Velg riktig kontakt for å sikre høy strømforsyning i ekstreme miljøer

Når forsyningsspenningene reduseres og belastningsstrømmene øker proporsjonalt, må resistive effekttap og spenningsfall minimeres for virkningsgrad og varmeavledning (varmedistribusjon). Strømutrustninger i elektriske kjøretøyer (EV-er), romfart og industriell elektronikk utsetter også kretser for støt, vibrasjoner og ekstreme temperaturer.

Designere må være klar over disse kravene for å sikre at de velger og korrekt bruker strømkontakter som er mekanisk robuste, opprettholder elektrisk integritet og opererer over utvidede temperaturområder.

Denne artikkelen tar for seg valg og bruk av strømkontakter for de mest krevende miljøer og utrustninger. Deretter introduseres eksempler på strømkontakter fra Harwin og viser hvordan de kan brukes til å oppnå utmerket strømintegritet med lave tap samtidig som de garanterer mekanisk pålitelighet.

Hensyn til sammenkoblinger med høy effekt

Tilkobling av høy strøm og høy spenning til et trykt kretskort (PCB) krever stor forsiktighet. Dårlige tilkoblinger kan føre til strømtap og uventede elektriske sammenbrudd. Hvis sammenkoblingen også utsettes for ekstreme temperaturer, støt eller vibrasjoner, kan problemene multipliseres. Strømkontakter med utilstrekkelige strømverdier kan tvinge designere til å bruke flere kontakter for å oppnå de nødvendige strømnivåene, noe som resulterer i større kontakter med flere kontakter og ekstra plass på kretskortet (PCB). Flere strømbaner øker også sjansene for feil innsetting, noe som resulterer i overstrøm på en enkelt kontakt. Løsningen på disse problemene er å bruke strømkontakter med riktig strømmerking på enkeltkontakter.

Ta i betraktning på Harwins Kona-serie kontakter (Bilde 1). Disse kontaktene er klassifisert for å håndtere 60 ampere (A) per kontakt og opptil 3000 volt AC (VAC) maksimum (for 1 minutt) og 1500 VAC eller volt DC (VDC) topparbeid, selv i ekstreme temperatur-, støt- og vibrasjonsmiljøer.

Bilde 1: Kona-serien strømkontakter håndterer opptil 60 A per kontakt ved 1500 VAC, versjonene inkluderer sokkel, panelfeste og kabelfeste. (Bildekilde: Harwin Inc.)

Kona-kontaktene er tilgjengelige i kontakthus med to, tre eller fire kontaktpinne på en rad. Konfigurasjoner inkluderer en sokkel for kretskort (PCB), en for panelmontering og en med hann- og hunnkabelfeste med forskjellige låsearrangementer. De kan brukes i sammenkoblinger kabel-til-kort og kabel-til-kabel.

Disse kontaktene bruker kontaktpinner med en avstand på 8,5 mm (0,335 tommer). Denne avstanden, sammen med individuelt innfelte kontakter som hver er dekket med polariserende nøkkelstrukturer, sikrer kontaktens høyspennings- og strømklassifisering. Konstruksjonen bidrar også til å beskytte mot tilfeldige skader på grunn av dårlig sammenkobling og tilfeldige fysiske angrep.

Hemmeligheten bak denne kontaktseriens høye strømklassifisering og pålitelighet er de seksdelte (seksfingrede) hannkontaktpinnen (Bilde 2).

Bilde 2: Den seksdelte (seksfingrede) hannkontaktpinnen gir positiv normal fjærkraft mot de indre veggene til hunnkontakten, for å sikre god forbindelse selv ved støt og vibrasjoner. (Bildekilde: Harwin Inc., modified)

Kontaktene i Kona-serien er laget av berylliumkobber, noe som gir et maksimalt driftstemperaturområde fra -65 °C til 150 °C, og de er belagt med en slitesterk, hard syregull overflate for beskyttelse mot langvarig eksponering i tøffe omgivelser. Kontaktene er klassifiserte for 250 paringsoperasjoner, kontaktmotstanden til et par er 2 milliohm (mΩ) eller mindre. Spenningsfallet over kontaktparet ved maksimal nominell strøm på 60 A er bare 0,12 volt.

Sokkel for kortmontering

Harwin KonaKA1-MV10405M1 er et eksempel på en vertikal sokkel med fire kontaktpinner beregnet for montering av kretskort (PCB) (Bilde 3).

Bilde 3: Kona KA1-MV10405M1-sokkel har fire kontaktpinner. Den godt synlige identifiseringsmarkeringen for kontakt 1 der monteringsboltene vises. (Bildekilde: Harwin Inc.)

Sokkelens kapsling er laget av en glassfylt termoplast med høy temperatur, og den består av fire innfelte, seksdelte (seksfingrede) hannkontaktpinner med 4,5 mm (0,185 tommer) loddeben for kretskort (PCB). En godt synlig preget markering angir sokkelens orientering for innføring og identifikasjon av kontakt 1. Innvendige gjenger skruelåser og tapper for brettmontering gir en passende lås for jack-kontakten, samt mekanisk montering til kretskortet (PCB) ved hjelp av monteringsmutter KA1-4240000 med slisser. Sokler med rettvinklede, horisontale monteringskontakter og alternative låsearrangementer er tilgjengelige. Tilkobling-før-låsing (make-before-lock) brukes for å forhindre muligheten for skade under låseprosessen.

