Cómo seleccionar conectores de alimentación de CC:conceptos básicos

Este artículo tiene como objetivo simplificar el proceso de selección del conector de alimentación de CC con una descripción general de los tipos, especificaciones clave y nomenclatura comúnmente aceptada, al mismo tiempo que analiza el audio y Conectores USB en aplicaciones de energía.

La selección de un conector de alimentación de CC es un aspecto que a menudo se pasa por alto en el diseño final de un ingeniero. Aunque es un componente relativamente simple y directo, los conectores de alimentación de CC aún requieren un conocimiento básico para garantizar que se seleccione el conector adecuado.

La función de los conectores de alimentación de CC

También conocidos como conectores de barril, los conectores de alimentación de CC tendrán clasificaciones de corriente y voltaje especificadas por el fabricante para garantizar la confiabilidad en las aplicaciones de suministro de energía. La clavija y el enchufe de un conector de alimentación de CC estándar suelen tener dos conductores. Un conductor está expuesto y el segundo conductor está empotrado, lo que ayuda a evitar un cortocircuito accidental entre los dos conductores. Debido a que los conectores de barril casi siempre se usan para suministrar energía a una aplicación final, virtualmente no hay riesgo de dañar otros componentes al enchufar un conector de energía CC en un puerto incorrecto.

Nomenclatura común del conector de alimentación de CC

En la industria de la electrónica, existen tres configuraciones comúnmente aceptadas para los conectores de alimentación de CC:toma, clavija y receptáculo. Un conector de alimentación de CC es responsable de recibir energía y generalmente se monta en la PCB o en el chasis de un dispositivo electrónico. Los receptáculos de alimentación de CC también están destinados a recibir alimentación, pero en su lugar se encuentran en el extremo de un cable de alimentación. Por último, los enchufes de alimentación de CC suministran energía desde una fuente de alimentación mediante la conexión a un enchufe o receptáculo de alimentación de CC adecuado. La Figura 1 a continuación muestra estas configuraciones comunes.

Figura 1. Configuraciones típicas del conector de alimentación de CC.

Definiciones de género de los conectores de alimentación de CC

Si bien las definiciones de enchufes, enchufes y receptáculos están bien estandarizadas dentro de la industria, las definiciones de género para los conectores de alimentación de CC lo son menos. Muchos ingenieros simplemente siguen las convenciones de género de la industria de los conectores de RF, que define el género de un conector de barril según la configuración de la clavija central. Por lo tanto, los conectores de alimentación de CC con un pin central generalmente se definen como conectores macho y el conector de acoplamiento como hembra. Esta línea de definición a veces puede confundirse al abordar la diferencia entre enchufes y enchufes macho y hembra, pero la Figura 2 proporciona ejemplos para ayudar a aclarar.

Figura 2. Ejemplos de enchufes y enchufes macho y hembra.

Dimensiones del conector cilíndrico

Algunas especificaciones clave a la hora de elegir un conector cilíndrico apropiado son los diámetros de la clavija interior y del manguito exterior. En las tablas siguientes se enumeran los diámetros más comunes para estas especificaciones.

Figura 3. Diámetros comunes de pasador interno y manguito externo.

Aunque todavía no se ha estandarizado un espacio libre común, el diámetro del manguito interior, que interactúa con el pasador interior, debe ser un poco más grande que el del pasador de acoplamiento. En lo que respecta al manguito exterior y al conector de acoplamiento, el espacio libre no es fundamental para el correcto funcionamiento del conector porque la conexión de acoplamiento al manguito exterior es un resorte plano en voladizo.

Además de los diámetros de la clavija interior y del manguito exterior, la profundidad de inserción es otra especificación del conector de alimentación de CC a tener en cuenta. Un diseñador a menudo encontrará que la profundidad de inserción del conector es menor que la longitud del cuerpo del enchufe. Esto se debe a que es importante tener en cuenta la profundidad de la pared del chasis en determinadas instalaciones.

Si esa profundidad adicional no se tiene en cuenta, la longitud del cañón puede ser demasiado corta para acoplarse correctamente al gato en la instalación. En otros casos en los que no se requiere que el cilindro del enchufe esté completamente cerrado cuando se inserta en el conector, es aceptable una longitud del cilindro mayor que la relación de profundidad de inserción.

