극한 환경에서 고전류 전력 무결성을 보장하기 위한 올바른 커넥터 선택

공급 전압이 감소하고 부하 전류가 비례해서 증가하면 효율성과 열 관리를 위해 저항성 전력 손실과 전압 강하를 최소화해야 합니다. 전기 자동차(EV), 항공 우주, 산업용 전자 제품과 같은 전력 응용 분야에서는 또한 회로가 충격, 진동, 극한 온도에 노출됩니다.

설계자는 이러한 요구 사항을 인식하여 기계적으로 견고하고, 전기 무결성을 유지하며, 폭넓은 온도 범위에서 작동하는 전력 커넥터를 선택하고 올바르게 적용해야 합니다.

이 기사에서는 가장 까다로운 환경과 응용 분야에 적합한 전력 커넥터를 선택하고 사용하는 방법에 대해 설명합니다. 그런 다음 Harwin의 전력 커넥터를 예시로 소개하고 이러한 전력 커넥터를 사용하여 기계의 신뢰성을 보장하면서도 낮은 손실로 뛰어난 전력 무결성을 달성하는 방법을 보여줍니다.

고전력 상호 연결 관련 고려 사항

인쇄 회로 기판(PC 기판)에 고전류 및 고전압을 연결하려면 신중을 기해야 합니다. 연결이 불량하면 전력 손실과 예기치 않은 전기 항복이 발생할 수 있습니다. 상호 연결에 극한 온도, 충격 또는 진동까지 가해지면 문제가 더욱 심각해질 수 있습니다. 전력 커넥터의 전류 정격이 부적절하면 설계자가 필요한 전류 레벨을 얻기 위해 여러 접점을 사용해야 할 수 있는데, 그러면 더 많은 접점과 더 넓은 PC 기판이 필요하여 더 큰 커넥터를 사용하게 됩니다. 전류 경로를 다수 사용하면 또한 부적절한 삽입의 가능성이 높아져 단일 접점에서 과전류가 발생할 수 있습니다. 이런 문제를 해결하는 방법은 단일 접점 전류 정격이 정확한 전력 커넥터를 사용하는 것입니다.

Harwin의 Kona 계열 커넥터(그림 1)를 살펴보겠습니다. 이 커넥터는 극한 온도, 충격, 진동이 있는 환경에서도 접점당 60A와 최대 3000VAC(1분간) 및 1500VAC 또는 VDC 피크 작동을 처리하도록 정격이 정해집니다.

그림 1: Kona 계열 전력 커넥터는 1500VAC에서 접점당 최대 60A를 처리하며 버전에 따라 헤더, 패널 실장, 케이블 실장이 포함됩니다. (이미지 출처: Harwin Inc.)

Kona 커넥터는 2, 3, 4접점 단일 행 하우징으로 나옵니다. PC기판 헤더, 패널 실장, 암/수 케이블 실장과 각종 잠금 부속이 구성에 포함됩니다. 이를 사용하여 케이블과 기판을 결합하거나 케이블과 케이블을 결합할 수 있습니다.

Kona 커넥터의 접점은 8.5mm(0.335인치) 간격입니다. 이 간격은 각각 편광 키 구조로 가려진 개별 함요형 접점과 함께 커넥터의 높은 전압과 전류 정격을 보장합니다. 또한 이 설계는 결합 불량 및 무작위 물리적 충격으로 인한 우발적인 손상으로부터 커넥터를 보호하기도 합니다.

이 커넥터 계열의 높은 전류 정격과 신뢰성의 비결은 6가닥 수 접점입니다(그림 2).

그림 2: 6가닥 수 접점은 암 접점의 내벽에 양의 수직 탄성력을 제공하여 충격과 진동이 있더라도 우수한 연결을 유지합니다. (이미지 출처: Harwin Inc., 수정됨)

Kona 계열의 접점은 베릴륨 구리로 제작되어 작동 온도 범위가 최대 -65°C ~ 150°C에 달하며, 열악한 환경에의 장기간 노출로부터 보호하는 내구성이 뛰어난 굳은 산 금 마감으로 도금됩니다. 접점은 250개의 결합 작업에 적합하며, 결합 쌍의 접점 저항은 2mΩ 이하입니다. 최대 정격 전류인 60A에서 접점 쌍 전체의 전압 강하는 0.12V에 불과합니다.

기판 실장용 헤더

Harwin의 Kona KA1-MV10405M1은 PC 기판 실장용 4접점 수직 헤더의 예입니다(그림 3).

그림 3: Kona KA1-MV10405M1 헤더에는 4개의 접점이 있습니다. 명확하게 표시된 접점 1과 마운트 스터드들이 보입니다. (이미지 출처: Harwin Inc.)

헤더의 본체는 유리로 채워진 고온 열가소성 플라스틱으로 만들어져 있으며 4.5mm(0.185인치) pc 기판 납땜 테일이 있는 4개의 함요형 6가닥 수 접점으로 이루어져 있습니다. 명확하게 보이는 엠보싱 마커로 헤더 방향과 접점 1을 식별할 수 있습니다. 내부 스레드 나사 잠금장치와 기판 실장 스터드는 잭 커넥터의 결합 잠금장치로 기능할 뿐 아니라 KA1-4240000 슬롯형 기판 실장 너트를 사용하는 PC 기판에 기계적 실장을 제공합니다. 직각, 수평 마운트 접점과 대체 잠금 부속이 있는 헤더를 선택할 수 있습니다. 잠금 공정 동안 손상의 가능성을 방지하기 위해 잠금 전 연결을 사용합니다.

