Zapewnienie integralności zasilania i elastyczności dzięki zastosowaniu złączy subminiaturowych typu D o prądzie znamionowym 75A

Zapotrzebowanie na zasilanie w elektronice wzrasta w wielu zastosowaniach, takich jak pojazdy elektryczne (EV) oraz systemy przemysłowe i telekomunikacyjne, które wymagają wytrzymałych i niezawodnych złączy. Dotyczy to w szczególności rozdziału zasilania. Projektanci potrzebują złączy dużej mocy, które zaoferują elastyczność pod względem liczby pozycji, konfiguracji styków i zakończeń, przy zachowaniu integralności dużej mocy.

Złącza subminiaturowe typu D (D-Sub) to prawdopodobnie najpopularniejsze złącza wielowtykowe w elektronice i spełniają one wiele wymagań systemów zasilania. Są dostępne w różnych konfiguracjach i pasują do tysięcy zastosowań. W miarę wzrostu zapotrzebowania w zakresie zasilania, złącze D-sub musi odpowiednio ewoluować, jeśli ma ono umożliwić projektantom zaspokojenie potrzeb ich klientów.

W niniejszym artykule opisano pokrótce złącze D-Sub. Następnie przedstawiono rozwiązanie dużej mocy firmy Amphenol ICC i pokazano, jak można je zastosować.

Skąd wzięła się nazwa złącza D-Sub?

Złącza D-Sub są podstawowymi złączami szeroko stosowanymi w różnych zastosowaniach w teleinformatyce, wojskowości, urządzeniach konsumenckich, przemyśle, oprzyrządowaniu i medycynie. Ich nazwa wywodzi się od ich osłon w kształcie litery D (ilustracja 1). Ten charakterystyczny kształt wyklucza możliwość błędu podłączenia, co gwarantuje bezpieczne połączenie.

Ilustracja 1: obudowa złącza D-Sub w kształcie litery D zapewnia kluczowanie zapobiegające niewłaściwemu połączeniu, a jednocześnie gwarantujące bezpieczne połączenie mechaniczne i elektryczne. (Źródło ilustracji: Amphenol ICC)

Złącza D-Sub występują w dwóch rodzajach: części ze stykami wtykowymi nazywane są wtyczkami, a te ze stykami gniazdowymi nazywane są gniazdami. Ekran gniazda jest ściśle dopasowany do ekranu wtyczki. Zewnętrzne osłony zapewniają wytrzymałość mechaniczną i ciągłość elektryczną, co chroni przed zakłóceniami elektromagnetycznymi (EMI). Różnorodne sprzętowe funkcje mocowania zapewniają bezpieczeństwo połączenia.

Dostępne są kaptury ochronne z tworzyw sztucznych, metalizowane lub wytworzone z metali, które służą do odciążania kabli. Kaptury metalowe i metalizowane stykają się ze splotem ekranującym kabla ekranowanego, co dodatkowo zmniejsza zakłócenia elektromagnetyczne (EMI). Kaptury posiadają proste lub kątowe porty wyjściowe i są wyposażone w różne opcje blokowania.

Złącza D-Sub dużej mocy

Firma Amphenol ICC oferuje szeroką gamę złączy D-Sub w formatach standardowych i wysokiej gęstości. Aby sprostać rosnącemu zapotrzebowaniu na zasilanie w wielu zastosowaniach, opracowała szereg złączy D-sub dużej mocy ze stykami zasilającymi 75A. Złącza z tej serii posiadają układ styków z dwoma, trzema, pięcioma lub ośmioma stykami zasilania (ilustracja 2).

Ilustracja 2: układy styków złączy dużej mocy z serii D-sub firmy Amphenol zawierają dwa, trzy, pięć lub osiem styków. (Źródło ilustracji: Amphenol ICC)

Układy oznaczone literą W na ilustracji 2, takie jak 5W5, wskazują, że wszystkie styki zasilania leżą w tej samej płaszczyźnie w korpusie złącza. W układach oznaczonych literą V jeden ze styków jest wciśnięty w korpus złącza po stronie gniazda, a wysunięty poza korpus po stronie wtyczki. Jeden styk jest sprzęgany przed innymi, co skutkuje podłączeniem masy lub innego źródła przed zetknięciem się pozostałych wtyków. W układach typu W podczas łączenia wtyczki z gniazdem styki łączą się jednocześnie.

Osłony złącza D-Sub występują w rozmiarach A, B, C, D oraz E. Są to historyczne oznaczenia oparte na oryginalnych układach styków złącza D. Osłona A ma 15 wtyków standardowych, B ma 25, C 37, D 50, a E 9. Złącza D-sub dużej mocy wykorzystują większe wtyki i zawierają ich proporcjonalnie mniej w każdym rozmiarze obudowy.

Złącza dużej mocy D-sub firmy Amphenol dostarczają prąd 75A na jeden styk przy maksymalnym napięciu 300V. Połączone styki mają rezystancję szeregową poniżej 7,3mΩ. Rezystancja oznacza spadek napięcia na stykach poniżej 0,55V przy natężeniu 75A. Prąd znamionowy określono na podstawie normy UL 1977 „Złącza komponentowe do stosowania w zastosowaniach przesyłu danych, sygnałów, sterowania i zasilania”. Sama próba opiera się na temperaturze złącza przy obciążeniu znamionowym: temperatura urządzenia mierzona w punktach pomiarowych nie powinna przekraczać względnego współczynnika termicznego (+130°C) materiału izolacyjnego”, gdy maksymalny prąd znamionowy urządzenia wynosi 75A.

Względny wskaźnik termiczny (RTI) to maksymalna temperatura użytkowania, w której krytyczne właściwości materiału pozostaną w dopuszczalnych granicach przez dłuższy czas. Typowe złącze 8W8 w konfiguracji ośmiostykowej wykazuje wzrost temperatury o 75°C przy prądzie 75A (ilustracja 3).

Ilustracja 3: pokazano zmierzony wzrost temperatury złącza 8W8 dużej mocy przy prądzie 75A. (Źródło ilustracji: Amphenol ICC)

Znamionowy zakres temperatur pracy opisywanych złączy wynosi od -55°C do +125°C. Dla prądu maksymalnego przyjmuje się, że złącze ma temperaturę otoczenia, natomiast jego wartość jest obniżana w zależności temperatury rzeczywistej (ilustracja 4).

Ilustracja 4: na ilustracji przedstawiono przykład typowej krzywej obniżenia wartości znamionowych wraz ze zmianą temperatury dla złącza 8W8 z lutowanymi stykami. (Źródło ilustracji: Amphenol ICC)

Styki złączy dużej mocy D-Sub firmy Amphenol ICC są dostępne w wersjach kubełkowych do lutowania, zagniatanych i kątowych, umożliwiających montaż na płytkach drukowanych, tablicach i kablach.

Typowe konfiguracje złączy dużej mocy

Urządzenie DA3W3PA009KLF firmy Amphenol ICC to trójpozycyjna obudowa wtyczki zamontowana w osłonie typu A. Obsługuje styki wtyczek, takie jak wtyk 8638PPC7506LF, który jest obrabianym maszynowo wtykiem kontaktowym z połączeniem zagniatanym. Ten typ połączenia jest stosowany w złączach montowanych na kablu. Alternatywnym stykiem jest urządzenie 8638PPS7506LF, wtyczka obrabiana maszynowo z zakończeniem kontaktowym w postaci kielicha lutowniczego.

Inną wersją obudowy 3W3 jest obudowa DA3W3SA009KLF. Współpracuje ze stykiem gniazdowym, takim jak obrabiane mechanicznie urządzenie 8638PSC7506LF z zakończeniem zagniatanym. Dostępne są różne styki gniazdowe i wtykowe z zakończeniami zagniatanymi i w postaci kielichów lutowniczych.

Urządzenie DBV5W5P500H9KLF firmy Amphenol ICC jest przykładem złącza kątowego przeznaczonego do montażu na płytkach drukowanych. Jest to pięciostykowe złącze wtykowe 5W5, które zawiera styki wtykowe (ilustracja 5).

Ilustracja 5: DBV5W5P500H9KLF to pięciostykowe złącze wtykowe 5W5 do montażu na płytce drukowanej ze zintegrowanymi stykami wtykowymi. (Źródło ilustracji: Amphenol ICC)

Dostępne są różnorodne akcesoria do montażu na płytkach drukowanych i montażu tablicowego, które zapewniają bezpieczne blokowanie korpusów złączy. Akcesoria przednie to m.in. wkładki gwintowane lub wkręty żeńskie z gwintem M3 lub UNC 4-4. Akcesoria do montażu na płytce to m.in. metalowe wsporniki i harpuny (ilustracja 6).

Ilustracja 6: do mocowania złączy do płytki drukowanej można użyć różnych akcesoriów montażowych. (Źródło ilustracji: Amphenol ICC)

Wtyczka 5W5, pokazana na ilustracji 5, zawiera harpuny do montażu na płytce drukowanej oraz wkręty żeńskie do zablokowania w pasującym do niej złączu. Dostępne są również gniazda współpracujące złączy kątowych, a także wersje dwu-, trzy- i ośmiostykowe.

Zastosowania złączy D-Sub dużej mocy

Przykładowe zastosowania serii złączy D-sub dużej mocy obejmują Przemysł 4.0, w którym mogą one zasilać komputery przemysłowe. W przeciwieństwie do typowych komputerów stacjonarnych, te komputery wbudowane są zaprojektowane do pracy w trudnych warunkach środowiskowych. Są one narażone na wstrząsy, drgania i duże zmiany temperatur. Złącza dużej mocy zapewniają niezawodne połączenia i elastyczne konfiguracje styków. Mogą one również zasilać programowane sterowniki logiczne (PLC) i inną elektronikę automatyki maszyn.

Podsumowanie

Złącza dużej mocy D-Sub firmy Amphenol ICC poszerzają zakres zastosowań otaczanego czcią złącza D o niezawodne połączenia zasilające o maksymalnym prądzie znamionowym 75A na maksymalnie ośmiu liniach.