Selecione o conector certo para garantir a integridade da energia de alta corrente em ambientes extremos

Com a diminuição das tensões de alimentação e o aumento proporcional das correntes de carga, a perda de potência resistiva e as quedas de tensão devem ser minimizadas para fins de eficiência e gerenciamento térmico. As aplicações de potência, como veículos elétricos (EVs), aeroespacial e eletrônica industrial, também expõem os circuitos a choques, vibrações e temperaturas extremas.

Os projetistas devem estar cientes desses requisitos para garantir que selecionem e apliquem corretamente os conectores de energia que sejam mecanicamente robustos, mantenham a integridade elétrica e operem em faixas de temperatura estendidas.

Este artigo discute a seleção e o uso de conectores de energia para os ambientes e aplicações mais exigentes. Em seguida, ele apresenta exemplos de conectores de energia da Harwin e mostra como eles podem ser usados para obter uma excelente integridade de energia com baixas perdas e, ao mesmo tempo, garantir a confiabilidade mecânica.

Considerações sobre interconexões de alta potência

A conexão de alta corrente e alta tensão a uma placa de circuito impresso (PCI) requer muito cuidado. Conexões ruins podem resultar em perdas de energia e panes elétricas inesperadas. Se a interconexão também estiver sujeita a temperaturas extremas, choques ou vibrações, os problemas podem se multiplicar. Os conectores de energia com dimensionamentos inadequados de corrente podem forçar os projetistas a usar vários contatos para obter os níveis de corrente necessários, resultando em conectores maiores, com mais contatos e mais espaço na placa de circuito impresso. Vários caminhos de corrente também aumentam as chances de inserção incorreta, resultando em sobrecorrente em um único contato. A solução para esses problemas é usar conectores de energia com o dimensionamento correto de corrente num único contato.

Considere os conectores da série Harwin Kona (Figura 1). Esses conectores são dimensionados para suportar 60 amperes (A) por contato e até 3000 volts CA (VCA) no máximo (por 1 minuto) e 1500 VCA ou volts CC (VCC) no pico de funcionamento, mesmo em ambientes com temperaturas extremas, choques e vibrações.

Figura 1: Os conectores de energia da série Kona suportam até 60 A por contato a 1.500 VCA e as versões incluem barra de pinos, montagem em painel e montagem em cabo. (Fonte da imagem: Harwin Inc.)

Os conectores Kona estão disponíveis em capas de fileira única com dois, três ou quatro contatos. As configurações incluem uma barra de pinos de PCI, uma montagem em painel e uma montagem de cabo macho e fêmea com vários arranjos de travamento. Eles podem ser usados no acoplamento de cabo a placa e de cabo a cabo.

Esses conectores usam contatos espaçados em 8,5 milímetros (mm) (0,335 polegadas (in)). Esse espaçamento, aliado aos contatos individualmente rebaixados, cada um deles envolto em estruturas com guia de polarização, garante os dimensionamentos de alta tensão e corrente do conector. O design também ajuda a proteger contra danos acidentais causados por acoplamento inadequado e pancadas físicas aleatórias.

O segredo do dimensionamento de alta corrente e da confiabilidade dessa série de conectores é o contato macho com seis dedos (Figura 2).

Figura 2: O contato macho com seis dedos fornece uma força de mola normal e positiva contra as paredes internas do contato fêmea para garantir uma boa conexão, mesmo na presença de choques e vibrações. (Fonte da imagem: Harwin Inc., modificado)

Os contatos da série Kona são feitos de cobre-berílio, o que permite uma faixa de temperatura operacional máxima de -65°C a 150°C, e são revestidos com um acabamento durável de ouro resistente a ácidos para proteção contra exposição prolongada em ambientes adversos. Os contatos são dimensionados para 250 operações de acoplamento, e a resistência de contato de um par acoplado é de 2 miliohms (mΩ) ou menos. A queda de tensão no par de contatos com a corrente nominal máxima de 60 A é de apenas 0,12 volts.

Barra de pinos para montagem em placa

O Harwin Kona KA1-MV10405M1 é um exemplo de uma barra de pinos vertical de quatro contatos destinada à montagem em PCI (Figura 3).

Figura 3: A barra de pinos Kona KA1-MV10405M1 tem quatro contatos. O marcador de identificação claramente visível do contato 1 e os prisioneiros de montagem são mostrados. (Fonte da imagem: Harwin Inc.)

O corpo da barra de pinos é feito de um termoplástico para alta temperatura, preenchido com fibra de vidro e é composto por quatro contatos machos rebaixados de seis dedos com um terminal de solda para PCI de 4,5 mm (0,185 in). Um marcador em relevo claramente visível fornece orientação da barra de pinos e identificação do contato 1. As travas de parafuso de rosca interna e os prisioneiros de montagem na placa fornecem uma trava de acoplamento para o conector tipo jack, bem como a montagem mecânica na PCI usando uma porca de montagem na placa com fenda KA1-4240000. Estão disponíveis barras de pinos com contatos de montagem horizontal em ângulo reto e arranjos de travamento alternativos. É acoplado antes de travar para evitar a possibilidade de danos durante o processo de travamento.

