Behoud van power integrity en flexibiliteit met D-subminiature connectoren voor 75 A

De elektronica in toepassingen zoals elektrische voertuigen (EV’s) en industriële en telecommunicatiesystemen vereist niet alleen steeds meer stroom, maar ook robuuste en betrouwbare connectoren. Dit geldt met name voor de vermogensdistributie. Ontwerpers hebben high-power connectoren nodig met flexibiliteit in het aantal posities, contactconfiguraties en verbindingen, terwijl de power integrity behouden blijft.

De D-subminiature connector (D-sub) is wellicht de populairste multipin-connector die voldoet aan veel van de vereisten voor voedingssystemen. De connector is verkrijgbaar in verschillende configuraties en is geschikt voor duizenden toepassingen. Naarmate de vraag naar meer vermogen toeneemt, moet de D-sub mee-evolueren als ontwerpers aan de behoeften van hun klanten willen voldoen.

Dit artikel beschrijft kort de D-sub-connector. Vervolgens wordt een high-power oplossing van Amphenol ICC geïntroduceerd en wordt getoond hoe deze kan worden toegepast.

Hoe komen D-sub-connectoren aan hun naam?

D-sub-connectoren zijn basisconnectoren die veel worden gebruikt in toepassingen voor datacommunicatie, consumentenproducten, instrumentatie en industriële, militaire en medische toepassingen. Ze danken hun naam aan de D-vorm van de connectoren (afbeelding 1). Deze kenmerkende vorm zorgt ervoor dat hij zelfborgend is wat een onjuiste paring voorkomt en een veilige verbinding garandeert.

Afbeelding 1: De D-vorm van de D-subconnector voorkomt onjuiste paring en garandeert een veilige mechanische en elektrische verbinding. (Bron afbeelding: Amphenol ICC)

D-sub-connectoren bestaan uit twee delen: het deel met de pennen wordt de stekker (plug) genoemd en het deel met de gaten is de contrastekker (socket). De afscherming van de contrastekker past precies in de afscherming van de stekker. De shells bieden mechanische sterkte en elektrische continuïteit, wat bescherming biedt tegen elektromagnetische interferentie (EMI). Verschillende bevestigingsopties voor de hardware zorgen voor een veilige verbinding.

Beschermende trekontlastingen (‘hoods’) op de kabels zijn verkrijgbaar in kunststof, metaal of gemetalliseerd materiaal. De metalen en gemetalliseerde afdekking maakt contact met de afscherming van de afgeschermde kabel om EMI verder te verminderen. De ‘hoods’ hebben rechte of schuine poorten en verschillende vergrendelingsopties.

High-power D-sub-connectoren

Amphenol ICC biedt een breed scala aan D-sub-connectoren in standaard en high-density vormfactoren. Om te voldoen aan de toenemende stroombehoeften van veel toepassingen, heeft het bedrijft een serie high-power D-sub-connectoren met stroomcontacten voor 75 ampère (A) toegevoegd. De connectoren in deze serie hebben twee, drie, vijf of acht contactpunten (afbeelding 2).

Afbeelding 2: De serie high-power D-sub-connectoren van Amphenol heeft layouts met twee, drie, vijf of acht contactpunten. (Bron afbeelding: Amphenol ICC)

De layouts aangeduid met een W in afbeelding 2, zoals 5W5, geven aan dat de contacten allemaal in hetzelfde vlak in de connector liggen. Layouts met een V geven aan dat een van de contacten is ingedrukt bij contrastekkers en uitsteekt bij stekkers. Eén contactpunt wordt eerder gemaakt dan de andere, zodat contact met aarde of een andere stroombron kan worden gemaakt voordat de andere pennen contact maken. In de W-layouts worden alle contactpunten tegelijkertijd verbonden wanneer de stekker en contrastekker in elkaar worden gestoken.

De shell-grootte van de D-sub-connector wordt uitgedrukt als A, B, C, D of E. Dit zijn historische labels die gebaseerd zijn op de oorspronkelijke pen-layouts van de D-connector. De A-shell heeft 15 standaard pennen, B heeft er 25, C heeft er 37, D heeft er 50 en E heeft er 9. De high-power D-sub-connectoren hebben grotere pennen en bevatten verhoudingsgewijs minder pennen in een gegeven shell-grootte.

