Proteggi gli ingressi di alimentazione c.c. non accoppiati con prese cilindriche sigillate IP68

Per i sistemi e i dispositivi elettronici che per la maggior parte del tempo sono scollegati, l'ingresso di alimentazione c.c. può rappresentare un punto debole in termini di affidabilità. Una presa esposta può essere vulnerabile a spruzzi, polvere e altri rischi ambientali. Queste condizioni possono comportare rischi inaccettabili per i sistemi portatili e alimentati a batteria, quali apparecchiature di test, dispositivi medici e attrezzature tattiche.

In particolare può essere un problema per i sistemi che si affidano al classico ecosistema delle spine cilindriche con la sua abbondanza di prodotti. Anche se possibile, l'aggiunta di una protezione dalle infiltrazioni alle interfacce delle spine cilindriche può ridurre i vantaggi offerti da questo approccio standardizzato. La sfida è quindi assicurare la protezione dai rischi ambientali preservando al contempo la semplicità e la praticità della spina cilindrica base.

Questo articolo esplora le sfide che la sigillatura non accoppiata pone ai progettisti di sistemi elettronici. Presenta quindi le prese cilindriche di alimentazione c.c. di Switchcraft e mostra come possano essere utilizzate, insieme alle spine di alimentazione compatibili, per affrontare queste sfide.

Come proteggere una presa cilindrica di alimentazione c.c. quando non in uso

Le spine cilindriche sono state a lungo la scelta predefinita per l'alimentazione c.c. delle apparecchiature portatili, e per buoni motivi. Sono semplici, durevoli e facili da inserire nella progettazione di un circuito. Supportano un'erogazione di potenza relativamente elevata e sono semplici da usare. Soprattutto, sono facili da collegare e scollegare e possono sopportare migliaia di cicli di accoppiamento.

Le spine cilindriche convenzionali, però, non sono note per la loro resilienza all'ambiente. Questo può essere un problema, ad esempio, per le apparecchiature che potrebbero essere trasportate all'esterno, o essere esposte a graniglia o polvere industriale oppure a lavaggi o immersione in fluidi.

Fortunatamente, esistono molti modi per proteggere una connessione cilindrica dai rischi ambientali. Sovrastampaggi protettivi, meccanismi di bloccaggio e altri adattamenti possono garantire una connessione sigillata tra la spina e la presa. Quando il dispositivo è scollegato, soluzioni quali i cappucci parapolvere possono proteggere la presa non accoppiata.

Tuttavia, queste soluzioni comportano dei compromessi. In primo luogo, le modifiche al design della spina cilindrica convenzionale possono ridurre la flessibilità che rende questi connettori interessanti. Una preoccupazione importante riguarda ciò che accade quando il dispositivo viene scollegato. Gli accessori, come i cappucci parapolvere, devono essere applicati ogni volta che la connessione viene disaccoppiata, lasciando spazio all'errore umano. Inoltre, queste soluzioni aggiuntive potrebbero non offrire una protezione sufficiente contro l'immersione o altri rischi ambientali.

Per le apparecchiature che vengono lasciate spesso scollegate, potrebbe essere vantaggioso sigillare la presa stessa. In questo modo, la protezione non dipende dall'uso di una spina cilindrica specializzata o dal comportamento dell'utente.

Cosa sono le prese cilindriche di alimentazione c.c. non accoppiate sigillate?

Le prese di alimentazione c.c. non accoppiate sigillate di Switchcraft (Figura 1) sono progettate per soddisfare questa esigenza. Utilizzano un design innovativo con alloggiamento in silicone e incapsulamento epossidico che garantisce una protezione continua dalle infiltrazioni, anche quando non è collegata alcuna spina. Le prese soddisfano i requisiti IP66, IP67 e IP68 secondo IEC 60529, ovvero proteggono da polvere, getti d'acqua e immersione in liquidi.

