Csatlakozók nagy áramigényű rendszerekhez
A tápellátás integritásának biztosítása szélsőséges környezetekben
A tápfeszültségek csökkenésével és a terhelési áramok ezzel arányos növekedésével az elektromos ellenállás miatt disszipált hőt és feszültségesést a minimumra kell csökkenteni a jó hatásfok eléréséhez és a megfelelő hőszabályozás biztosításához. Az elektromos járművek, a repülőgépipari és az ipari elektronikai tápellátási áramkörök ezenkívül ütéseknek, rezgéseknek és szélsőséges hőmérsékletnek is ki vannak téve.
A tervezőknek tudatában kell lenniük mindennek, hogy mechanikailag robusztus, az elektromos kapcsolatot mindig megfelelően biztosító és széles hőmérséklet-tartományokban működő tápcsatlakozókat tudjanak választani, és helyesen tudják alkalmazni őket.
Ezen cikk a tápcsatlakozók kiválasztásával és használatukkal foglalkozik a legigényesebb környezetekre és alkalmazási esetekre vonatkozólag. Ezután példaként bemutat néhány tápcsatlakozót a Harwin-tól, és megmutatja, hogy segítségükkel hogyan biztosítható egyszerre a kiváló teljesítményátvitel és ugyanakkor a mechanikai megbízhatóság is.
Fontos szempontok nagyáramú összekapcsoló elemek kiválasztásakor
Nagy áramerősségek és nagy feszültségek nyomtatott áramköri lapra (NyÁK-ra) történő rákapcsolását körültekintően szükséges megoldani. A rossz csatlakozások energiaveszteséget és váratlan elektromos meghibásodásokat okozhatnak. Ha az összekapcsoló elemek szélsőséges hőmérsékletnek, ütésnek vagy rezgéseknek is ki vannak téve, a problémák megsokszorozódhatnak. Nem megfelelő névleges áramerősségű tápcsatlakozók használata esetén a tervezők arra kényszerülhetnek, hogy több érintkező használatával valósítsák meg a szükséges áramerősséget, aminek következtében nagyobb, több érintkezővel rendelkező csatlakozókat kell használniuk, csökkentve az így is kevés rendelkezésre álló áramköri területet. Ha több áramútvonal (csatlakozó) található az áramköri lapon, a nem megfelelő csatlakozóhellyel történő párosítás esélye is megnő, esetlegesen túláramot okozva a tévesen párosított érintkezőn. Mindezen problémák megoldódnak az érintkezőnként (külön-külön egy-egy érintkezőre vonatkozó) megfelelő névleges áramerősségű tápcsatlakozók használata esetén.
Vegyük példaként a Harwin Kona sorozatú csatlakozóit (1. ábra). Az ezekben a csatlakozókban található érintkezők egyenként 60 A névleges áramerősségűek és maximum 3000 VAC (1 percig) és 1500 VAC vagy VDC névleges csúcsfeszültségűek, és ezen specifikált műszaki jellemzőiket megőrzik a szélsőséges hőmérsékletű, valamint az ütéseknek és rezgéseknek kitett környezetekben is.
1. ábra A Kona sorozatú tápcsatlakozók érintkezőnként névlegesen akár 60 A erősségű áram átvitelére is alkalmasak 1500 VAC feszültségen. Foglalatos, NyÁK-ra szerelhető és kábelre szerelhető változatok kaphatók (Kép: Harwin Inc.)
A Kona csatlakozók két-, három- vagy négyérintkezős, egysoros házakkal kaphatók. NyÁK-ra szerelhető foglalatok, valamint panelre vagy kábelre szerelhető anya- vagy apa kialakítású változatok kaphatók, különböző fizikai konstrukciós opciókkal, amelyekkel a párosított állapot biztosítható. Kábel-NyÁK csatlakozásokra, valamint kábelek összekapcsolására használhatók.
A csatlakozók érintkezői 8,5 mm távolságra találhatók egymástól. Az általuk kínált magas névleges feszültség- és áramérték ennek az osztástávolságnak, valamint a különálló süllyesztett érintkezőknek köszönhető, amelyek mindegyikénél a polaritást a kódolt burkolat biztosítja. Ez a kialakítás a rossz illesztésből és az esetleges fizikai ütésekből eredő véletlenszerű sérülések ellen is védelmet nyújt.
A csatlakozósorozat tagjainak nagy a névleges áramerőssége, és megbízhatóságuk a hatnyelvű apa érintkezőknek köszönhető (2. ábra).
