Seleccione el conector adecuado para garantizar la integridad de la alimentación de alta corriente en entornos extremos

Con tensiones de alimentación que disminuyen y corrientes de carga que aumentan proporcionalmente, la pérdida de potencia resistiva y las caídas de voltaje deben minimizarse para lograr eficiencia y gestión térmica. Aplicaciones como los vehículos eléctricos, la industria aeroespacial y la electrónica industrial también exponen los circuitos a golpes, vibraciones y temperaturas extremas.

Los diseñadores deben conocer estos requisitos para asegurarse de seleccionar y aplicar correctamente conectores de alimentación que sean mecánicamente resistentes, mantengan la integridad eléctrica y funcionen en rangos de temperatura amplios.

Este artículo analiza la selección y el uso de conectores de alimentación para los entornos y aplicaciones más exigentes. A continuación, se presentan ejemplos de conectores de potencia de Harwin y muestra cómo pueden utilizarse para lograr una excelente integridad de potencia con bajas pérdidas, garantizando al mismo tiempo la fiabilidad mecánica.

Consideraciones sobre las interconexiones de alta potencia

La conexión de alta corriente y alto voltaje a una placa de circuito impreso requiere mucho cuidado. Las conexiones deficientes pueden provocar pérdidas de potencia y averías eléctricas inesperadas. Si además la interconexión está sometida a temperaturas extremas, golpes o vibraciones, los problemas pueden multiplicarse. Los conectores de alimentación con valores nominales de corriente inadecuados pueden obligar a los diseñadores a utilizar varios contactos para obtener los niveles de corriente requeridos, lo que da lugar a conectores más grandes con más contactos y más espacio en la placa de PC. Las múltiples vías de corriente también aumentan las posibilidades de una inserción incorrecta, lo que provoca una sobrecorriente en un solo contacto. La solución a estos problemas es utilizar conectores de alimentación con el valor de corriente de contacto único correcto.

Considere los conectores de la serie Kona de Harwin (Figura 1). Estos conectores están preparados para soportar 60 amperios (A) por contacto y hasta 3000 voltios CA (VCA) de trabajo máximo (durante 1 minuto) y 1500 VCA o voltios CC (VCC) de trabajo máximo, incluso en entornos de temperaturas extremas, golpes y vibraciones.

Figura 1: Los conectores de alimentación de la serie Kona gestionan hasta 60 A por contacto a 1500 VCA, y las versiones incluyen cabecera, montaje en panel y montaje en cable. (Fuente de la imagen: Harwin Inc.)

Los conectores Kona están disponibles en receptáculos de una fila de dos, tres o cuatro contactos. Las configuraciones incluyen una cabecera de placa de PC, un montaje en panel y un montaje de cable macho y hembra con varias disposiciones de bloqueo. Pueden utilizarse en el acoplamiento de cable a placa y de cable a cable.

Estos conectores utilizan contactos espaciados a 8.5 milímetros (mm) (0.335 pulgadas (pulg.)). Este espaciado, junto con los contactos empotrados individualmente, cada uno de los cuales está recubierto con estructuras con llave de polarización, garantiza los altos valores nominales de voltaje y corriente del conector. El diseño también ayuda a proteger contra daños incidentales debidos a un mal acoplamiento y a golpes físicos aleatorios.

El secreto de la alta fiabilidad y corriente nominal de esta serie de conectores es el contacto macho de seis dedos (figura 2).

Figura 2: El contacto macho de seis dedos proporciona una fuerza de resorte normal positiva contra las paredes interiores del contacto hembra para garantizar una buena conexión incluso en presencia de golpes y vibraciones. (Imagen: Harwin Inc., modificada)

Los contactos de la serie Kona son de cobre berilio, lo que permite un rango de temperatura máxima de funcionamiento de -65 °C a 150 °C, y están chapados con un acabado duradero de oro duro para protegerlos de la exposición a largo plazo en entornos difíciles. Los contactos tienen una capacidad nominal de 250 operaciones de acoplamiento, y la resistencia de contacto de un par acoplado es de 2 miliohmios (mΩ) o menos. La caída de voltaje en el par de contactos a la corriente nominal máxima de 60 A es de solo 0.12 voltios.

Cabeceras para montaje en placa

La KA1-MV10405M1 de la serie Kona de Harwin es un ejemplo de cabecera vertical de cuatro contactos destinada al montaje en placa de PC (Figura 3).

Figura 3: La cabecera KA1-MV10405M1 de la serie Kona tiene cuatro contactos. Se muestra la marca de identificación claramente visible del contacto 1 y los pernos pasadores de montaje. (Fuente de la imagen: Harwin Inc.)

El cuerpo de la cabecera está fabricado con un termoplástico de alta temperatura relleno de vidrio y consta de cuatro contactos macho empotrados de seis dedos con un extremo de soldadura de placa de PC de 4.5 mm (0.185 pulgadas). Un marcador en relieve claramente visible proporciona la orientación de la cabecera y la identificación del contacto 1. Los cierres de rosca interna y los pernos pasadores de montaje en placa proporcionan un cierre de acoplamiento para el conector jack, así como un montaje mecánico en la placa de PC mediante una tuerca de montaje en placa ranurada KA1-4240000. Hay disponibles cabeceras con contactos de montaje horizontal en ángulo recto y disposiciones de bloqueo alternativas. El bloqueo previo se utiliza para evitar la posibilidad de que se produzcan daños durante el proceso de bloqueo.

Receptáculos para cables y montaje en panel

La KA1-2010498F1 de la serie Kona (Figura 4, izquierda) es una carcasa de receptáculo de cuatro contactos montada sobre cable que utiliza contactos separados, como la KA1-0400005 de la serie Kona de Harwin (Figura 4, derecha). Este receptáculo puede acoplarse con la cabecera de cuatro contactos KA1-MV10405M1 anterior.

Figura 4: Se muestra la carcasa del receptáculo de cuatro contactos KA1-2010498F1 (izquierda) con su extensión de cubierta y el contacto hembra de soldadura utilizado con la carcasa (derecha). (Fuente de la imagen: Harwin Inc.)

La carcasa hembra montada sobre cable incluye extensiones de cubierta con llaves de polarización que impiden la conexión accidental con los contactos hembra del receptáculo y proporcionan aislamiento eléctrico a los contactos acoplados. El contacto de la toma del conector KA1-0400005 de la serie Kona utiliza una conexión de soldadura con el cable. Los contactos están diseñados para cable de equipo #8 AWG. Se recomienda un aislamiento de caucho de silicona con un diámetro máximo de 7.5 mm (0.295 in).

Los conectores de género estándar están equipados con tornillos de mariposa flotantes con cavidades hexagonales para destornilladores dinamométricos. Los herrajes de fijación inversa, con la dirección de bloqueo invertida, tienen pernos pasadores de montaje en panel de 5.2 mm de longitud para el montaje en el panel frontal de un gabinete/recinto. Los herrajes de cierre son de acero inoxidable resistente a la corrosión.

Clavijas para cable y montaje en panel

La KA1-3010498M5 de la serie Kona (Figura 5, izquierda) es la versión macho montada en cable de la carcasa KA1-2010498F1, y utiliza el contacto de clavija KA1-1410005 (Figura 5, derecha).

Figura 5: Se muestra la carcasa macho KA1-3010498M5 de cuatro contactos (izquierda) y la versión para soldar del contacto macho de seis dedos utilizado con la carcasa (derecha). (Fuente de la imagen: Harwin Inc.)

La carcasa macho o enchufe utiliza la versión soldada del contacto macho de seis dedos, que está diseñado para ser utilizado con el mismo cable #8 AWG que la versión hembra. Este modelo de conector utiliza tornillos de mariposa de bloqueo de fijación inversa, que se acoplan con un conector hembra con hardware de fijación inversa para montaje en panel. También hay disponibles herrajes de cierre estándar.

Pequeño tamaño, ligero

El tamaño físico de los conectores es reducido, dados sus valores nominales de 60 A y 3000 voltios (Figura 6).

Figura 6: Un dibujo acotado de los receptáculos de la serie Kona muestra su reducido tamaño. (Fuente de la imagen: Harwin Inc.)

Los cuatro conectores de contacto tienen una longitud (A) de 50 mm, un ancho de 12.5 mm y una altura de 18 mm. Una carcasa de receptáculo de cable acoplada con una clavija de conexión tiene una altura de 21.7 mm desde la placa de PC. La pareja apareada pesa unos 25 gramos (g) (0.88 onzas (oz)).

Normas de ensayo

Todos los diseños de conectores Kona han sido probados según las secciones correspondientes de la norma EIA-364. Las pruebas eléctricas incluyen resistencia de contacto, potencia, tensión soportada y resistencia de aislamiento. Las pruebas mecánicas incluyen choques y vibraciones, fuerzas de inserción y extracción, choques térmicos, humedad y niebla salina. La especificación de vibración es de 20 g pico durante 12 horas (hr) sin fallo de contacto. Del mismo modo, la especificación de choque es de 100 g durante 6 milisegundos (ms) sin fallo de contacto.

Además de su tolerancia a golpes y vibraciones, que hace que los conectores sean adecuados para conexiones de alimentación de vehículos eléctricos, los conectores Kona cumplen los requisitos de desgasificación de la NASA y la ESA, lo que los hace ideales para aplicaciones espaciales, de aviónica y de vehículos aéreos no tripulados (UAV).

Blindaje contra interferencias

En aplicaciones que tienen límites en cuanto a interferencias electromagnéticas (EMI) e interferencias de radiofrecuencia (RFI), los conectores Kona ofrecen una gama de ligeras carcasas traseras de aluminio tanto para conectores de cable como de cabecera (Figura 7).

Figura 7: Para la protección EMI/RFI, se dispone de una carcasa trasera de aluminio con trenzado flexible unido a una banda de sujeción. (Fuente de la imagen: Harwin Inc.)

Las carcasas traseras están diseñadas para alojar un trenzado metálico flexible y resistente a la abrasión, y se suministran con cintas de sujeción para fijar el trenzado a la carcasa. La combinación de la carcasa posterior y el trenzado proporciona blindaje para una protección eficaz contra EMI (interferencias electromagnéticas). Además, las cubiertas traseras proporcionan un aliviador de tensión adicional para los cables.

Herramientas de ensamblaje

Los conectores Kona requieren un mínimo de herramientas. Como los contactos de los cables están soldados, se pueden insertar empujándolos sin utilizar herramientas. Hay una herramienta de extracción disponible si surge la necesidad de retirar o sustituir un contacto. También se puede utilizar un destornillador para apretar o aflojar las tuercas ranuradas de los pernos pasadores de montaje.

Conclusión:

La familia de conectores Kona de 8.5 mm de paso y alta fiabilidad garantiza la integridad de la alimentación en los entornos más exigentes. Estos conectores ofrecen un proceso de acoplamiento rápido y sencillo que no requiere herramientas adicionales. Son ideales para aviónica, vehículos aéreos no tripulados, satélites, vehículos eléctricos y otras aplicaciones con sistemas de alta potencia que funcionan en entornos extremos.