Zachování integrity a flexibility napájení pomocí D-subminiaturních konektorů s jmenovitým proudem 75 A

Požadavky na napájení v elektronice se zvyšují v aplikacích, které zahrnují elektrická vozidla („electric vehicle“, EV) a průmyslové a telekomunikační systémy, jež všechny vyžadují robustní a spolehlivé konektory. To platí zejména pro rozvod energie. Konstruktéři potřebují vysoce výkonné konektory, které nabízejí flexibilitu v počtu pozic, konfigurací kontaktů a zakončení při zachování vysoké integrity napájení.

D-subminiaturní (D-sub) konektor je snad nejoblíbenějším vícepinovým konektorem v elektronice a splňuje mnoho požadavků na napájecí systémy. Je k dispozici v různých konfiguracích a hodí se pro tisíce aplikací. Mají-li konstruktéři vyhovět potřebám svých zákazníků, musí se konektor D-sub s rostoucími požadavky na napájení odpovídajícím způsobem vyvíjet.

V tomto článku je konektor D-sub stručně popsán. Poté je zde představeno vysoce výkonné řešení od společnosti Amphenol ICC a ukázáno, jak ho lze použít.

Jak získaly konektory D-sub svůj název

Konektory D-sub jsou základní konektory široce používané v různých aplikacích v oblasti datové komunikace, vojenství, spotřební techniky, průmyslu, přístrojové techniky a lékařských přístrojů. Jejich název je odvozen od tvaru písmene D pouzdra konektorů (obrázek 1). Díky tomuto výraznému tvaru se automaticky klíčuje, což zabraňuje nesprávnému vložení a zaručuje bezpečné spojení.

Obrázek 1: Tvar písmene D pouzdra konektoru D-sub poskytuje klíčování, které zabraňuje nesprávnému párování a zároveň zaručuje bezpečné mechanické a elektrické spojení. (Zdroj obrázku: společnost Amphenol ICC)

Konektory D-sub jsou dvou typů: části s pinovými kontakty se nazývají zástrčky, zatímco části s dutinkovými kontakty se nazývají zásuvky. Stínění zásuvky pevně zapadá do stínění zástrčky. Vnější pouzdra zajišťují mechanickou pevnost a elektrickou kontinuitu, která chrání před elektromagnetickým rušením („electromagnetic interference“, EMI). Bezpečné spojení zajišťují různé možnosti montáže hardwaru.

Ochranné kryty pro odlehčení tahu na kabelech jsou k dispozici z plastových, metalizovaných nebo kovových materiálů. Kovové a metalizované kryty se dotýkají stínicího opletení stíněného kabelu, což EMI dále snižuje. Kryty nabízejí rovné nebo šikmé výstupní otvory a obsahují různé možnosti uzamknutí.

Vysoce výkonné konektory D-sub

Společnost Amphenol ICC nabízí širokou škálu konektorů D-sub ve standardních provedeních a v provedeních s vysokou hustotou. K uspokojení rostoucích výkonových potřeb mnoha aplikací přidala společnost řadu vysoce výkonných konektorů D-sub s výkonovými kontakty 75 A. Konektory této řady mají uspořádání kontaktů se dvěma, třemi, pěti nebo osmi výkonovými kontakty (obrázek 2).

Obrázek 2: Uspořádání kontaktů konektorů D-sub vysoce výkonné řady společnosti Amphenol nabízí dva, tři, pět nebo osm kontaktů. (Zdroj obrázku: společnost Amphenol ICC)

Uspořádání označená na obrázku 2 písmenem W, například 5W5, znamenají, že všechny výkonové kontakty leží v tělese konektoru ve stejné rovině. Uspořádání označená písmenem V znamenají, že jeden z kontaktů je u zásuvek zatlačen do tělesa konektoru a u zástrček je vysunutý za těleso. Jeden kontakt je zasunut před ostatními, což umožňuje zasunutí země nebo jiného zdroje před kontaktem ostatních pinů. Kontakty v uspořádání typu W se při zapojení zástrčkových a zásuvkových konektorů připojují současně.

Velikosti pouzdra konektoru D-sub jsou A, B, C, D a E. Jedná se o historická označení založená na původním rozložení pinů konektoru D. Pouzdro A má 15 standardních pinů, B má 25, C má 37, D má 50 a E má 9. Vysoce výkonné konektory D-sub používají větší piny a obsahují v dané velikosti pouzdra úměrně méně pinů.