2. ábra Az apa érintkezők hat nyelve a rugós kialakításuknak köszönhetően az anya érintkezők belső falához szorul, így a jó kapcsolat még ütések és rezgések esetén is biztosított (Kép: Harwin Inc., módosítva)
A Kona sorozat érintkezői berilliumrézből készülnek, ami -65 °C és 150 °C közötti maximális üzemi hőmérséklet-tartományt tesz lehetővé, és tartós, erősen savas aranybevonattal vannak ellátva, védve azokat a hosszú távú, zord környezetnek való kitettség ellen. Az érintkezőket névlegesen 250 párosítási ciklusra tervezték, és a párosított csatlakozópár átmeneti ellenállása 2 mΩ vagy még annál is kisebb. Maximális névleges áramerősségen (60 A) az érintkezőpáron mérhető feszültségesés mindössze 0,12 V.
NyÁK-ra szerelhető foglalatok
A Harwin Kona KA1-MV10405M1-je egy négyérintkezős függőleges foglalat, amelyet nyomtatott áramköri lapra való szerelésre terveztek (3. ábra).
3. ábra A Kona KA1-MV10405M1 foglalat négy érintkezővel rendelkezik. Az 1. érintkező a jól látható azonosító jelölésnek köszönhetően könnyen beazonosítható, és a képen rögzítőcsavarok is láthatók (Kép: Harwin Inc.)
A foglalat háza magas hőmérsékletű hőre lágyuló üvegszálas műanyagból készült, és négy süllyesztett, hatnyelvű, 4,5 mm-es NyÁK-ra forrasztható kivezetéssel ellátott apa érintkezőt tartalmaz. A jól látható dombornyomott jelölésnek köszönhetően a foglalat tájolása és az 1. érintkező könnyen beazonosítható. A belső menetes rögzítőcsavarok és az áramköri lap szerelésére szolgáló csapok biztosítják, hogy a csatlakozók ne váljanak szét párosítás után, a NyÁK-lapra történő mechanikus rögzítés pedig egy KA1-4240000 hornyolt rögzítőanya segítségével történik. A foglalatok derékszögű, vízszintes szerelési érintkezőkkel és alternatív biztosítási elrendezéssel is kaphatók. A make-before-lock funkció a párosított csatlakozók szétválását gátló összecsavarozás során bekövetkező károsodások elkerülésére szolgál.
Kábelre és panelre szerelhető csatlakozóaljzatok
A Kona KA1-2010498F1 (4. ábra, balra) egy négyérintkezős, kábelre szerelhető csatlakozóház, amelybe Harwin Kona KA1-0400005 (4. ábra, jobbra) vagy más típusú különálló érintkezők szerelhetők. Ez a csatlakozóház az előbbiekben említett KA1-MV10405M1 négyérintkezős foglalattal párosítható.
4. ábra A képen a meghosszabbított burkolattal rendelkező KA1-2010498F1 négyérintkezős csatlakozóház (balra) és a házzal együtt használt forrasztható érintkező (jobbra) látható (Kép: Harwin Inc.)
A kábelre szerelt csatlakozóaljzat házában kódoló burkolatnyúlványok biztosítják a mindig megfelelő polaritást, megakadályozva a véletlen csatlakozást a csatlakozóaljzat érintkezőivel, másodlagos funkcióként pedig villamosan szigetelik a párosított érintkezőket. A csatlakozóaljzatba szerelhető Kona KA1-0400005 érintkezőket forrasztással csatlakoztatják a kábelhez. Az érintkezőket #8 AWG méretű huzalokkal való használatra tervezték. Szilikongumi szigetelés ajánlott legfeljebb 7,5 mm átmérőig.
A szabványos apa-anya csatlakozók függőleges irányban mozgatható, recézett csavarokkal rendelkeznek, amelyeken a gépi csavarozást könnyítő hatlapú bemélyedések találhatók. Fordított biztosítási irány esetén az inverz rögzítőelem a panelre történő szerelést lehetővé tevő 5,2 mm hosszú csavarokkal rendelkezik, szekrények előlapjára történő rögzítéshez. A biztosító szerelőelemek korrózióálló rozsdamentes acélból készültek.
Kábelre és panelre szerelhető dugók
A Kona KA1-3010498M5 (5. ábra, balra) a kábelre szerelt KA1-2010498F1 csatlakozóház apa változata, amelyben a KA1-1410005 érintkezőtűk (5. ábra, jobbra) találhatók.
Az apa csatlakozóban (dugaszban) a forrasztható típusú hatnyelvű apa érintkezők találhatók, amelyeket az anya típushoz hasonlóan #8 AWG méretű huzalokkal való használatra terveztek. Ennél a csatlakozótípusnál inverz recézett csavarokat használnak, amelyek az inverz biztosítócsavarokkal ellátott panelre szerelhető csatlakozóaljzatok rögzítőelemeivel párosíthatók. Standard biztosító-rögzítőelemek is rendelkezésre állnak.
