การเลือกคอนเนคเตอร์ที่เหมาะสมเพื่อให้แน่ใจว่ากำลังไฟฟ้ากระแสสูงสมบูรณ์ในสภาพแวดล้อมที่รุนแรง

เมื่อแรงดันไฟฟ้าของแหล่งจ่ายลดลงและกระแสโหลดเพิ่มขึ้นตามสัดส่วน จะต้องลดมีการสูญเสียพลังงานของตัวต้านทานและแรงดันไฟฟ้าตกให้เหลือน้อยที่สุดเพื่อประสิทธิภาพและการจัดการความร้อน การใช้งานด้านพลังงาน เช่น รถยนต์ไฟฟ้า (EV) การบินและอวกาศ และอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ทางอุตสาหกรรม ยังทำให้วงจรได้รับแรงกระแทก การสั่นสะเทือน และอุณหภูมิสูงสุดขั้วอีกด้วย

ผู้ออกแบบต้องตระหนักถึงข้อกำหนดเหล่านี้เพื่อให้แน่ใจว่าพวกเขาเลือกและใช้พาวเวอร์คอนเนคเตอร์ที่มีความทนทานอย่างเหมาะสม รักษาความสมบูรณ์ทางไฟฟ้า และใช้งานในช่วงอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้น

บทความนี้จะกล่าวถึงการเลือกและการใช้พาวเวอร์คอนเนคเตอร์สำหรับสภาพแวดล้อมและการใช้งานที่ต้องใส่ใจเป็นพิเศษ จากนั้นจะแนะนำตัวอย่างพาวเวอร์คอนเนคเตอร์จาก Harwin และแสดงให้เห็นว่าถึงวิธีการใช้งานเพื่อให้ได้ความสมบูรณ์ของกำลังไฟฟ้าที่ดีเยี่ยมพร้อมการสูญเสียที่ต่ำ พร้อมทั้งรับประกันความน่าเชื่อถือทางกล

ข้อควรพิจารณาสำหรับการเชื่อมต่อโครงข่ายกำลังสูง

การเชื่อมต่อกระแสไฟฟ้าแรงสูงและแรงดันไฟฟ้าแรงสูงเข้ากับแผงวงจรพิมพ์ (บอร์ดพีซี) จำเป็นต้องได้รับการดูแลเป็นอย่างดี การเชื่อมต่อที่ไม่ดีอาจส่งผลให้เกิดการสูญเสียพลังงานและไฟฟ้าขัดข้องโดยไม่คาดคิด หากการเชื่อมต่อโครงข่ายอยู่ภายใต้อุณหภูมิที่รุนแรง การกระแทก หรือการสั่นสะเทือน ปัญหาก็อาจเพิ่มขึ้นทวีคูณได้ พาวเวอร์คอนเนคเตอร์ที่มีพิกัดกระแสไฟไม่เพียงพออาจบังคับให้นักออกแบบต้องใช้หน้าสัมผัสหลายจุดเพื่อให้ได้ระดับกระแสไฟที่ต้องการ ส่งผลให้คอนเนคเตอร์มีขนาดใหญ่ขึ้นและมีหน้าสัมผัสมากขึ้น และมีพื้นที่บอร์ดพีซีเพิ่มมากขึ้น เส้นทางกระแสหลายเส้นทางยังเพิ่มโอกาสของการแทรกที่ไม่เหมาะสม ส่งผลให้เกิดกระแสเกินบนหน้าสัมผัสเดียว วิธีแก้ปัญหาเหล่านี้คือการใช้พาวเวอร์คอนเนคเตอร์ที่มีพิกัดกระแสไฟหน้าสัมผัสเดี่ยวที่เหมาะสม

เมื่อพิจารณาคอนเนคเตอร์ซีรีส์ Harwin Kona (รูปที่ 1) คอนเนคเตอร์เหล่านี้สามารถรองรับกระแสไฟ 60 แอมแปร์ (A) ต่อหน้าสัมผัส และกระแสไฟสูงสุด 3000 โวลต์กระแสสลับ (VAC) (เป็นเวลา 1 นาที) และกระแสไฟสูงสุด 1500 VAC หรือโวลต์กระแสตรง (VDC) ในสภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิ การกระแทก และการสั่นสะเทือนที่รุนแรง

รูปที่ 1: พาวเวอร์คอนเนคเตอร์ซีรีส์ Kona รองรับกระแสไฟสูงสุด 60 A ต่อหน้าสัมผัสที่ 1500 VAC และรุ่นต่าง ๆ รวมถึงส่วนหัว แผงยึด และตัวยึดสายเคเบิล (แหล่งที่มาภาพ: Harwin Inc.)