케이블 및 패널 실장용 리셉터클

Kona KA1-2010498F1(그림 4, 왼쪽)은 Harwin Kona KA1-0400005(그림 4, 오른쪽)와 같은 개별 접점을 사용하는 4접점 케이블 마운트 리셉터클 하우징입니다. 이 하우징은 위의 KA1-MV10405M1 4접점 헤더와 결합할 수 있습니다.

그림 4: 슈라우드 확장이 있는 KA1-2010498F1 4접점 리셉터클 하우징(왼쪽) 및 하우징과 함께 사용되는 암 납땜 접점(오른쪽)입니다. (이미지 출처: Harwin Inc.)

케이블 마운트 암 하우징에는 편광 키가 있는 슈라우드 확장이 포함되어 있어 암 리셉터클 접점과의 우발적인 연결을 예방하고 결합 접점을 전기적으로 분리합니다. Kona KA1-0400005 커넥터 소켓 접점은 케이블에 납땜 연결을 사용합니다. 접점은 #8 AWG 장비 전선용으로 설계되었습니다. 최대 지름이 7.5mm(0.295인치)인 실리콘 고무로 절연하는 것이 좋습니다.

표준 암수 커넥터에는 토크 스크루드라이버용 육각 소켓 공동이 있는 부동 나비나사가 장착되어 있습니다. 잠금 방향이 뒤집힌 역고정 하드웨어에는 인클로저에 전면 패널을 장착할 수 있는 5.2mm 길이의 패널 실장 스터드가 있습니다. 잠금 하드웨어는 내식성 스테인리스강입니다.

케이블 및 패널 실장용 플러그

Kona KA1-3010498M5(그림 5, 왼쪽)는 KA1-2010498F1 하우징의 수 케이블 마운트 버전이며 KA1-1410005 핀 접점(그림 5, 오른쪽)을 사용합니다.

그림 5: 4접점 KA1-3010498M5 수 하우징(왼쪽)과 해당 하우징이 사용되는 6가닥 수 접점의 납땜 버전(오른쪽)입니다. (이미지 출처: Harwin Inc.)

수 하우징 또는 플러그 하우징은 6가닥 수 접점 납땜 버전을 사용하며 암 버전과 동일한 #8 AWG 와이어를 사용하도록 설계되었습니다. 이 모델 커넥터는 역고정 잠금 나비 나사를 사용하며 패널 실장을 위한 역고정 하드웨어가 있는 암 커넥터와 결합합니다. 표준 잠금 하드웨어도 사용할 수 있습니다.

작고 가벼움

60A 및 3000V 정격을 고려하면 이 커넥터는 물리적으로 작은 크기입니다(그림 6).

그림 6: Kona 리셉터클 하우징의 축적 도면을 통해 크기가 작은 것을 알 수 있습니다. (이미지 출처: Harwin Inc.)

4접점 커넥터는 길이 50mm(1.97인치), 너비 12.5mm(0.49인치), 높이 18mm(0.71인치)입니다. 플러그 헤더와 결합되는 리셉터클 케이블 하우징의 높이는 PC 기판에서 21.7mm(0.85인치)입니다. 결합 쌍의 무게는 약 25g(0.88oz)입니다.

테스트 표준

모든 Kona 커넥터 설계는 EIA-364의 적절한 섹션에 따라 테스트되었습니다. 전기 테스트에는 접점 저항, 전력, 내성 전압, 절연 저항이 포함됩니다. 기계적 테스트에는 충격 및 진동, 삽입 및 탈거력, 열 충격, 습도, 염수 분무가 포함됩니다. 진동 사양은 접촉 장애 없이 12시간 동안 20g 피크입니다. 마찬가지로 충격 사양은 접촉 장애 없이 6ms 동안 100g입니다.

Kona 커넥터는 충격 및 진동 허용 오차 범위가 넓어 EV 전력 연결에 적합할 뿐 아니라 NASA 및 ESA 가스 방출 요구 사항을 충족하여 우주, 항공, 무인항공기(UAV) 응용 분야에 이상적입니다.

전파 방해 차폐

전자파 장해(EMI) 및 무선 주파수 전파 방해(RFI)의 제한이 있는 응용 분야에서 Kona 커넥터는 케이블과 헤더 커넥터 양쪽으로 다양한 경량 알루미늄 백셸을 제공합니다(그림 7).

그림 7: EMI/RFI 보호를 위해 타이 밴드에 유연한 브레이드가 부착된 알루미늄 백셸을 선택할 수 있습니다. (이미지 출처: Harwin Inc.)

백셸은 유연한 내마모성 금속 브레이드를 수용하도록 설계되었으며, 브레이드를 쉘에 고정하는 타이 밴드와 함께 제공됩니다. 백셸과 브레이드의 조합은 효과적인 EMI/RFI 보호를 위한 차폐를 제공합니다. 또한 백셸은 케이블에 추가적인 스트레인 완화 기능을 제공합니다.

조립 도구

Kona 커넥터에는 최소한의 도구가 필요합니다. 케이블 접점은 납땜 되어 있으므로 공구를 사용하지 않고 밀어서 삽입할 수 있습니다. 접점을 제거하거나 교체해야 하는 경우 제거 공구를 사용할 수 있습니다. 스크루드라이버를 사용하여 마운트 스터드의 슬롯형 너트를 조이거나 느슨하게 할 수도 있습니다.

결론

Kona의 신뢰성 높은 8.5mm 피치 커넥터 제품군은 가장 까다로운 환경에서도 전력 무결성을 보장합니다. Kona 커넥터는 추가 도구가 필요하지 않아 빠르고 쉽게 결합할 수 있습니다. 따라서 항공 전자, UAV, 위성, EV, 기타 극한 환경에서 고전력 시스템을 작동하는 응용 분야에 이상적입니다.