aan kabels.

Deze connectoren gebruiken contacten met een tussenafstand van 8,5 millimeter (mm) (0,335 inch (in.)). Deze afstand, samen met de individueel verzonken contacten die elk zijn omhuld met polariserende sleutelstructuren, garandeert de hoge spannings- en stroomwaarden van de connector. Het ontwerp helpt ook om bescherming te bieden tegen incidentele schade als gevolg van slechte paring en willekeurige fysieke inslagen.

Het geheim van de hoge stroomsterkte en betrouwbaarheid van deze connectorserie is het mannelijke contact met zes vingers (Afbeelding 2).

Afbeelding 2: Het zesvingerig mannelijk contact biedt een positieve normale veerkracht tegen de binnenwanden van het vrouwelijke contact om een goede verbinding te garanderen, zelfs bij schokken en trillingen. (Bron afbeelding: Harwin Inc., aangepast)

De contacten van de Kona-serie zijn gemaakt van berylliumkoper, waardoor een maximaal bedrijfstemperatuurbereik van -65 °C tot 150 °C mogelijk is, en ze zijn geplateerd met een duurzame hard-zuur gouden afwerking voor bescherming tegen langdurige blootstelling in ruwe omgevingen. De contacten zijn berekend op 250 paringen en de contactweerstand van een paar is 2 milliohms (mΩ) of minder. De spanningsval over het contactpaar bij de maximale nominale stroom van 60 A is slechts 0,12 volt.

Headers voor printplaatmontage

De Harwin Kona KA1-MV10405M1 is een voorbeeld van een verticale header met vier contacten voor printplaatmontage (Afbeelding 3).

Afbeelding 3: De Kona KA1-MV10405M1 header heeft vier contacten. De duidelijk zichtbare markering voor contact 1 en de bevestigingsbouten zijn afgebeeld. (Bron afbeelding: Harwin Inc.)

De behuizing van de header is gemaakt van glasgevuld thermoplastic voor hoge temperaturen en bestaat uit vier verzonken mannelijke contacten met zes vingers en een soldeerstuk van 4,5 mm (0,185 in.) voor printplaten. Een duidelijk zichtbare reliëfmarkering zorgt voor koporiëntatie en identificatie van contact 1. Schroefdraadbouten en printplaatbevestigingsbouten zorgen voor een contrasterende vergrendeling van de jackconnector en voor mechanische montage op de printplaat met behulp van een KA1-4240000 printplaatbevestigingsmoer met sleuven. Headers met haakse, horizontale montagecontacten en alternatieve vergrendelingen zijn verkrijgbaar. Make-before-lock wordt gebruikt om mogelijke schade tijdens het vergrendelingsproces te voorkomen.

Contactdozen voor kabel- en paneelmontage

De Kona KA1-2010498F1 (Afbeelding 4, links) is een kabelgemonteerde receptaclebehuizing met vier contacten die afzonderlijke contacten gebruikt, zoals de Harwin Kona KA1-0400005 (Afbeelding 4, rechts). Deze behuizing kan gekoppeld worden aan de KA1-MV10405M1 vier-contact header hierboven.

Afbeelding 4: Afgebeeld zijn de KA1-2010498F1-receptaclebehuizing met vier contacten (links) met het verlengstuk van de kap en het vrouwelijke soldeercontact dat met de behuizing wordt gebruikt (rechts). (Bron afbeelding: Harwin Inc.)

De vrouwelijke kabelbehuizing bevat mantelverlengstukken met polarisatiesleutels die voorkomen dat er per ongeluk verbinding wordt gemaakt met de vrouwelijke receptaclecontacten en die zorgen voor elektrische isolatie van de gekoppelde contacten. Het Kona KA1-0400005-connectorcontact maakt gebruik van een soldeerverbinding met de kabel. De contacten zijn ontworpen voor #8 AWG-apparatuurdraad. Isolatie van siliconenrubber met een maximale diameter van 7,5 mm (0,295 in.) wordt aanbevolen.

De standaard genderconnectors zijn voorzien van zwevende duimschroeven met inbusholtes voor torque schroevendraaiers. De hardware voor omgekeerde bevestiging, met de vergrendelrichting omgedraaid, heeft 5,2 mm lange paneelmontagestiften voor montage op het voorpaneel van een behuizing. Het vergrendelingsmateriaal is van corrosiebestendig roestvrij staal.