คอนเนคเตอร์ Kona มีจำหน่ายในรูปแบบเดี่ยวแบบ 2, 3 หรือ 4 หน้าสัมผัส ประกอบด้วยส่วนหัวของบอร์ดพีซี แผงยึด และตัวยึดสายเคเบิลตัวผู้และตัวเมียพร้อมระบบล็อคที่หลากหลาย สามารถใช้ในการเชื่อมต่อระหว่างสายเคเบิลกับบอร์ดและสายเคเบิลกับสายเคเบิล

คอนเนคเตอร์เหล่านี้ใช้หน้าสัมผัสที่มีระยะห่าง 8.5 มิลลิเมตร (มม.) (0.335 นิ้ว) ระยะห่างนี้มาพร้อมกับหน้าสัมผัสแบบฝังแยกซึ่งแต่ละจุดหุ้มด้วยโครงสร้างแบบคีย์โพลาไรซ์ ช่วยให้มั่นใจในพิกัดแรงดันไฟฟ้าและกระแสไฟฟ้าสูงของคอนเนคเตอร์ การออกแบบยังช่วยป้องกันความเสียหายโดยบังเอิญอันเนื่องมาจากการเชื่อมต่อที่ไม่ดีและการกระแทกทางกายภาพแบบสุ่ม

เคล็ดลับของพิกัดกระแสไฟสูงและความน่าเชื่อถือของซีรีส์คอนเนคเตอร์นี้คือหน้าสัมผัสตัวผู้หกแฉก (รูปที่ 2)

รูปที่ 2: หน้าสัมผัสตัวผู้หกแฉกให้แรงสปริงปกติเชิงบวกกับผนังด้านในของหน้าสัมผัสตัวเมีย เพื่อให้แน่ใจว่ามีการเชื่อมต่อที่ดีแม้ในที่ที่มีการกระแทกและการสั่นสะเทือน (แหล่งที่มาภาพ: Harwin Inc. แก้ไข)

หน้าสัมผัสซีรีส์ Kona ทำจากทองแดงเบริลเลียม ทำให้มีช่วงอุณหภูมิการทำงานสูงสุดที่ -65°C ถึง 150°C และชุบด้วยทองกรดแข็งที่ทนทาน เพื่อป้องกันการสัมผัสในระยะยาวในสภาพแวดล้อมที่รุนแรง หน้าสัมผัสมีพิกัดสำหรับการเชื่อมต่อ 250 ครั้ง และความต้านทานหน้าสัมผัสของคู่จับคู่คือ 2 มิลลิโอห์ม (mΩ) หรือน้อยกว่า แรงดันไฟฟ้าตกคร่อมคู่หน้าสัมผัสที่กระแสไฟพิกัดสูงสุด 60 A คือเพียง 0.12 โวลต์

เฮดเดอร์สำหรับการติดตั้งบอร์ด

Harwin Kona KA1-MV10405M1 คือตัวอย่างของส่วนหัวแนวตั้งแบบหน้าสัมผัสสี่หน้าสำหรับติดตั้งบอร์ดพีซี (รูปที่ 3)

รูปที่ 3: เฮดเดอร์ Kona KA1-MV10405M1 มีหน้าสัมผัสสี่ช่อง เครื่องหมายระบุที่มองเห็นได้ชัดเจนสำหรับหน้าสัมผัส 1 และหมุดยึด (แหล่งที่มาภาพ: Harwin Inc.)

เฮดเดอร์ทำจากเทอร์โมพลาสติกอุณหภูมิสูงที่ผสมแก้ว และประกอบด้วยหน้าสัมผัสตัวผู้หกนิ้วแบบฝังสี่ตัวพร้อมส่วนท้ายบัดกรีบอร์ดพีซีขนาด 4.5 มม. (0.185 นิ้ว) เครื่องหมายนูนที่มองเห็นได้ชัดเจนให้การวางแนวเฮดเดอร์และการระบุหน้าสัมผัส 1 ล็อคสกรูเกลียวภายในและหมุดยึดบอร์ดเป็นตัวล็อคสำหรับคอนเนคเตอร์แบบแจ็ค เช่นเดียวกับการติดตั้งกับบอร์ดพีซีโดยใช้น็อตยึดบอร์ดแบบมีรู KA1-4240000 มีเฮดเดอร์ที่มีหน้าสัมผัสสำหรับติดตั้งในแนวนอนและมุมฉาก และมีทางเลือกในการล็อคให้เลือก ใช้ระบบ Make befor lock เพื่อป้องกันความเสียหายที่อาจเกิดขึ้นระหว่างกระบวนการล็อค

