Vælg det rigtige stik for at sikre stærkstrømsintegritet i ekstreme miljøer

Med faldende forsyningsspændinger og belastningsstrømme, der stiger proportionalt, skal resistivt effekttab og spændingsfald minimeres af hensyn til effektivitet og termisk styring. Strømforsyningsapplikationer som elektriske køretøjer, rumfart og industriel elektronik udsætter også kredsløb for stød, vibrationer og ekstreme temperaturer.

Designere skal være opmærksomme på disse krav for at sikre, at de vælger og korrekt anvender strømstik, der er mekanisk robuste, opretholder elektrisk integritet og fungerer over udvidede temperaturområder.

Denne artikel handler om valg og brug af strømstik til de mest krævende miljøer og applikationer. Derefter introduceres eksempler på strømstik fra Harwin, og det vises, hvordan de kan bruges til at opnå fremragende strømintegritet med lave tab, samtidig med at den mekaniske pålidelighed garanteres.

Overvejelser omkring sammenkoblinger med høj effekt

Tilslutning af høj strøm og høj spænding til et printkort kræver stor forsigtighed. Dårlige forbindelser kan resultere i strømtab og uventede elektriske nedbrud. Hvis sammenkoblingen også udsættes for ekstreme temperaturer, stød eller vibrationer, kan problemerne blive endnu større. Strømstik med utilstrækkelig strømstyrkeklassificering kan tvinge designere til at bruge flere kontakter for at opnå de krævede strømniveauer, hvilket resulterer i større stik med flere kontakter og ekstra plads på printkortet. Flere strømveje øger også risikoen for forkert indsættelse, hvilket resulterer i overstrøm på en enkelt kontakt. Løsningen på disse problemer er at bruge strømstik med den korrekte enkeltkontakt-strømstyrkeklassificering.

Lad os se på Harwin Kona-serien af stik (figur 1). Disse stik er klassificeret til at håndtere 60 ampere (A) pr. kontakt og op til 3000 volt AC (VAC) maksimum (i 1 minut) og 1500 VAC eller volt DC (VDC) spidsbelastning, selv i miljøer med ekstrem temperatur, stød og vibrationer.

Figur 1: Kona-seriens strømstik kan håndtere op til 60 A pr. kontakt ved 1500 VAC, og versionerne omfatter header, panelmontering og kabelmontering. (Billedkilde: Harwin Inc.)

Kona-stikkene fås i enkeltrækkede huse med to, tre eller fire kontakter. Konfigurationer omfatter en printpladeheader, en panelmontering og en han- og hunkabelmontering med forskellige låsearrangementer. De kan bruges til kabel-til-kort og kabel-til-kabel-parring.

Disse stik bruger kontakter med en afstand på 8,5 millimeter (mm) (0,335 tommer (in.)). Denne afstand, sammen med individuelt forsænkede kontakter, der hver især er indkapslet med polariserende nøglestrukturer, sikrer stikkets høje spændings- og strømklassificering. Designet hjælper også med at beskytte mod utilsigtede skader på grund af dårlig sammenkobling og tilfældige fysiske slag.

Hemmeligheden bag denne series høje strømstyrke og pålidelighed er den seksfingrede hankontakt (figur 2).

Figur 2: Hankontakten med seks fingre giver en positiv normal fjederkraft mod hunkontaktens indvendige vægge for at sikre en god forbindelse, selv ved stød og vibrationer. (Billedkilde: Harwin Inc., modificeret)

Kona-seriens stik er lavet af berylliumkobber, hvilket giver et maksimalt driftstemperaturområde på -65 °C til 150 °C, og de er belagt med en holdbar hårdtsyret guldfinish til beskyttelse mod langvarig eksponering i barske miljøer. Stikkene er beregnet til 250 sammenkoblinger, og kontaktmodstanden for et sammenkoblet par er 2 milliohm (mΩ) eller mindre. Spændingsfaldet over kontaktparret ved den maksimale nominelle strøm på 60 A er kun 0,12 volt.

Headers til montering på kort

Harwin Kona KA1-MV10405M1 er et eksempel på en lodret header med fire kontakter beregnet til montering på printkort (figur 3).

Figur 3: Kona KA1-MV10405M1 header har fire kontakter. Den tydelige identifikationsmarkør for kontakt 1 og monteringsboltene er vist. (Billedkilde: Harwin Inc.)

Headeren er lavet af glasfyldt højtemperatur termoplast, og det består af fire forsænkede hankontakter med seks fingre og en 4,5 mm (0,185 in.) loddeflig til printkortet. En tydeligt synlig præget markør angiver orienteringen af headeren og identifikation af kontakt 1. Skruelåse med indvendigt gevind og bolte til printkortmontering giver en låsning af jackstikket samt mekanisk montering på printkortet ved hjælp af en KA1-4240000 printkortmonteringsmøtrik med slids. Der kan fås headere med retvinklede, vandrette monteringskontakter og alternative låsearrangementer. Make-before-lock bruges til at forhindre, at der opstår skader under låseprocessen.