Plugs voor kabel- en paneelmontage

De Kona KA1-3010498M5 (Afbeelding 5, links) is de mannelijke kabelgemonteerde versie van de KA1-2010498F1-behuizing en gebruikt het KA1-1410005-pincontact (Afbeelding 5, rechts).

Afbeelding 5: De mannelijke behuizing KA1-3010498M5 met vier contacten (links) en de soldeerversie van het mannelijke contact met zes vingers dat bij de behuizing wordt gebruikt (rechts). (Bron afbeelding: Harwin Inc.)

De mannelijke of plugbehuizing gebruikt de soldeerversie van het mannelijke contact met zes vingers, dat ontworpen is om dezelfde #8 AWG-draad te gebruiken als de vrouwelijke versie. Dit model connector maakt gebruik van reverse fix vergrendelingsduimschroeven, die passen op een vrouwelijke connector met reverse fix hardware voor paneelmontage. Standaard vergrendelingsmateriaal is ook verkrijgbaar.

Klein formaat, lichtgewicht

De fysieke afmetingen van de connectors zijn klein, gezien hun classificatie van 60 A en 3000 volt (Afbeelding 6).

Afbeelding 6: Een maattekening van Kona-receptaclebehuizingen toont hun kleine formaat. (Bron afbeelding: Harwin Inc.)

De vier contactconnectoren hebben een lengte (A) van 50 mm (1,97 inch), een breedte van 12,5 mm (0,49 inch) en een hoogte van 18 mm (0,71 inch). Een kabelbehuizing met een stekker heeft een hoogte van 21,7 mm (0,85 in.) vanaf de printplaat. Het paar weegt ongeveer 25 gram (g) (0,88 ounces (oz)).

Testnormen

Alle Kona-connectorontwerpen zijn getest volgens de juiste secties van EIA-364. De elektrische tests omvatten contactweerstand, vermogen, weerstandsspanning en isolatieweerstand. De mechanische tests omvatten schokken en trillingen, inschuif- en terugtrekkrachten, thermische schokken, vochtigheid en zoutsproeinevel. De trillingsspecificatie is 20 g piek gedurende 12 uur (hr) zonder contactstoring. Op dezelfde manier is de schokspecificatie 100 g gedurende 6 milliseconden (ms) zonder dat het contact faalt.

Naast hun schok- en vibratietolerantie, waardoor de connectors geschikt zijn voor EV-stroomaansluitingen, voldoen Kona-connectors aan de eisen van NASA en ESA op het gebied van uitgassing, waardoor ze ideaal zijn voor toepassingen in de ruimtevaart, luchtvaart en onbemande luchtvaartuigen (UAV).

Afscherming voor interferentie

Voor toepassingen met beperkingen op elektromagnetische interferentie (EMI) en radiofrequentie-interferentie (RFI) bieden de Kona-connectors een reeks lichtgewicht aluminium backshells voor zowel kabel- als headerconnectors (Abeelding 7).

Afbeelding 7: Voor EMI/RFI-bescherming is er een aluminium backshell verkrijgbaar met flexibel vlechtwerk aan een bindband. (Bron afbeelding: Harwin Inc.)

De backshells zijn ontworpen voor een slijtvaste, flexibele metalen vlecht en worden geleverd met bindbanden om de vlecht aan de shell vast te maken. De combinatie van de achterkant en het vlechtwerk biedt afscherming voor effectieve EMI/RFI-bescherming. Bovendien bieden de backshells extra trekontlasting voor de kabels.

Gereedschap voor assemblage

De Kona-connectors vereisen een minimum aan gereedschap. Aangezien de kabelcontacten zijn gesoldeerd, kunnen ze worden geplaatst door ze zonder gereedschap in te duwen. Als het nodig is om een contact te verwijderen of te vervangen, is er een verwijderingsgereedschap beschikbaar. Een schroevendraaier kan ook worden gebruikt om de moeren op de bevestigingsbouten vast of los te draaien.

Conclusie

De Kona 8,5 mm pitch, zeer betrouwbare connectorfamilie garandeert stroomintegriteit in de meest veeleisende omgevingen. Deze connectors bieden een snel en eenvoudig koppelproces waarvoor geen extra gereedschap nodig is. Ze zijn ideaal voor luchtvaartelektronica, UAV's, satellieten, EV's en andere toepassingen met krachtige systemen die in extreme omgevingen werken.