ตัวรับสำหรับการติดตั้งสายเคเบิลและแผง

Kona KA1-2010498F1 (รูปที่ 4 ซ้าย) เป็นตัวเรือนเต้ารับแบบสี่หน้าสัมผัสแบบติดสายเคเบิลซึ่งใช้หน้าสัมผัสแยกกัน เช่น Harwin Kona KA1-0400005 (ภาพที่ 4 ขวา) โครงสร้างนี้สามารถจับคู่กับส่วนหัวแบบสี่หน้าสัมผัส KA1-MV10405M1 ด้านบนได้

รูปที่ 4: ภาพที่แสดงคือตัวเรือนตัวรับแบบสี่หน้าสัมผัส KA1-2010498F1 (ซ้าย) พร้อมส่วนต่อขยายแบบห่อหุ้มและหน้าสัมผัสแบบบัดกรีตัวเมียที่ใช้กับตัวเรือน (ขวา) (แหล่งที่มาภาพ: Harwin Inc.)

ตัวเรือนแบบติดสายเคเบิลตัวเมียมีส่วนต่อขยายแบบห่อหุ้มพร้อมปุ่มโพลาไรซ์ที่ป้องกันการเชื่อมต่อโดยไม่ได้ตั้งใจกับหน้าสัมผัสเต้ารับตัวเมีย และให้การแยกทางไฟฟ้าไปยังหน้าสัมผัสที่เชื่อมต่อกัน หน้าสัมผัสช่องเสียบคอนเนคเตอร์ Kona KA1-0400005 ใช้การเชื่อมต่อแบบบัดกรีกับสายเคเบิล หน้าสัมผัสได้รับการออกแบบสำหรับสายอุปกรณ์ขนาด 8 AWG แนะนำให้ใช้ฉนวนยางซิลิโคนที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางสูงสุด 7.5 มม. (0.295 นิ้ว)

คอนเนคเตอร์มาตรฐานจะติดตั้งด้วยตะปูควงแบบลอยพร้อมช่องซ็อกเก็ตหกเหลี่ยมสำหรับไขควงทอร์ค ฮาร์ดแวร์ยึดกลับด้านโดยพลิกทิศทางการล็อค มีหมุดยึดแผงยาว 5.2 มม. สำหรับการติดตั้งแผงด้านหน้าบนกล่องหุ้ม ฮาร์ดแวร์ล็อคเป็นสแตนเลสทนการกัดกร่อน

ปลั๊กสำหรับติดตั้งสายเคเบิลและแผง

Kona KA1-3010498M5 (รูปที่ 5 ซ้าย) คือตัวเรือน KA1-2010498F1 รุ่นติดตั้งกับสายเคเบิลตัวผู้ และใช้หน้าสัมผัสพิน KA1-1410005 (รูปที่ 5 ขวา)

รูปที่ 5: ภาพที่แสดงคือตัวเรือนตัวผู้แบบสี่หน้าสัมผัส KA1-3010498M5 (ซ้าย) และแบบบัดกรีของหน้าสัมผัสตัวผู้แบบหกนิ้วที่ใช้กับตัวเรือน (ขวา) (แหล่งที่มาภาพ: Harwin Inc.)

ตัวผู้หรือปลั๊กใช้หน้าสัมผัสตัวผู้หกแฉกแบบบัดกรีได้รับการออกแบบมาเพื่อใช้สาย 8 AWG แบบเดียวกับตัวเมีย โดยคอนเนคเตอร์รุ่นนี้ใช้สกรูหัวแม่มือล็อคแบบย้อนกลับ ซึ่งจับคู่กับคอนเนคเตอร์ตัวเมียพร้อมฮาร์ดแวร์ยึดแบบย้อนกลับสำหรับการติดตั้งแผง นอกจากนั้นยังมีฮาร์ดแวร์ล็อคมาตรฐานอีกด้วย

ขนาดเล็กน้ำหนักเบา

ขนาดของคอนเนคเตอร์มีขนาดเล็ก โดยพิจารณาจากพิกัด 60 A และ 3000 โวลต์ (รูปที่ 6)

รูปที่ 6: ภาพแสดงขนาดของตัวรับ Kona ที่มีขนาดเล็ก (แหล่งที่มาภาพ: Harwin Inc.)

