Khi điện áp nguồn giảm và dòng điện tải tăng tỷ lệ thuận, tổn thất điện trở và sụt áp phải được giảm thiểu để đạt hiệu quả và quản lý nhiệt. Các ứng dụng năng lượng như xe điện (EV), hàng không vũ trụ và điện tử công nghiệp cũng khiến các mạch điện bị sốc, rung và nhiệt độ cực cao.
Các nhà thiết kế phải nhận thức được những yêu cầu này để đảm bảo họ chọn và áp dụng chính xác các đầu nối nguồn chắc chắn về mặt cơ học, duy trì tính toàn vẹn về điện và hoạt động trong phạm vi nhiệt độ mở rộng.
Bài viết này thảo luận về việc lựa chọn và sử dụng đầu nối nguồn cho các ứng dụng và môi trường đòi hỏi khắt khe nhất. Sau đó, nó giới thiệu các đầu nối nguồn mẫu của Harwin và cho thấy cách chúng có thể được sử dụng để đạt được tính toàn vẹn nguồn điện tuyệt vời với tổn thất thấp trong khi vẫn đảm bảo độ tin cậy cơ học.
Những cân nhắc cho kết nối công suất cao
Việc kết nối dòng điện cao và điện áp cao với bảng mạch in (board pc) cần hết sức cẩn thận. Kết nối kém có thể dẫn đến mất điện và sự cố điện không mong muốn. Nếu kết nối cũng phải chịu nhiệt độ, sốc hoặc rung quá cao thì các vấn đề có thể tăng lên gấp bội. Các đầu nối nguồn có mức dòng điện không đủ có thể buộc các nhà thiết kế phải sử dụng nhiều tiếp điểm để đạt được mức dòng điện cần thiết, dẫn đến các đầu nối lớn hơn có nhiều tiếp điểm hơn và có thêm diện tích bo mạch máy tính. Nhiều đường dẫn dòng điện cũng làm tăng khả năng chèn không đúng cách, dẫn đến quá dòng trên một tiếp điểm. Giải pháp cho những vấn đề này là sử dụng đầu nối nguồn có định mức dòng điện một tiếp điểm chính xác.
Hãy xem xét các đầu nối dòng Harwin Kona (Hình 1). Các đầu nối này được đánh giá có khả năng xử lý 60 ampe (A) trên mỗi tiếp điểm và tối đa lên tới 3000 vôn AC (VAC) (trong 1 phút) và hoạt động ở mức cao nhất 1500 VAC hoặc vôn DC (VDC), thậm chí trong môi trường nhiệt độ khắc nghiệt, sốc và rung động.
Đầu nối Kona có sẵn ở dạng vỏ một hàng hai, ba hoặc bốn tiếp điểm. Các cấu hình bao gồm đầu cắm bo mạch máy tính, giá treo bảng điều khiển và giá treo cáp đực và cái với nhiều cách bố trí khóa khác nhau. Chúng có thể được sử dụng trong việc ghép nối cáp với bo mạch và cáp với cáp.
Các đầu nối này sử dụng các điểm tiếp xúc cách nhau 8.5 mm (mm) (0.335 inch (in.)). Khoảng cách này, cùng với các tiếp điểm lõm riêng lẻ được bao bọc bằng các cấu trúc khóa phân cực, đảm bảo định mức dòng điện và điện áp cao của đầu nối. Thiết kế này cũng giúp bảo vệ khỏi những hư hỏng ngẫu nhiên do giao phối kém và các đòn tấn công vật lý ngẫu nhiên.
Bí mật về độ tin cậy và định mức dòng điện cao của dòng đầu nối này là tiếp điểm đực có sáu ngón (Hình 2).
Các điểm tiếp xúc dòng Kona được làm bằng đồng berili, cho phép phạm vi nhiệt độ hoạt động tối đa từ -65°C đến 150°C và chúng được mạ một lớp vàng axit cứng bền bỉ để bảo vệ khỏi tiếp xúc lâu dài trong môi trường khắc nghiệt. Các tiếp điểm được định mức cho 250 thao tác ghép đôi và điện trở tiếp xúc của một cặp ghép đôi là 2 miliohms (mΩ) trở xuống. Điện áp rơi trên cặp tiếp điểm ở dòng điện định mức tối đa 60 A chỉ là 0.12 volt.
Tiêu đề để gắn bảng
Harwin Kona KA1-MV10405M1 là một ví dụ về đầu cắm dọc bốn tiếp điểm dành cho việc gắn bo mạch máy tính (Hình 3).
Phần thân của đầu cắm được làm bằng nhựa nhiệt dẻo nhiệt độ cao chứa đầy thủy tinh và bao gồm bốn điểm tiếp xúc đực sáu ngón lõm vào với đuôi hàn bảng mạch pc 4.5 mm (0.185 in.). Điểm đánh dấu nổi có thể nhìn thấy rõ ràng cung cấp hướng tiêu đề và nhận dạng liên hệ 1. Khóa vít ren bên trong và đinh tán gắn bảng mạch cung cấp khóa khớp cho đầu nối giắc cắm, cũng như gắn cơ học vào bảng mạch máy tính bằng đai ốc gắn bảng mạch có rãnh KA1-4240000. Các tiêu đề có các tiếp điểm lắp ngang, góc vuông và các bố trí khóa thay thế đều có sẵn. Make- before-lock được sử dụng để ngăn chặn khả năng hư hỏng trong quá trình khóa.