Figura 1: Una presa di alimentazione c.c. non accoppiata completamente sigillata può accettare le spine cilindriche più diffuse. (Immagine per gentile concessione di Switchcraft)

Le prese raggiungono questa protezione dalle infiltrazioni in due modi. Innanzitutto, quando il dado e la rondella di montaggio vengono serrati sul pannello, l'alloggiamento in silicone si comprime contro la superficie opposta, assicurando una tenuta intorno al foro di montaggio. In secondo luogo, l'incapsulamento epossidico sul lato della terminazione impedisce l'ingresso dell'umidità attraverso i capicorda a saldare o i pin della scheda a circuiti stampati (PCB), chiudendo un altro potenziale percorso di dispersione. La combinazione di un'interfaccia in silicone compressa sul pannello e di terminazioni incapsulate sul retro offre una protezione continua, indipendentemente dal fatto che sia collegata o meno una spina.

Le eventuali infiltrazioni di acqua nell'apertura cilindrica possono essere semplicemente soffiate via, lasciando che la presa si asciughi. Questo rende le prese adatte alle applicazioni che richiedono una pulizia frequente. Nelle applicazioni medicali, ad esempio, i dispositivi possono essere igienizzati a fondo e rimessi in funzione con tempi di inattività minimi.

Un ulteriore vantaggio è che tutto questo non va a discapito della compatibilità. Le prese mantengono un'interfaccia cilindrica standard che può accettare spine cilindriche standard. Per connessioni con bloccaggio più robuste, le prese dispongono anche di una boccola filettata 5/16-32 NEF-2A compatibile con le spine di alimentazione c.c. serie Z di Switchcraft. Questo livello di interoperabilità massimizza le opzioni di progettazione e avvantaggia gli utenti finali, consentendo loro di utilizzare qualsiasi adattatore c.a./c.c. standard, eliminando la necessità di tenere traccia di apparecchiature specializzate.

Le prese hanno una tensione nominale di 24 V_c.c. a 5 A con materiali standard, o fino a 7,5 A con materiali per alte temperature. Ogni presa include anche un interruttore shunt interno che consente la commutazione automatica tra le fonti di alimentazione. Questo semplifica la circuiteria necessaria per passare dalla batteria all'alimentazione esterna quando viene collegato un caricatore.

La durata meccanica delle prese è classificata in 5.000 cicli di inserimento/estrazione, assicurando la longevità per molti periodi di ricarica. Le prese sono classificati per un intervallo di temperatura di funzionamento da -55 a +85 °C con i materiali standard o da -40 a +105 °C per la versione per alte temperature, offrendo opzioni per ambienti difficili.

Prese di alimentazione c.c. non accoppiate sigillate compatibili con le spine cilindriche standard

Le prese sono disponibili in tre comuni dimensioni del pin centrale di 1,3, 2,0 e 2,5 mm, con opzioni di terminazione quali capocorda a saldare, montaggio su PCB ad angolo retto o montaggio diritto su PCB. Un esempio tipico è il modello 732AU (Figura 2). Questo connettore da 1,3 mm utilizza una terminazione con capocorda a saldare, che rappresenta una scelta naturale per gli assemblaggi cablati a mano e per le applicazioni a basso volume in cui la terminazione su PCB non è praticabile.

Figura 2: La presa sigillata con capocorda a saldare 732AU offre un'interfaccia di alimentazione semplice per gli assemblaggi cablati a mano. (Immagine per gentile concessione di Switchcraft)

La presa 732AU può essere abbinata a una spina standard oppure alla spina cilindrica 860Z (Figura 3) della serie Z di Switchcraft. La spina 860Z è dotata di un pin centrale da 1,3 mm ed è compatibile con l'ecosistema delle spine standard. Tuttavia, la serie Z aggiunge caratteristiche che meritano di essere sottolineate per le applicazioni che richiedono più di una semplice connessione di alimentazione.

Figura 3: La spina cilindrica 860Z è dotata di un pin centrale da 1,3 mm ed è compatibile con l'ecosistema delle spine standard. (Immagine per gentile concessione di Switchcraft)

Le caratteristiche principali della serie Z includono un design a prova di contatto e a prova di danno, con un contatto centrale incassato che crea un collegamento a massa "first make/last break". Il manicotto esterno si innesta prima del pin centrale al momento dell'inserimento e il pin centrale si disinnesta per primo al momento della rimozione, riducendo il rischio di archi elettrici durante gli eventi di innesto a caldo. I connettori sono inoltre dotati di un serracavo più grande che consente di alloggiare cavi di diametro compreso tra 3,2 e 5,3 mm, garantendo un migliore scarico delle tensioni per i cavi assemblati più pesanti spesso utilizzati dalle apparecchiature rinforzate.