คอนเนคเตอร์หน้าสัมผัสทั้งสี่มีความยาว (A) 50 มม. (1.97 นิ้ว) ความกว้าง 12.5 มม. (0.49 นิ้ว) และความสูง 18 มม. (0.71 นิ้ว) สายเคเบิลตัวรับที่เข้าคู่กับหัวปลั๊กมีความสูง 21.7 มม. (0.85 นิ้ว) จากบอร์ดพีซี คู่ที่เชื่อมต่อกันแล้วมีน้ำหนักประมาณ 25 กรัม (0.88 ออนซ์)

มาตรฐานการทดสอบ

การออกแบบคอนเนคเตอร์ Kona ทั้งหมดได้รับการทดสอบภายใต้ส่วนหนึ่งของมาตรฐาน EIA-364 การทดสอบทางไฟฟ้าประกอบด้วยความต้านทานหน้าสัมผัส กำลัง แรงดันไฟฟ้า และความต้านทานของฉนวน การทดสอบทางกลประกอบด้วยการกระแทกและการสั่นสะเทือน แรงใส่และถอด การเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิอย่างฉับพลัน ความชื้น และสเปรย์เกลือ การทดสอบการสั่นสะเทือนคือที่ 20g สูงสุดเป็นเวลา 12 ชั่วโมง (ชม.) โดยหน้าสัมผัสทำงานได้ตามปกติ ในทำนองเดียวกันการกระแทกที่ 100g เป็นเวลา 6 มิลลิวินาที (ms) โดยหน้าสัมผัสทำงานได้ตามปกติ

นอกเหนือจากความทนทานต่อแรงกระแทกและการสั่นสะเทือน ซึ่งทำให้คอนเนคเตอร์เหมาะสำหรับการเชื่อมต่อพลังงาน EV แล้ว คอนเนคเตอร์ Kona ยังตรงตามข้อกำหนดการปล่อยก๊าซของ NASA และ ESA ทำให้เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการใช้งานในอวกาศ ระบบการบิน และยานพาหนะทางอากาศไร้คนขับ (UAV)

ป้องกันการรบกวน

ในการใช้งานที่มีข้อจำกัดเกี่ยวกับการรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้า (EMI) และการรบกวนด้วยคลื่นความถี่วิทยุ (RFI) คอนเนคเตอร์ Kona นำเสนอโครงหลังอะลูมิเนียมน้ำหนักเบาหลากหลายประเภทสำหรับทั้งคอนเนคเตอร์สายเคเบิลและคอนเนคเตอร์ส่วนหัว (รูปที่ 7)

รูปที่ 7: สำหรับการป้องกัน EMI/RFI มีโครงด้านหลังอะลูมิเนียมพร้อมสายถักแบบยืดหยุ่นติดอยู่กับสายรัด (แหล่งที่มาภาพ: Harwin Inc.)

โครงด้านหลังได้รับการออกแบบมาเพื่อรองรับสายถักโลหะที่ยืดหยุ่นและทนทานต่อการเสียดสี และมีแถบรัดเพื่อยึดสายถักเข้ากับโครง การผสมผสานระหว่างโครงด้านหลังและการถักเปียให้การป้องกันเพื่อการป้องกัน EMI/RFI ที่มีประสิทธิภาพ นอกจากนี้โครงด้านหลังยังช่วยลดความเครียดให้กับสายเคเบิลอีกด้วย

เครื่องมือประกอบ

คอนเนคเตอร์ Kona ใช้เครื่องมือประกอบน้อย เนื่องจากหน้าสัมผัสสายไฟถูกบัดกรี จึงสามารถเสียบเข้าไปได้โดยการกดเข้าไปโดยไม่ต้องใช้เครื่องมือ แต่ก็สามารถใช้เครื่องมือในการถอดออกหากจำเป็นต้องถอดหรือเปลี่ยนหน้าสัมผัส โดยสามารถใช้ไขควงเพื่อขันหรือคลายน็อตที่มีรูบนสตั๊ดยึดได้

สรุป

คอนเนคเตอร์ Kona ระยะพิทช์ 8.5 มม. ที่มีความน่าเชื่อถือสูงช่วยให้มั่นใจในความสมบูรณ์ของพลังงานในสภาพแวดล้อมที่มีความต้องการสูงสุด คอนเนคเตอร์เหล่านี้ช่วยให้กระบวนการเชื่อมต่อย่างรวดเร็วและง่ายดายโดยไม่จำเป็นต้องใช้เครื่องมือเพิ่มเติม เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการบิน, UAV, ดาวเทียม, EV และการใช้งานอื่นๆ ที่มีระบบกำลังสูงที่ทำงานในสภาพแวดล้อมที่รุนแรง