De high-power D-sub-connectoren van Amphenol leveren 75 A per contactpunt bij een maximale spanning van 300 volt. De gekoppelde contactpunten hebben een serieweerstand van minder dan 7,3 milliohm (mΩ). De weerstand vertegenwoordigt een daling van minder dan 0,55 volt over de contacten bij 75 A. De huidige classificatie is gebaseerd op UL 1977, ‘Component Connectors for Use in Data, Signal, Control, and Power Applications’ (Componentconnectoren voor gebruik in data-, signaal, regel- en voedingstoepassingen). De test zelf is gebaseerd op de temperatuur van de connector bij nominale belasting: ‘De temperatuur van een component, gemeten op de testpunten, mag de relatieve thermische index (+130 °C) van het isolatiemateriaal niet overschrijden’ bij de maximale nominale stroom van 75 A door het component.

De relatieve thermische index (RTI) is de maximale gebruikstemperatuur waarbij de kritische eigenschappen van een materiaal gedurende langere tijd binnen aanvaardbare grenzen blijven. Een typische 8W8-connector met acht contactpunten vertoont een temperatuurstijging van 75 °C bij een stroom van 75 A (afbeelding 3).

Afbeelding 3: De gemeten temperatuurstijging van een high-power 8W8-connector bij 75 A. (Bron afbeelding: Amphenol ICC)

De connectoren zijn geschikt voor een temperatuurbereik van -55 °C tot +125 °C. Bij de specificatie van de maximale stroom wordt ervan uitgegaan dat de connector op kamertemperatuur is en wordt derated op basis van de werkelijke temperatuur (afbeelding 4).

Afbeelding 4: Een voorbeeld van een typische temperatuurderatingscurve voor een 8W8-connector met gesoldeerde contactpunten. (Bron afbeelding: Amphenol ICC)

De contactpunten van de high-power D-sub-connector van Amphenol ICC zijn verkrijgbaar als soldeerverbinding (solder cup), krimpsluiting en haakse uitvoeringen voor montage op printplaten, panelen en kabels.

Typische high-power connector-configuraties

De DA3W3PA009KLF van Amphenol ICC is een driepositiestekkerbehuizing gemonteerd in een A-shell. Deze is geschikt voor contacten zoals de 8638PPC7506LF-pen, een machinaal bewerkte contactpen met een krimpverbinding. Dit type aansluiting wordt gebruikt in een kabelgemonteerde connector. Een alternatief contact is de 8638PPS7506LF, een machinaal bewerkte stekker met een soldeerverbinding (solder cup).

Een andere versie van de 3W3-behuizing is de DA3W3SA009KLF. Deze past in een contrastekker zoals de machinaal bewerkte 8638PSC7506LF met krimpsluiting. Er zijn verschillende stekkers en contrastekkers verkrijgbaar met krimpsluiting en soldeerverbinding (solder cup).

De DBV5W5P500H9KLF van Amphenol ICC is een voorbeeld van een haakse connector bedoeld voor printplaatmontage. Het is een 5W5-stekkerverbinding met vijf pennen, inclusief de stekkercontacten (afbeelding 5).

Afbeelding 5: De DBV5W5P500H9KLF is een 5W5-stekkerverbinding met vijf pennen voor printplaatmontage met geïntegreerde stekkercontacten. (Bron afbeelding: Amphenol ICC)

De connectoren bieden diverse accessoires voor printplaat- en paneelmontage om een veilige vergrendeling van de connectorbehuizingen te garanderen. De accessoires aan de voorkant omvatten inzetstukken met schroefdraad of vrouwelijke schroeven met M3- of UNC 4-4-schroefdraad. Accessoires voor printmontage zijn onder andere metalen beugels en harpoenen (afbeelding 6).

Afbeelding 6: Er kunnen verschillende montageaccessoires worden gebruikt om de connectoren op een printplaat te bevestigen. (Bron afbeelding: Amphenol ICC)

De 5W5-stekker in afbeelding 5 bevat harpoenbevestigingen voor montage op de printplaat en vrouwelijke schroeven om de contrastekker vast te zetten. De haakse contrastekker en versies met twee, drie en acht contacten zijn ook verkrijgbaar.

Toepassingen van de high-power D-sub

Voorbeeldtoepassingen voor de high-power D-sub-serie zijn onder andere Industry 4.0 om industriële computers van stroom te voorzien. In tegenstelling tot typische desktopcomputers zijn deze embedded computers ontworpen voor zware omstandigheden. Ze worden blootgesteld aan schokken, trillingen en grote temperatuurschommelingen. De high-power connectoren bieden betrouwbare verbindingen met flexibele contactconfiguraties. Ook kunnen deze connectoren programmeerbare logische controllers (PLC’s) en andere elektronica voor machineautomatisering van stroom voorzien.

Conclusie

De high-power D-sub-connectoren van Amphenol ICC breiden het toepassingsgebied van de welbekende D-connector uit met betrouwbare aansluitingen met een maximale stroomsterkte van 75 A op maximaal acht lijnen.