Uttak for kabel- og panelmontering

KonaKA1-2010498F1 (Bilde 4, venstre) er et kabelmontert hus med uttak med fire kontaktpinner som bruker separate kontakthylser, for eksempel Harwin KonaKA1-0400005 (Bilde 4, høyre). Dette huset kan passe sammen med sokkelen KA1-MV10405M1 med fire kontaktpinner ovenfor.

Bilde 4: Vist er hus med uttak KA1-2010498F1 med fire kontakthylser (venstre) med dekselforlengelse, hunn-loddekontakten er brukt i huset (høyre). (Bildekilde: Harwin Inc.)

Det kabelmonterte hunnhuset inkluderer dekselforlengelser med polariseringstaster som forhindrer utilsiktet tilkobling med hus med uttak (hunn) og gir elektrisk isolasjon til de sammenkoblede kontaktene. Kona KA1-0400005 kontakt-uttakt bruker en loddetilkobling til kabelen. Kontaktpinnene er konstruert for #8 AWG utstyrskabel. Silikongummiisolasjon med en maksimal diameter på 7,5 mm (0,295 tommer) anbefales.

Standard kjønnskoblingene er utstyrt med flytende tommelskruer med sekskanthulrom for skrutrekkere med dreiekraft. Monteringstilbehør med omvendt festing, med låseretningen vendt, har 5,2 mm lange panelmonteringsbolter for montering på frontpanelet på et kabinett. Låsebeslaget er korrosjonsbestandig rustfritt stål.

Plugger for kabel- og panelmontering

KonaKA1-3010498M5 (Bilde 5, venstre) er den kabelmonterte hann-versjonen av KA1-2010498F1-huset, den bruker KA1-1410005-pinnekontakt (Bilde 5, høyre).

Bilde 5: Vist er KA1-3010498M5 med fire hann-kontaktpinner (venstre) og loddeversjonen av den seksdelte (seksfingrede) hannkontaktpinnen brukt i huset (høyre). (Bildekilde: Harwin Inc.)

Hann- eller plugghuset bruker loddeversjonen av den seksdelte (seksfingrede) hannkontaktpinnen, som er konstruert for å bruke den samme #8 AWG-ledningen som hunnversjonen. Denne modellen kontakt benytter tommelskruer med omvendt låsing, som passer sammen med en hunnkontakt med monteringstilbehør med omvendt festing. Standard låsemaskinvare er også tilgjengelig.

Liten størrelse, lavvekt

Den fysiske størrelsen på kontaktene er liten, gitt deres klassifisering på 60 A og 3000 volt (Bilde 6).

Bilde 6: En tegning med dimensjoner på Kona-hus med uttak viser den lille størrelsen. (Bildekilde: Harwin Inc.)

De fire kontaktkontaktene har en lengde (A) på 50 mm (1,97 tommer), en bredde på 12,5 mm (0,49 tommer) og en høyde på 18 mm (0,71 tommer). Et hus med uttak sammenkoblet med en plugg-sokkel har en høyde på 21,7 mm (0,85 tommer) over kretskortet (PCB). Det sammenkoblede paret veier omtrent 25 gram (g) (0,88 unser (oz)).

Teststandarder

Alle konstruksjoner av Kona-kontakter har blitt testet under de aktuelle delene av EIA-364. De elektriske testene inkluderer kontaktmotstand, effekt, motstandsspenning og isolasjonsmotstand. De mekaniske testene inkluderer støt og vibrasjoner, innsettings- og uttrekkingskrefter, termisk sjokk, fuktighet og saltsprut. Vibrasjonsspesifikasjonen er 20 g topp i 12 timer (t) uten kontaktsvikt. På samme måte er støtspesifikasjonen 100 g i 6 millisekunder (ms) uten kontaktsvikt.

I tillegg til deres støt- og vibrasjonstoleranse, som gjør kontaktene egnet for EV-strømtilkoblinger, oppfyller Kona-kontakter også NASA- og ESA-utgassingskravene, noe som gjør dem ideelle for utrustninger innen romfart, avionikk og ubemannede luftfartøyer (UAV).

Skjerming for forstyrrelser

I utrustninger som har begrensninger for elektromagnetisk interferens (EMI) og radiofrekvensinterferens (RFI), har Kona-kontaktene en rekke lette aluminiumshus for både kabel- og sokler (figur 7).

Bilde 7: For EMI/RFI-beskyttelse er et hus (bakstykke) i aluminium med fleksibel flette festet til et bånd tilgjengelig. (Bildekilde: Harwin Inc.)

Det bakre delen av huset er konstruerte for å gi plass til en slitesterk, fleksibel metallflette og leveres med knytebånd for å feste fletningen til huset. Kombinasjonen av bakre delen av huset og fletting gir skjerming for effektiv EMI/RFI-beskyttelse. I tillegg gir bakre delen av huset ekstra strekkavlastning for kablene.

Monteringsverktøy

Kona-kontaktene krever et minimum av verktøy. Ettersom kabelkontaktene er loddet, kan de settes inn ved å skyve dem inn uten bruk av verktøy. Et verktøy for fjerning er tilgjengelig hvis det oppstår behov for å fjerne eller erstatte en kontaktpinne/kontakthylse. En skrutrekker kan også brukes til å stramme eller løsne slissede muttere på monteringsboltene.

Konklusjon

Kona-kontaktserie med 8,5 mm pinneavstand er høypålitelig og sikrer strømintegritet i de mest krevende miljøer. Disse kontaktene gir en rask og enkel parringsprosess som ikke krever ekstra verktøy. De er ideelle for avionikk, UAV-er, satellitter, elbiler og andre bruksområder med kraftige systemer som opererer i ekstreme miljøer.