Prese cilindriche di alimentazione c.c. per montaggio su scheda con opzioni di connettore con bloccaggio

Il modello 722RAU (Figura 4) mostra l'opzione di montaggio su PCB ad angolo retto. Una presa ad angolo retto è utile quando i vincoli di spazio a livello di scheda o l'orientamento del pannello richiedono un collegamento a profilo ribassato perpendicolare tra il pannello e la PCB.

Figura 4: La presa cilindrica c.c. 722RAU utilizza un pin centrale da 2,0 mm e una terminazione per il montaggio su PCB ad angolo retto. (Immagine per gentile concessione di Switchcraft)

722RAU utilizza un pin centrale da 2,0 mm ed è compatibile con le spine serie Z, come i modelli S760KZ con bloccaggio (Figura 5, a sinistra) e S760Z senza bloccaggio (Figura 5, a destra). Queste due opzioni illustrano un'altra caratteristica fondamentale delle spine serie Z: la maggior parte dei modelli dispone di varianti con bloccaggio dotate di anello di accoppiamento. Questi anelli utilizzano la stessa filettatura 5/16-32 NEF-2A delle prese, consentendo agli utenti finali di ottenere un accoppiamento sicuro con un semplice meccanismo ad avvitamento/svitamento.

Figura 5: S760KZ (a sinistra) e S760Z (a destra) mostrano le opzioni della serie Z per le spine cilindriche con e senza bloccaggio, rispettivamente. (Immagine per gentile concessione di Switchcraft)

L'anello di bloccaggio autoallineante flottante si innesta sulla boccola esposta della presa, proteggendo il collegamento dalle vibrazioni e dalla disconnessione accidentale. Il design flottante consente all'anello di bloccaggio di trovare la filettatura anche se il corpo della spina è leggermente disallineato rispetto alla presa, migliorando l'affidabilità dell'accoppiamento nelle installazioni alla cieca o con i guanti. Una volta innestato, il collegamento filettato resiste alle forze di estrazione che un cavo collegato può esercitare durante la normale manipolazione.

Prese cilindriche di alimentazione c.c. a boccola lunga per pannelli spessi

Un ultimo esempio di prese non accoppiate sigillate è PCL712AU (Figura 6). Questa presa utilizza un pin centrale da 2,5 mm e termina con un montaggio diritto su PCB. Presenta una delle caratteristiche principali della famiglia: la disponibilità di prese con boccole lunghe. Rispetto alle boccole corte, che si estendono di appena 4,6 mm dal corpo della presa, la variante lunga si estende di 7,1 mm. In questo modo si dispone di una filettatura sufficiente per l'uso su pannelli di spessore superiore.

Figura 6: PCL712AU presenta una boccola lunga e una terminazione per montaggio diritto su PCB. (Immagine per gentile concessione di Switchcraft)

PCL712AU può essere abbinata alla spina con bloccaggio da 2,5 mm 761KZ (Figura 7). Insieme, offrono un'opzione robusta adatta per attrezzature tattiche, attrezzature per il trasporto e altre applicazioni che richiedono una connessione sicura con bloccaggio.

Figura 7: La spina con bloccaggio 761KZ utilizza un anello flottante per consentire una connessione bloccata alla presa. (Immagine per gentile concessione di Switchcraft)

Conclusione

I progettisti di apparecchiature portatili e a batteria non devono più scegliere tra la protezione dall'ambiente e la praticità dell'ecosistema dei connettori cilindrici. Le prese di alimentazione c.c. non accoppiate sigillate di Switchcraft offrono una protezione IP68 anche quando il dispositivo è scollegato, mantenendo al contempo la piena compatibilità con le spine cilindriche standard. L'abbinamento di queste prese con le spine serie Z offre ulteriori caratteristiche di sicurezza e opzioni di bloccaggio, offrendo ai progettisti un'ampia gamma di opzioni per le apparecchiature destinate a essere utilizzate in ambienti diversi.