Conductores del conector de alimentación de CC

Un conector o enchufe de alimentación de CC estándar tiene dos conductores con la clavija central típicamente para energía y la manga exterior típicamente para tierra. Sin embargo, es aceptable invertir esta configuración de conductor. Un tercer conductor que forma un interruptor con el conductor de la manga exterior también está disponible en ciertos modelos de tomas de corriente. Este interruptor se puede utilizar para detectar o indicar la inserción del enchufe o para seleccionar entre las fuentes de alimentación en función de cuándo el enchufe está o no insertado.

Figura 4. Configuraciones de conductores del conector cilíndrico.

Opciones de montaje

Como ocurre con muchos componentes, existen varias opciones para montar un conector de alimentación de CC en una aplicación final.

Los enchufes de alimentación de CC para montaje en panel ofrecen la conveniencia de montar en cualquier lugar del chasis del producto con la compensación de necesitar cables para conectarse a los circuitos electrónicos. Cuando se trata de tomas de alimentación de CC montadas en PCB, el montaje en superficie (SMT) y el orificio pasante en orientaciones horizontales o verticales son los más comunes.

Varias tomas de alimentación de CC con conexiones de señal SMT también ofrecerán clavijas o lengüetas de orificio pasante para asegurar aún más la toma en la PCB. Estas pestañas pueden estar conectadas eléctricamente o no, pero estarán soldadas por un orificio pasante a la PCB.

Otras formas de clavijas de estabilización no son conductoras y se ajustan por interferencia en los orificios de la PCB. Los enchufes de alimentación de CC SMT de montaje medio son otra opción en la que el enchufe se coloca en una abertura que sale de la PCB, lo que crea una opción de perfil más bajo para aplicaciones con limitaciones de espacio.

Conectores de audio utilizados para la entrega de energía

Incluso con la capacidad de transferir corriente y voltaje, los conectores de audio estándar no se recomiendan para alimentar una aplicación electrónica. Esto se debe a que no todos los fabricantes especifican un conector de audio para las capacidades necesarias de voltaje y corriente. En segundo lugar, si un enchufe de audio estuviera conectado a una fuente de alimentación, sus conductores expuestos podrían causar fácilmente un cortocircuito accidental entre dos o más de los conductores. Por último, si un enchufe de audio estuviera suministrando energía, sería fácil enchufarlo en otras tomas de audio que no estén diseñadas para recibir energía con la posibilidad de dañar los componentes internos.

Conectores USB utilizados para suministro de energía

A diferencia de los conectores de audio, los conectores USB son ampliamente conocidos por su capacidad de transferencia de datos y suministro de energía. Sin embargo, sus clasificaciones de potencia máxima eran más limitadas hasta la invención del estándar USB Type-C.

El conector USB tipo C con sus cuatro contactos de alimentación y cuatro contactos de tierra tiene una clasificación de corriente de hasta 5 A, una clasificación de voltaje máxima de 20 V y una clasificación de potencia de hasta 100 W. Esta capacidad de suministro de energía lo ha convertido en una solución atractiva para energía -sólo aplicaciones debido a la adopción generalizada de USB Type-C y la integración de diseño simplificada. Sin embargo, en aplicaciones donde la carga o la alimentación es la única función, los pines de transferencia de datos de alta velocidad pueden agregar costos innecesarios. Como resultado, los conectores USB tipo C de solo alimentación sin pines de transferencia de datos se han convertido en una opción más económica para diseños de solo alimentación.

Selección de conectores de alimentación de CC

Armado con la información correcta, la selección de un conector de alimentación de CC debería causar pocos problemas. Tenga cuidado de tener en cuenta los diámetros del pasador interior y del manguito exterior, así como la profundidad de inserción, para garantizar las conexiones de acoplamiento adecuadas entre los enchufes y los enchufes. CUI Devices ofrece una gama de enchufes, enchufes y receptáculos de alimentación de CC disponibles con numerosos estilos de montaje y otras configuraciones, mientras que su guía de acoplamiento en cada página de producto simplifica aún más el proceso de búsqueda de enchufes y enchufes compatibles.

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