Receptáculos para montagem em cabos e painéis

O Kona KA1-2010498F1 (Figura 4, à esquerda) é uma capa de receptáculo de quatro contatos montada em cabo que usa contatos separados, como o Harwin Kona KA1-0400005 (Figura 4, à direita). Essa capa pode ser combinada com a barra de pinos de quatro contatos KA1-MV10405M1 acima.

Figura 4: São mostrados a capa de receptáculo de quatro contatos KA1-2010498F1 (à esquerda) com sua extensão de cobertura e o contato de solda fêmea usado com a capa (à direita). (Fonte da imagem: Harwin Inc.)

A capa fêmea montada no cabo inclui extensões de cobertura com guias de polarização que impedem a conexão acidental com os contatos do receptáculo fêmea e fornecem isolamento elétrico aos contatos acoplados. O contato do soquete do conector Kona KA1-0400005 usa uma conexão de solda com o cabo. Os contatos são projetados para fio de equipamento n.º 8 AWG. Recomenda-se o isolamento de borracha de silicone com um diâmetro máximo de 7,5 mm (0,295 in).

Os conectores de gênero padrão são equipados com parafusos flutuantes de aperto rápido com cavidades de soquete hexagonal para chaves de parafuso com torque. A ferragem de fixação reversa, com o sentido de travamento invertido, tem prisioneiros de 5,2 mm de comprimento para montagem no painel frontal de um gabinete. A ferragem de travamento é de aço inoxidável resistente à corrosão.

Plugues para montagem em cabos e painéis

O Kona KA1-3010498M5 (Figura 5, à esquerda) é a versão macho montada em cabo da capa KA1-2010498F1 e usa o contato de pino KA1-1410005 (Figura 5, à direita).

Figura 5: São mostrados a capa macho de quatro contatos KA1-3010498M5 (à esquerda) e a versão de solda do contato macho de seis dedos usado com a capa (à direita). (Fonte da imagem: Harwin Inc.)

A capa ou plugue macho usa a versão de solda do contato macho com seis dedos, que foi projetado para usar o mesmo fio n.º 8 AWG da versão fêmea. Esse modelo de conector usa parafusos de fixação reversa, que se encaixam em um conector fêmea com ferragem de fixação reversa para montagem em painel. A ferragem de travamento padrão também está disponível.

Tamanho pequeno e leve

O tamanho físico dos conectores é pequeno, considerando seus dimensionamentos de 60 A e 3000 volts (Figura 6).

Figura 6: Um desenho dimensional das capas de receptáculo Kona mostra seu tamanho pequeno. (Fonte da imagem: Harwin Inc.)

Os conectores de quatro contatos têm um comprimento (A) de 50 mm (1,97 in), uma largura de 12,5 mm (0,49 in) e uma altura de 18 mm (0,71 in). Uma capa de receptáculo para cabo acoplado a uma barra de pinos tipo plugue tem uma altura de 21,7 mm (0,85 in) a partir da PCI. O par acoplado pesa cerca de 25 gramas (g) (0,88 onças (oz)).

Padrões de teste

Todos os designs de conectores Kona foram testados de acordo com as seções apropriadas da EIA-364. Os testes elétricos incluem resistência de contato, potência, rigidez dielétrica e resistência de isolação. Os testes mecânicos incluem choque e vibração, forças de inserção e retirada, choque térmico, umidade e névoa salina. A especificação de vibração é de 20 g de pico por 12 horas (h) sem falha de contato. Da mesma forma, a especificação de choque é de 100 g por 6 milissegundos (ms) sem falha de contato.

Além de sua tolerância a choques e vibrações, o que torna os conectores adequados para conexões de energia em veículos elétricos, os conectores Kona atendem aos requisitos de desgaseificação da NASA e da ESA, o que os torna ideais para aplicações espaciais, aviônicas e de veículos aéreos não tripulados (VANT).

Blindagem contra interferência

Em aplicações que têm limites para interferência eletromagnética (EMI) e interferência de radiofrequência (RFI), os conectores Kona oferecem uma variedade de carcaças traseiras leves de alumínio para conectores de cabo e de barra de pinos (Figura 7).

Figura 7: Para proteção contra EMI/RFI, está disponível uma carcaça traseira de alumínio com malhas flexíveis presas a uma tira de amarração. (Fonte da imagem: Harwin Inc.)

As carcaças traseiras são projetadas para acomodar uma malha metálica flexível e resistente à abrasão e são fornecidas com tiras de amarração para prender a malha à carcaça. A combinação da carcaça traseira e da malha fornece blindagem para uma proteção eficaz contra EMI/RFI. Além disso, as carcaças traseiras fornecem alívio de tensão adicional para os cabos.

Ferramental para montagem

Os conectores Kona exigem um mínimo de ferramentas. Como os contatos do cabo são soldados, eles podem ser inseridos empurrando-os sem o uso de ferramentas. Uma ferramenta de remoção está disponível se houver necessidade de remover ou substituir um contato. Uma chave de fenda também pode ser usada para apertar ou afrouxar as porcas com fenda nos prisioneiros de montagem.

Conclusão

A família de conectores Kona de alta confiabilidade e passo de 8,5 mm garante a integridade da energia nos ambientes mais exigentes. Esses conectores oferecem um processo de acoplamento rápido e fácil que não requer ferramentas adicionais. Eles são ideais para aplicações em aviônica, VANTs, satélites, veículos elétricos, entre outras com sistemas de alta potência operando em ambientes extremos.