Välj rätt kontaktdon för att säkerställa högspänningsintegritet i extrema miljöer

När matningsspänningarna minskar och belastningsströmmarna ökar proportionellt måste resistiv effektförlust och spänningsfall minimeras för effektivitet och värmehantering. Krafttillämpningar som elfordon, flyg- och rymdteknik och industriell elektronik utsätter också kretsarna för stötar, vibrationer och extrema temperaturer.

Konstruktörer måste vara medvetna om dessa krav för att säkerställa att de väljer och korrekt applicerar strömkontakter som är mekaniskt robusta, bibehåller elektrisk integritet och fungerar över utökade temperaturintervall.

I den här artikeln diskuteras val och användning av strömkontakter för de mest krävande miljöerna och applikationerna. Därefter introduceras exempel på strömkontakter från Harwin och visar hur de kan användas för att uppnå utmärkt kraftintegritet med låga förluster samtidigt som mekanisk tillförlitlighet garanteras.

Överväganden för sammankopplingar med hög effekt

Att ansluta högström och högspänning till ett kretskort (PCB) kräver stor försiktighet. Dåliga anslutningar kan leda till strömförluster och oväntade elavbrott. Om sammankopplingen dessutom utsätts för extrema temperaturer, stötar eller vibrationer kan problemen bli ännu större. Effektkontakter med otillräckliga strömvärden kan tvinga konstruktörerna att använda flera kontakter för att uppnå de erforderliga strömnivåerna, vilket resulterar i större kontakter med fler kontakter och ytterligare kretskortsyta. Flera strömvägar ökar också risken för felaktig inkoppling, vilket kan leda till överström på en enda kontakt. Lösningen på dessa problem är att använda strömkontakter med rätt märkström för enkelkontakt.

Ta Harwin Kona-seriens kontaktdon (Figur 1). Dessa kontaktdon klarar 60 ampere (A) per kontakt och upp till 3000 volt AC (VAC) maximalt (under 1 minut) och 1500 VAC eller volt DC (VDC) maximalt, även i miljöer med extrema temperaturer, stötar och vibrationer.

Figur 1: Kona-seriens strömkontakter hanterar upp till 60 A per kontakt vid 1500 VAC, och versionerna inkluderar sockel, panelmontering och kabelmontering. (Bildkälla: Harwin Inc.)

Kona-kontakterna finns i enradiga höljen med två, tre eller fyra kontakter. Konfigurationerna omfattar kretskortshuvud, panelmontering samt han- och honkabelmontering med olika låsarrangemang. De kan användas för kabel-till-kort- och kabel-till-kabel-montage.

Dessa kontakter har kontakter med ett inbördes avstånd på 8,5 millimeter (mm) (0,335 tum (in.)). Detta avstånd, tillsammans med individuellt försänkta kontakter som alla är omslutna av polariserande nyckelstrukturer, säkerställer kontaktdonets höga spännings- och strömtålighet. Konstruktionen hjälper också till att skydda mot oavsiktliga skador på grund av dålig passning och slumpmässiga fysiska stötar.

Hemligheten bakom denna kontaktseries höga strömstyrka och tillförlitlighet är den sexfingrade hankontakten (Figur 2).

Figur 2: Den sexfingrade hankontakten ger en positiv normal fjäderkraft mot hakkontaktens innerväggar för att säkerställa en bra anslutning även vid stötar och vibrationer. (Bildkälla: Harwin Inc., modifierad)

Kontakterna i Kona-serien är tillverkade av berylliumkoppar, vilket ger ett maximalt driftstemperaturområde på -65°C till 150°C, och de är pläterade med en tålig hårdguldfinish för skydd mot långvarig exponering i tuffa miljöer. Kontakterna är dimensionerade för 250 sammankopplingar och kontaktresistansen för ett sammankopplat par är 2 milliohm (mΩ) eller mindre. Spänningsfallet över kontaktparet vid den maximala märkströmmen på 60 A är endast 0,12 volt.

Rubriker för montering på bräda

Harwin Kona KA1-MV10405M1 är ett exempel på en vertikal kontaktplint med fyra kontakter avsedd för kretskortsmontage (Figur 3).

Bild 3: Kona KA1-MV10405M1 header har fyra kontakter. Den klart synliga identifieringsmarkören för kontakt 1 och monteringsbultarna visas. (Bildkälla: Harwin Inc.)

Hylsans kropp är tillverkad av en glasfylld högtemperaturtermoplast och består av fyra infällda, sexfingrade hankontakter med en 4,5 mm (0,185 in.) lödstjärt för kretskort. En tydligt synlig präglad markör ger orientering om huvud och identifiering av kontakt 1. Skruvlås med invändig gänga och bultar för montering på kretskort ger ett passande lås för jackkontakten, samt mekanisk montering på kretskortet med en KA1-4240000 slitsad monteringsmutter för kretskort. Huvuden med rätvinkliga, horisontella monteringskontakter och alternativa låsarrangemang finns tillgängliga. Make-before-lock används för att förhindra risken för skador under låsningsprocessen.