Vysoce výkonné konektory D-sub společnosti Amphenol dodávají 75 A na kontakt při maximálním napětí 300 voltů. Spárované kontakty mají sériový odpor menší než 7,3 mΩ. Tento odpor představuje pokles napětí na kontaktech při 75 A o méně než 0,55 V. Jmenovitá hodnota proudu je založena na normě UL 1977 „Konektory součástek pro použití v datových, signálových, řídicích a výkonových aplikacích“. Samotný test je založen na teplotě konektoru při jmenovité zátěži: „Teplota zařízení měřená ve zkušebních bodech nesmí překročit relativní tepelný index (+130 °C) izolačního materiálu“, když zařízení přenáší maximální jmenovitý proud 75 A.

Relativní tepelný index („Relative Thermal Index“, RTI) je maximální provozní teplota, při které zůstanou kritické vlastnosti materiálu po delší dobu v přijatelných mezích. Typický konektor 8W8 konfigurovaný s osmi kontakty vykazuje při proudu 75 A nárůst teploty o 75 °C (obrázek 3).

Obrázek 3: Naměřený nárůst teploty vysoce výkonného konektoru 8W8 při 75 A. (Zdroj obrázku: společnost Amphenol ICC)

Konektory jsou dimenzovány pro provoz v teplotním rozsahu −55 °C až +125 °C. Specifikace maximálního proudu předpokládá, že konektor má pokojovou teplotu, a snižuje se na základě jeho skutečné teploty (obrázek 4).

Obrázek 4: Příklad typické teplotní snižovací křivky pro konektor 8W8 s pájenými kontakty. (Zdroj obrázku: společnost Amphenol ICC)

Kontakty vysoce výkonného konektoru D-sub společnosti Amphenol ICC jsou k dispozici ve verzi s pájeným pouzdrem, krimpováním a v pravoúhlém provedení, aby vyhovovaly požadavkům na montáž na desku plošných spojů, panel a kabel.

Typické konfigurace vysoce výkonných konektorů

Model DA3W3PA009KLF společnosti Amphenol ICC je kryt zástrčky se třemi pozicemi namontovaný v pouzdru A. Přijímá zástrčkové kontakty, jako je např. pin 8638PPC7506LF, obrobený kontaktní pin s krimpovacím připojením. Tento typ připojení se používá v konektoru namontovaném na kabelu. Alternativním kontaktem je model 8638PPS7506LF, obrobená zástrčka se zakončením kontaktu v podobě pájecí misky.

Další verzí krytu 3W3 je model DA3W3SA009KLF. Vyžaduje zásuvkový kontakt, jako je obrobený model 8638PSC7506LF s krimpovacím zakončením. K dispozici jsou různé zástrčkové a zásuvkové kontakty s krimpovacím zakončením a zakončením v podobě pájecí misky.

Příkladem pravoúhlého konektoru určeného k osazení desky plošných spojů (DPS) je model DBV5W5P500H9KLF společnosti Amphenol ICC. Jedná se o zástrčkový konektor 5W5 s pěti kontakty, který obsahuje zástrčkové kontakty (obrázek 5).

Obrázek 5: DBV5W5P500H9KLF je zástrčkový konektor 5W5 s pěti kontakty pro montáž na desku plošných spojů s integrovanými zástrčkovými kontakty. (Zdroj obrázku: společnost Amphenol ICC)

Konektory nabízejí různé příslušenství pro montáž na desku plošných spojů a panel, aby bylo zajištěno bezpečné uzamknutí těles konektorů. Přední příslušenství zahrnuje závitové vložky nebo šrouby s vnitřním závitem M3 nebo UNC 4-4. Příslušenství pro montáž na desku zahrnuje kovové držáky a harpuny (obrázek 6).

Obrázek 6: K upevnění konektorů k desce plošných spojů lze použít různé montážní příslušenství. (Zdroj obrázku: společnost Amphenol ICC)

Zástrčka 5W5, uvedená na obrázku 5, obsahuje harpuny pro montáž na desku plošných spojů a šrouby s vnitřním závitem pro zajištění párovacího konektoru. K dispozici je také párovací zásuvka pravoúhlých konektorů a verze se dvěma, třemi a osmi kontakty.

Aplikace vysoce výkonných konektorů D-sub

Mezi příklady aplikací pro vysoce výkonnou řadu D-sub patří Průmysl 4.0, kde může dodávat napájení průmyslovým počítačům. Na rozdíl od běžných stolních počítačů jsou tyto vestavěné počítače určeny pro provoz v náročných prostředích. Jsou vystaveny nárazům, vibracím a velkým teplotním změnám. Vysoce výkonné konektory nabízejí spolehlivé spojení s flexibilní konfigurací kontaktů. Stejně tak mohou tyto konektory napájet programovatelné logické automaty („programmable logic controller“, PLC) a další elektroniku pro automatizaci strojů.

Závěr

Vysoce výkonné konektory D-sub společnosti Amphenol ICC rozšiřují rozsah aplikací úctyhodného konektoru D přidáním spolehlivých napájecích připojení s maximálním jmenovitým proudem 75 A až na osmi linkách.