Ổ cắm để gắn cáp và bảng điều khiển
Kona KA1-2010498F1 (Hình 4, bên trái) là vỏ ổ cắm gắn cáp, bốn tiếp điểm, sử dụng các tiếp điểm riêng biệt, chẳng hạn như Harwin Kona KA1-0400005 (Hình 4, bên phải). Vỏ này có thể kết hợp với đầu cắm bốn tiếp điểm KA1-MV10405M1 ở trên.
Vỏ gắn cáp dạng cái bao gồm phần mở rộng của tấm che có phím phân cực giúp ngăn chặn việc vô tình kết nối với các điểm tiếp xúc ổ cắm dạng cái và cung cấp cách ly điện cho các điểm tiếp xúc được ghép nối. Tiếp điểm ổ cắm đầu nối Kona KA1-0400005 sử dụng kết nối hàn với cáp. Các tiếp điểm được thiết kế cho dây thiết bị AWG số 8. Nên sử dụng vật liệu cách nhiệt bằng cao su silicon có đường kính tối đa 7.5 mm (0.295 in.).
Các đầu nối giới tính tiêu chuẩn được trang bị vít ngón tay cái nổi với các hốc ổ cắm hình lục giác dành cho tua vít mô-men xoắn. Phần cứng cố định ngược, với hướng khóa được lật ngược, có đinh tán gắn bảng điều khiển dài 5.2 mm để gắn bảng mặt trước vào vỏ. Phần cứng khóa là thép không gỉ chống ăn mòn.
Phích cắm để gắn cáp và bảng điều khiển
Kona KA1-3010498M5 (Hình 5, bên trái) là phiên bản gắn cáp nam của vỏ KA1-2010498F1 và nó sử dụng tiếp điểm chân KA1-1410005 (Hình 5, bên phải).
Vỏ nam hoặc phích cắm sử dụng phiên bản hàn của tiếp điểm nam sáu ngón, được thiết kế để sử dụng cùng dây AWG số 8 như phiên bản nữ. Đầu nối kiểu này sử dụng vít có khóa cố định ngược, kết hợp với đầu nối dạng cái có phần cứng cố định ngược để gắn bảng điều khiển. Phần cứng khóa tiêu chuẩn cũng có sẵn.
Kích thước nhỏ, nhẹ
Kích thước vật lý của các đầu nối nhỏ, với định mức 60 A và 3000 volt (Hình 6).
Bốn đầu nối tiếp điểm có chiều dài (A) là 50 mm (1.97 in.), chiều rộng là 12.5 mm (0.49 in.) và chiều cao là 18 mm (0.71 in.). Vỏ cáp ổ cắm kết hợp với đầu cắm có chiều cao 21.7 mm (0.85 in.) tính từ bo mạch máy tính. Cặp giao phối nặng khoảng 25 gam (g) (0.88 ounce (oz)).
Tiêu chuẩn kiểm tra
Tất cả các thiết kế đầu nối Kona đã được thử nghiệm theo các phần thích hợp của EIA-364. Các thử nghiệm điện bao gồm điện trở tiếp xúc, nguồn điện, điện áp chịu được và điện trở cách điện. Các thử nghiệm cơ học bao gồm sốc và rung, lực chèn và rút, sốc nhiệt, độ ẩm và phun muối. Thông số rung là 20 g đạt cực đại trong 12 giờ (giờ) mà không bị hỏng tiếp điểm. Tương tự, thông số sốc là 100 g trong 6 mili giây (ms) mà không có lỗi tiếp xúc.
Ngoài khả năng chống sốc và rung, giúp các đầu nối phù hợp với kết nối nguồn EV, đầu nối Kona đáp ứng các yêu cầu về lượng khí thoát ra của NASA và ESA, khiến chúng trở nên lý tưởng cho các ứng dụng không gian, điện tử hàng không và máy bay không người lái (UAV).
Che chắn chống nhiễu
Trong các ứng dụng có giới hạn về nhiễu điện từ (EMI) và nhiễu tần số vô tuyến (RFI), đầu nối Kona cung cấp nhiều loại vỏ sau bằng nhôm nhẹ cho cả đầu nối cáp và đầu nối (Hình 7).
Vỏ phía sau được thiết kế để chứa dây bện kim loại linh hoạt, chống mài mòn và được cung cấp dây buộc để cố định dây bện vào vỏ. Sự kết hợp giữa lớp vỏ phía sau và dây bện giúp che chắn để bảo vệ EMI/RFI hiệu quả. Ngoài ra, lớp vỏ phía sau còn giúp giảm căng thẳng cho cáp.
dụng cụ lắp ráp
Đầu nối Kona yêu cầu tối thiểu dụng cụ. Khi các điểm tiếp xúc của cáp được hàn, chúng có thể được lắp vào bằng cách đẩy vào mà không cần sử dụng dụng cụ. Công cụ loại bỏ có sẵn nếu có nhu cầu loại bỏ hoặc thay thế một số liên lạc. Một tuốc nơ vít cũng có thể được sử dụng để siết chặt hoặc nới lỏng các đai ốc có rãnh trên các đinh tán lắp.
Kết luận
Dòng đầu nối Kona 8.5 mm có độ tin cậy cao đảm bảo tính toàn vẹn của nguồn điện trong những môi trường đòi hỏi khắt khe nhất. Các đầu nối này cung cấp quy trình ghép nối nhanh chóng và dễ dàng mà không cần thêm dụng cụ. Chúng lý tưởng cho hệ thống điện tử hàng không, máy bay không người lái, vệ tinh, xe điện và các ứng dụng khác có hệ thống công suất cao hoạt động trong môi trường khắc nghiệt.