Uttag för kabel- och panelmontage

Kona KA1-2010498F1 (Figur 4, vänster) är ett kabelmonterat uttagshus med fyra kontakter som använder separata kontakter, t.ex. Harwin Kona KA1-0400005 (Figur 4, höger). Detta hölje kan kombineras med KA1-MV10405M1 fyrkontaktshuvud ovan.

Figur 4: Här visas KA1-2010498F1-höljet med fyra kontakter (vänster) med dess förlängning och den lödda honkontakten som används med höljet (höger). (Bildkälla: Harwin Inc.)

Det kabelmonterade höljet för hona innehåller höljesförlängningar med polarisationsnycklar som förhindrar oavsiktlig anslutning till hona-uttagets kontakter och ger elektrisk isolering till de parade kontakterna. Kona KA1-0400005-kontaktdosa använder en lödanslutning till kabeln. Kontakterna är avsedda för utrustningstråd #8 AWG. Silikongummiisolering med en maximal diameter på 7,5 mm (0,295 in.) rekommenderas.

Standardkönskontakterna är försedda med flytande tumskruvar med sexkantshål för momentskruvmejslar. Omvänd fixering, med låsriktningen vänd, har 5,2 mm långa panelmonteringsbultar för montering på frontpanelen på ett skåp. Låsbeslagen är tillverkade av korrosionsbeständigt rostfritt stål.

Pluggar för kabel- och panelmontering

Kona KA1-3010498M5 (Figur 5, vänster) är den kabelmonterade hanversionen av KA1-2010498F1 och använder stiftkontakten KA1-1410005 (Figur 5, höger).

Figur 5: Här visas hanhöljet med fyra kontakter KA1-3010498M5 (vänster) och lödversionen av den sexfingrade hankontakten som används med höljet (höger). (Bildkälla: Harwin Inc.)

Hane- eller plugghuset använder lödversionen av den sexfingrade hankontakten, som är utformad för att använda samma #8 AWG-kabel som honversionen. Denna kontaktmodell använder låsbara tumskruvar med omvänd fixering, som passar ihop med en honkontakt med omvänd fixering för panelmontering. Standardlåsning finns också tillgänglig.

Liten storlek, lättviktare

Kontaktdonens fysiska storlek är liten med tanke på att de är avsedda för 60 A och 3000 volt (figur 6).

Bild 6: En måttritning av Konas uttagshöljen visar deras ringa storlek. (Bildkälla: Harwin Inc.)

De fyra kontaktdonen har en längd (A) på 50 mm (1.97 in.), en bredd på 12,5 mm (0.49 in.) och en höjd på 18 mm (0.71 in.). Ett kabelhölje som är kopplat till ett kontakthuvud har en höjd på 21,7 mm (0,85 in.) från kretskortet. Det parade paret väger ca 25 gram (g) (0,88 ounces (oz)).

Testning av standarder

Alla Kona-kontakter har testats enligt tillämpliga delar av EIA-364. De elektriska testerna omfattar kontaktmotstånd, effekt, motståndsspänning och isolationsmotstånd. De mekaniska testerna omfattar stötar och vibrationer, in- och utdragskrafter, termisk chock, luftfuktighet och saltspray. Vibrationsspecifikationen är 20 g i topp under 12 timmar (h) utan kontaktfel. På samma sätt är chockspecifikationen 100 g i 6 millisekunder (ms) utan kontaktfel.

Förutom att Kona-kontakterna tål stötar och vibrationer, vilket gör dem lämpliga för strömanslutningar till elbilar, uppfyller de NASA:s och ESA:s krav på avgasning, vilket gör dem idealiska för rymdtillämpningar, flygelektronik och obemannade luftfarkoster (UAV).

Avskärmning av störningar

I tillämpningar där elektromagnetiska störningar (EMI) och radiofrekvensstörningar (RFI) är begränsade erbjuder Kona-kontakterna ett urval av lätta bakskal i aluminium för både kabel- och huvudkontakter (Figur 7).

Bild 7: För EMI/RFI-skydd finns ett bakstycke av aluminium med flexibelt flätband fäst vid ett spännband. (Bildkälla: Harwin Inc.)

De bakre skalen är utformade för att rymma en nötningsbeständig, flexibel metallfläta och levereras med fästband för att fästa flätan i skalet. Kombinationen av det bakre skalet och flätningen ger en avskärmning som ger ett effektivt EMI/RFI-skydd. Dessutom ger de bakre skalen ytterligare dragavlastning för kablarna.

Verktyg för montering

Kona-anslutningarna kräver ett minimum av verktygsbearbetning. Eftersom kabelkontakterna är lödda kan de sättas i genom att tryckas in utan verktyg. Ett borttagningsverktyg finns tillgängligt om du behöver ta bort eller byta ut en kontakt. En skruvmejsel kan också användas för att dra åt eller lossa spårmuttrar på monteringsbultar.

Sammanfattning

Kona 8,5 mm kontaktfamilj med hög tillförlitlighet säkerställer kraftintegritet i de mest krävande miljöerna. Dessa kontaktdon ger en snabb och enkel infästningsprocess som inte kräver ytterligare verktyg. De är idealiska för flygelektronik, UAV, satelliter, elbilar och andra tillämpningar med högeffektsystem som används i extrema miljöer.