Udtag til kabel- og panelmontering

Kona KA1-2010498F1 (figur 4, venstre) er et kabelmonteret stikdåsehus med fire kontakter, der bruger separate kontakter, som Harwin Kona KA1-0400005 (figur 4, højre). Dette hus kan parres med KA1-MV10405M1 fire-kontakt headeren ovenfor.

Figur 4: Her ses KA1-2010498F1-stikdåsehuset med fire kontakter (til venstre) med sin afdækningsforlængelse og den hunloddekontakt, der bruges sammen med huset (til højre). (Billedkilde: Harwin Inc.)

Det kabelmonterede hus til hunstikket omfatter kappeforlængelser med polariseringsnøgler, der forhindrer utilsigtet forbindelse med hunstikkets kontakter og giver elektrisk isolation til de parrede kontakter. Kona KA1-0400005-stikkontakten bruger en loddeforbindelse til kablet. Kontakterne er designet til #8 AWG udstyrsledning. Silikonegummiisolering med en maksimal diameter på 7,5 mm (0,295 in.) anbefales.

Standardstikkene er udstyret med flydende fingerskruer med hulrum til momentskruetrækkere. Reverse fix-hardware, hvor låseretningen er vendt om, har 5,2 mm lange panelmonteringsbolte til frontpanelmontering på et kabinet. Låsebeslagene er af korrosionsbestandigt rustfrit stål.

Stik til kabel- og panelmontering

Kona KA1-3010498M5 (Figur 5, venstre) er den kabelmonterede hanversion af KA1-2010498F1-huset, og den bruger KA1-1410005-benkontakten (Figur 5, højre).

Figur 5: Her ses hanhuset KA1-3010498M5 med fire kontakter (venstre) og loddeversionen af hankontakten med seks fingre, der bruges sammen med huset (højre). (Billedkilde: Harwin Inc.)

Han- eller stikhuset bruger loddeversionen af den seksfingrede hankontakt, som er designet til at bruge den samme #8 AWG-ledning som hunversionen. Denne stikmodel bruger reverse fix-låseskruer, som passer sammen med en hunkonnektor med reverse fix-hardware til panelmontering. Standardlåsebeslag er også tilgængelige.

Lille størrelse, letvægt

Den fysiske størrelse af stikkene er lille i forhold til deres 60 A og 3000 volt (figur 6).

Figur 6: En måltegning af Kona-beholderhusene viser deres lille størrelse. (Billedkilde: Harwin Inc.)

De fire kontaktstik har en længde (A) på 50 mm (1,97 in.), en bredde på 12,5 mm (0,49 in.) og en højde på 18 mm (0,71 in.). Et stikdåsekabelhus, der er parret med et stikhoved, har en højde på 21,7 mm (0,85 in.) fra printkortet. Det parrede par vejer omkring 25 gram (g) (0,88 ounces (oz)).

Teststandarder

Alle Kona-stikdesigns er blevet testet i henhold til de relevante afsnit i EIA-364. De elektriske tests omfatter kontaktmodstand, effekt, modstandsspænding og isolationsmodstand. De mekaniske tests omfatter stød og vibrationer, indsættelses- og udtrækningskræfter, termisk stød, fugtighed og saltsprøjt. Vibrationsspecifikationen er 20 g peak i 12 timer uden kontaktfejl. På samme måde er stødspecifikationen 100 g i 6 millisekunder (ms) uden kontaktfejl.

Ud over deres stød- og vibrationstolerance, som gør stikkene velegnede til strømforbindelser til elbiler, opfylder Kona-stikkene NASA's og ESA's krav til afgasning, hvilket gør dem ideelle til rumfart, flyelektronik og ubemandede luftfartøjer (UAV).

Afskærmning for interferens

I applikationer, der har begrænsninger for elektromagnetisk interferens (EMI) og radiofrekvensinterferens (RFI), tilbyder Kona-stikkene en række lette aluminiumsrygskaller til både kabel- og header-stik (figur 7).

Figur 7: Til EMI/RFI-beskyttelse fås en aluminiums rygskal med fleksibel fletning, der er fastgjort til et bindebånd. (Billedkilde: Harwin Inc.)

Rygskallerne er designet til at rumme en slidstærk, fleksibel metalfletning og leveres med bindebånd til at fastgøre fletningen til skallen. Kombinationen af rygskallen og fletningen giver afskærmning for effektiv EMI/RFI-beskyttelse. Derudover giver rygskallerne ekstra trækaflastning til kablerne.

Monteringsværktøj

Kona-forbindelserne kræver et minimum af værktøj. Da kabelkontakterne er loddede, kan de sættes i ved at skubbe dem ind uden brug af værktøj. Der er et værktøj til rådighed, hvis det er nødvendigt at fjerne eller udskifte en kontakt. En skruetrækker kan også bruges til at spænde eller løsne møtrikker med kærv på monteringsboltene.

Konklusion

Kona stik-familien med stor pålidelighed og 8,5 mm benafstand sikrer strømintegritet i de mest krævende miljøer. Disse stik giver en hurtig og nem sammenkoblingsproces, der ikke kræver ekstra værktøj. De er ideelle til flyelektronik, UAV'er, satellitter, elbiler og andre applikationer med højeffektsystemer, der arbejder i ekstreme miljøer.