5. ábra A képen a négyérintkezős KA1-3010498M5 csatlakozóház (balra) és a házzal együtt használt forrasztható hatnyelvű apa érintkező (jobbra) látható (Kép: Harwin Inc.)
Kis méret, könnyű súly
A csatlakozók fizikai mérete a 60 A és 3000 V névleges értékekhez képest kicsi (6. ábra).
6. ábra A Kona csatlakozóaljzat-házak méretezési rajzából látható, hogy kis méretűek (Kép: Harwin Inc.)
A négyérintkezős csatlakozók 50 mm hosszúak (A), 12,5 mm szélesek és 18 mm magasak. Párosított állapotban a csatlakozó dugasz és a kábelre szerelt aljzat nyomtatott áramköri laphoz viszonyított magassága 21,7 mm. A párosított csatlakozópár súlya körülbelül 25 g.
Vizsgálati szabványok
A Kona csatlakozók mindegyikét az EIA-364 megfelelő szakaszai szerint tesztelik. Az elektromos vizsgálatok közé tartozik az átmeneti ellenállás, a teljesítmény, a feszültségállóság és a szigetelési ellenállás vizsgálata, a mechanikai tesztek közé pedig az ütés- és a rezgésállóság, a behelyezési és kihúzási erők, a hőterhelés, valamint a nedvesség és a sós permet tűrése. Rezgésállóság terén a specifikált csúcsérték 20 g 12 órán keresztül érintkezési hiba nélkül. Hasonlóképpen, az ütésállóság tekintetében a specifikált érték 100 g 6 ms-on keresztül érintkezési hiba nélkül.
Az ütés- és rezgéstűrésük mellett – ami alkalmassá teszi őket elektromos járművek tápcsatlakozásaihoz való használatra – a Kona csatlakozók megfelelnek a NASA és az ESA gázkibocsátási követelményeinek, így ideálisak űrkutatási, repüléstechnikai és a pilóta nélküli légi járművekben (UAV) való használathoz.
Interferenciával szembeni védelem
Az elektromágneses és rádiófrekvenciás interferenciával (EMI/RFI) szembeni védelmet követelő használati esetekre a Kona csatlakozók könnyű alumíniumburkolatos változatokban is kaphatók, mind a kábelre szerelt, mind a NyÁK-foglalat-típusúakra vonatkozólag (7. ábra).
7. ábra Az elektromágneses és rádiófrekvenciás interferencia (EMI/RFI) elleni védelemhez alumínium-védőburkolattal ellátott csatlakozóházak kaphatók, gyorskötözővel rögzített hajlékony kábelvédő harisnyával (Kép: Harwin Inc.)
Az árnyékoló burkolatokat úgy tervezték, hogy azokra egy fémből készült kopásálló, rugalmas kábelvédő harisnya húzható, és gyorskötözővel rögzíthető. Az árnyékoló burkolat és kábelharisnya ezen kombinációja megfelelő árnyékolást, és így hatékony elektromágneses és rádiófrekvenciás interferencia elleni védelmet biztosít. Az árnyékoló burkolatok emellett kiegészítő törésgátló funkciót is betöltenek a kábelek esetében.
Összeszerelési szerszámok
A Kona csatlakozók szerelésekor minimális számú szerszámra van szükség. Mivel az érintkezőket forrasztással rögzítik a vezetékekhez, így szerszámok nélkül is behelyezhetők. Kiszedő célszerszám kapható, ha egy érintkező eltávolítására vagy cseréjére van szükség. A rögzítőcsapok hornyolt anyái csavarhúzóval is meghúzhatók vagy meglazíthatók.
Összegzés
A Kona 8,5 mm-es osztástávolságú, nagy megbízhatóságú csatlakozói a legigényesebb környezetben is biztosítani tudják a tápellátás integritását. A csatlakozópárok gyorsan és egyszerűen összeilleszthetők és rögzíthetők anélkül, hogy kiegészítő szerszámokra lenne szükség. Ideálisak repülőelektronikai, pilóta nélküli járműveknél, műholdaknál, elektromos járműveknél és más, szélsőséges környezetben működő, nagy teljesítményű rendszereknél történő alkalmazásra.
Szerző: Rolf Horn – Alkalmazástechnikai mérnök, DigiKey
DigiKey
www.digikey.hu
Angol/német nyelvű kapcsolat
Rolf Horn
Application Engineer
DigiKey Germany
Tel.: +49 89 2444 8 x 16817
E-mail:
