בחר במחבר המתאים כדי להבטיח שלמות הספק זרם-גבוה (High-Current Power Integrity) בסביבות קיצוניות

עם מתחי אספקה קטנים וזרמי עומס גדלים פרופורציונלית, יש למזער אבדן הספק התנגדותי ונפילות מתח עבור נצילות וניהול תרמי. יישומי הספק כגון מכוניות חשמליות (EVs), תעופה וחלל ואלקטרוניקה תעשייתית חושפים מעגלים גם להלם, רעידות וטמפרטורות קיצוניות.

מתכננים חייבים להיות מודעים לדרישות אלו כדי להבטיח שהם בוחרים ומיישמים נכון מחברי הספק שהם חסונים מכנית, שומרים על שלמות חשמלית (electrical integrity) ועובדים בתחומי טמפרטורה מורחבים.

מאמר זה דן בבחירה ושימוש במחברי הספק עבור הסביבות והיישומים התובעניים ביותר. אחר כך מציג דוגמאות של מחברי הספק מבית Harwin ומראה כיצד ניתן להשתמש בהם כדי להשיג שלמות הספק (Power Integrity) מצוינת עם הפסדים נמוכים תוך הבטחת אמינות מכנית.

שיקולים עבור חיבורי הספק-גבוה

חיבור זרם גבוה ומתח גבוה אל לוח‏ מעגל מודפס (לוח pc) דורש תשומת לב רבה. חיבורים לא נכונים יכולים לגרום להפסדי הספק ולתקלות חשמל בלתי צפויות. אם החיבור‏ גם חשוף להלם, רעידות וטמפרטורה קיצונית, הבעיות יכולות להיות מוכפלות. מחברי הספק עם דירוגי זרם לא מתאימים עלולים לכפות על מתכננים להשתמש במגעים מרובים כדי להשיג את רמות הזרם הדרושות, וכתוצאה מכך שימוש במחברים גדולים יותר עם יותר מגעים ונדל"ן לוח מעגל מודפס נוסף. מסלולי זרם מרובים גם מגדילים את הסיכוי להחדרה לא נכונה, וכתוצאה מכך זרם-יתר על מגע יחיד. הפתרון לבעיות אלו הוא להשתמש במחברי הספק עם דירוג זרם נכון של מגע יחיד.

קח לדוגמה את מחברי סדרת Harwin Kona (איור 1). מחברים אלה מדורגים לטפל ב-60 אמפר (A‏) למגע ועד מקסימום של 3000‏ וולט AC‏ (VAC‏) (למשך 1 דקה) ומתח עבודה שיא של ‎1500 VAC‏ או וולט DC‏ (VDC‏), אפילו בסביבות טמפרטורה קיצונית, הלם ורעידות.

איור 1‏: מחברי הספק מסדרת ה-Kona‏ מטפלים בעד A‏ 60‏ למגע ‏ב-‎1500 VAC‏, וגרסאות כוללות פס מגעים (header), הרכבה בפנל והרכבה על כבל. (מקור תמונה: Harwin)

מחברי ה-Kona‏ זמינים בבתי מחבר של שניים, שלושה או ארבעה מגעים בשורה אחת. התצורות כוללות‏ פס מגעים ללוח מעגל מודפס, מחבר להרכבה בפנל וזכר ונקבה להרכבה על כבל עם סידורי נעילה שונים.‏ הן ניתנות לשימוש בחיבורי כבל-ללוח וכבל-לכבל.

מחברים אלה משתמשים במגעים עם מרווחים של 8.5 מילימטר (0.335 אינץ' (.in)). ריווח זה, יחד עם מגעים שקועים אינדיבידואלית שכל אחד מהם מכוסה במבנה שגום מקטב, מבטיח את דירוגי המתח והזרם הגבוהים של המחבר. התכן גם מסייע להגן‏ מפני נזק מקרי בשל חיבור לא טוב ומכות פיזיות אקראיות.

הסוד של דירוג הזרם הגבוה והאמינות הגבוהה של סדרת מחברים זו הוא המגע הזכרי בעל שש האצבעות (איור 2‏).

איור 2‏: המגע הזכרי בעל שש האצבעות מספק כוח קפיץ מאונך פוזיטיבי כנגד הקירות הפנימיים של המגע הנקבי כדי להבטיח חיבור טוב אפילו בנוכחות הלם ותנודות. (מקור תמונה: .Harwin Inc, מותאמת)

מגעי סדרת ה-Kona‏ עשויים מבריליום נחושת, מאפשרים תחום טמפרטורות עבודה מקסימלי של 65°C- עד ‎150°C, הם מצופים בגימור ‏זהב hard-acid עמיד עבור הגנה מפני חשיפה ארוכת-טווח בסביבות קשות. המגעים מדורגים עבור 250 פעולות חיבור והתנגדות המגע של זוג מגעים מחובר היא 2 מילי-אוהם (mΩ‏) או פחות. מפל המתח על פני זוג המגעים בזרם המדורג המקסימלי של‏ A‏ 60‏ הוא‏ 0.12 וולט בלבד.

פסי מגעים עבור הרכבה על לוח

ה-Harwin Kona KA1-MV10405M1‏ הוא דוגמה לפס מגעים אנכי של ארבעה מגעים המיועד להרכבה על לוח מעגל מודפס‏ (איור 3‏).

איור 3‏: פס המגעים Kona KA1-MV10405M1 הוא בעל ארבעה מגעים. מוצגים סימון הזיהוי הנראה בבירור של מגע 1 ויתדות ההרכבה. (מקור תמונה: Harwin)

גוף פס המגעים‏ עשוי מחומר תרמופלסטי ‏טמפרטורה-גבוהה ממולא-זכוכית, והוא כולל ארבעה מגעים זכריים שש-אצבעות משוקעים עם זנב הלחמה ללוח מעגל מודפס של 4.5 מ"מ (0.185‏ אינץ'). סמן מוטבע נראה בבירור מספק כיווניות לפס המגעים וזיהוי מגע 1.‏ נועלי בורג הברגה פנימית ויתדות מורכבות-לוח מספקים נעילת חיבור עבור מחבר ‏שקע, כמו גם הרכבה מכנית ללוח המעגל המודפס המשתמש באום הרכבה ללוח מחורץ KA1-4240000. קיימים פסי מגעים עם מגעי זווית ישרה, הרכבה אופקית, וסידורי נעילה חלופיים. משתמשים בחבר-לפני-נעילה כדי למנוע את האפשרות של נזק במהלך תהליך הנעילה.

שקעים עבור הרכבה על כבל ובפנל

ה-Kona KA1-2010498F1 (איור 4‏, שמאל) הוא בית שקע ארבעה מגעים להרכבה על כבל המשתמש במגעים נפרדים, כמו ה-Harwin Kona KA1-0400005 (איור 4‏, ימין). בית מחבר זה יכול להתחבר עם פס ארבעת המגעים KA1-MV10405M1 לעיל.

איור 4‏: מוצגים בית שקע ארבעה מגעים KA1-2010498F1 (שמאל) עם הארכת המעטה שלו ומגע ההלחמה הנקבי הנמצא בשימוש עם בית השקע (ימין). (מקור תמונה: .Harwin Inc)

בית המחבר הנקבי המורכב על כבל כולל מאריכי מעטה עם שגמים מקטבים המונעים חיבור מקרי עם מגעי השקע הנקביים ומספקים בידוד חשמלי למגעים המחוברים. מגע השקע של מחבר Kona KA1-0400005‏ משתמש בחיבור הלחמה לכבל. המגעים מתוכננים עבור חוט ציוד ‎#8 AWG. מומלץ בידוד גומי סיליקון עם קוטר מקסימלי של‏ 7.5 מ"מ (0.295‏ אינץ').

מחברי המגדר הסטנדרטיים מצוידים בברגי אגודל צפים עם חללי שקע משושים עבור מברגי מומנט. חומרת קיבוע הפוך, עם כיוון הנעילה הפוך, היא בעלת יתדות הרכבה בפנל באורך 5.2 מ"מ עבור הרכבה בפנל קדמי של‏ מארז. חומרת הנעילה היא פלדת אל-חלד חסינה מפני קורוזיה.

תקעים עבור הרכבה על כבל ובפנל

ה-Kona KA1-3010498M5 (איור 5‏, שמאל) הוא גרסת הזכר המורכבת על כבל של בית המחבר KA1-2010498F1, ומשתמשת במגע הפין KA1-1410005 (איור 5‏, ימין).

איור 5‏: מוצגים בית מחבר זכרי ארבעה מגעים KA1-3010498M5 (שמאל) וגרסת ההלחמה של המגע הזכרי בעל שש האצבעות הנמצא בשימוש עם בית המחבר (ימין). (מקור תמונה: .Harwin Inc)

בית המחבר הזכרי או התקע משתמש בגרסת ההלחמה של המגע הזכרי בעל שש האצבעות, המתוכנן להשתמש באותו חוט ‎#8 AWG כמו הגרסה הנקבית. מחבר דגם זה משתמש בברגי אגודל נעילת קיבוע הפוך, שמתחבר עם מחבר נקבה עם חומרת קיבוע הפוך עבור הרכבה בפנל.‏ חומרת נעילה סטנדרטית קיימת גם כן.

גודל קטן, קל משקל

הגודל הפיזי של‏ המחברים הוא‏ קטן, בהינתן הדירוג שלהם של A‏ 60‏ ו-3000‏ וולט (איור 6‏).

איור 6: שרטוט ממדי של בתי שקע Kona מציג את גודלם הקטן. (מקור תמונה: .Harwin Inc)

אורכם (A) של מחברי הארבעה מגעים הוא‏ 50 מ"מ (1.97 אינץ'),‏ רוחבם 12.5 מ"מ (0.49 אינץ') וגובהם‏ 18‏ מ"מ (0.71 אינץ'). הגובה של בית מחבר שקע כבל מחובר עם פס מגעים תקע‏ הוא 21.7 מ"מ (0.85 אינץ') מלוח המעגל המודפס. הזוג המחובר שוקל בערך 25 גרם (g)‏ (0.88 אונקיה (oz‏)).

תקני בדיקה

כל תכני מחבר ה-Kona‏ נבדקו תחת הסעיפים המתאימים של EIA-364. הבדיקות החשמליות כוללות התנגדות מגעים, הספק, מתח עמידה (withstand voltage) והתנגדות בידוד. הבדיקות המכניות כוללות הלם ורעידות, כוחות תחיבה ושליפה, שוק תרמי, לחות וריסוס מלח. מפרט הרעידות הוא ‎20 g שיא למשך 12‏ שעות (hr) ללא תקלת מגע. באופן דומה, מפרט ההלם הוא‏ ‎100 g למשך 6 מילי-שניות (ms‏) ללא תקלת מגע.

בנוסף לטולרנס שלהם להלם ורעידות, שעושה את המחברים מתאימים לחיבורי הספק EV, מחברי Kona‏ עומדים בדרישות פליטת גזים של NASA ו-ESA, מה שעושה אותם אידיאליים עבור יישומי חלל, אוויוניקה וכטב"ם.

סיכוך מהפרעות

ביישומים בהם יש מגבלות של הפרעות אלקטרומגנטיות (EMI‏) והפרעות תדר רדיו (RFI‏), מחברי ה-Kona‏ מציעים מגוון של מעטים אחוריים (back shells‏) קלי משקל מאלומיניום עבור מחברי כבלים ופסי מגעים כאחד (איור 7‏).

איור 7‏: עבור הגנה מפני EMI/RFI,‏ קיים מעטה אחורי מאלומיניום עם שרוול קליעת צמה גמישה המחובר באזיקון. (מקור תמונה: .Harwin Inc)

המעטים האחוריים מתוכננים להתאים לשרוול צמת מתכת גמישה עמיד-שחיקה, ומסופקים עם אזיקון כדי לחבר את השרוול למעטה. השילוב‏ של המעטה האחורי ושרוול הצמה מספק סיכוך עבור הגנת EMI/RFI‏ אפקטיבית. נוסף לכך, המעטה האחורי מספק מעצור מתיחה (strain relief‏) נוסף לכבלים.

כלי הרכבה

מחברי ה-Kona‏ דורשים מינימום‏ כלים. כיוון שמגעי הכבל מולחמים, הם ניתנים להחדרה על ידי דחיפה פנימה ללא שימוש בכלים. קיים כלי הסרה אם מתעורר הצורך להסיר או להחליף מגע. ניתן להשתמש גם במברג כדי להדק או לשחרר אומים מחורצים על יתדות הרכבה.

סיכום

משפחת מחברי Kona‏ אמינות-גבוהה, עם פסיעה של 8.5 מ"מ, מבטיחה שלמות הספק (power integrity) בסביבות התובעניות ביותר. מחברים אלה מספקים תהליך חיבור מהיר וקל שאינו דורש כלים נוספים. הם אידיאליים עבור אוויוניקה, כטב"מים, לווינים, רכבי EV‏ ויישומים אחרים עם מערכות הספק-גבוה העובדות בתנאי סביבה קיצוניים.