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Thermisches Design für PCB-montierte Hochstromfähige Hohlstecker

GlobTek Inc. 2019

Die nachfolgenden Informationen beziehen sich auf folgende Produkte von GlobTek:

  • JACK-L-PC-10A-RA(R)

  • JACK-C-PC-10A-RA(R)

GlobTeks Stecker JACK-L-PC-10A-RA(R) und JACK-C-PC-10A-RA(R) sind belastbar mit Dauerstrom von bis zu 10, dadurch kann eine hochstromfähige Verbindung direkt auf der Zielleiterplatte realisiert werden. Die Kontaktierung ist bei einer elektrischen Verbindung niemals ideal, dadurch kommt es zu einem entsprechenden Übergangswiderstand an der Verbindung von Stecker und Buchse.

Robuste Verbindungen wie GlobTeks 10A PCB-montierbare Buchsen haben sehr geringe Übergangswiderstandswerte. Aber auch hier ist der Widerstand bei hohen Strömen nicht vernachlässigbar und verursacht eine Erwärmung im Stecker. Einen Stecker bei sehr hohen Temperaturen zu betreiben kann zu Schäden am Stecker und auf der Platine führen, zusätzlich stellt dies ein zusätzliches Sicherheitsrisiko dar.

Daher muss festgelegt werden, ob zusätzliche Maßnahmen erforderlich sind, damit der Stecker bei einer sicheren Temperatur betrieben wird. Die wichtigsten Faktoren dabei sind:

  1. Umgebungstemperatur

  2. Maximaler Dauerstrom

Die einfachste Herangehensweise ist das Einrichten einer Wärmesenke durch zusätzlichen Kupferbereiche auf der Leiterplatte in der Nähe des Steckers. Diese vergrößerte Fläche ermöglicht eine bessere Kühlung durch natürliche Konvektion. Die erforderliche Kupferfläche hängt stark von der Anwendung ab.

GlobTek entwickelte ein Wärmeevaluierungs-Board, um die Effizienz von Wärmesenken auf der Leiterplatte testen zu können. (Bild auf der nächsten Seite). Beim Einsatz des kleinsten Leiterplattenbereiches (22,0 x 28,0mm auf der Vorder- und der Rückseite) zeigte sich, dass der Stecker 24 Stunden lang bei 55°C mit 10A belastet werden kann, ohne das es zu Qualitätseinbußen kommt. Unter diesen Testbedingungen, werden am Center-Pin des Steckers Temperaturen knapp über 130°C erreicht. Darum ist es, beim Einsatz von GlobTek-Stecker unter ähnlichen Bedingungen wichtig die maximale Betriebstemperatur der Leiterplatte zu kennen. Es ist erforderlich ein Leiterplatte zu verwenden die für eine Betriebstemperatur von mindestens 130 °C zugelassen ist.

Beim Einsatz von GlobTeks Leiterplatten-montierten Hohlsteckern unter höheren Umgebungstemperaturen wie z.B. 85°C können die folgenden Lösungsansätze verwendet werden:

  1. Vergrößerung der Kupferbereiche (insbesondere bei Center-Pin Ebene mit höherem Widerstand)

  2. Höhere Kupferdicke

  3. Einsatz von Leiterplatten die für den Einsatz bei höheren Betriebstemperaturen gedacht sind.

GlobTek Wärme-Evaluation Board für die Stecker JACK-L-PC-10A-RA(R) und JACK-C-PC-10A-RA(R)

Oberes Bild: GlobTek Wärme Evaluation Board für die Stecker JACK-L-PC-10A-RA(R) und JACK-C-PC-10A-RA(R) <93/94/89% >

Kupferdicke: 2 oz. (0,071mm)l

Kunden die die Wärmeverteilung testen wollen können bei GlobTek auf Anfrage eine Testleiterplatte erhalten, eventuell wird eine geringe Servicepauschale erhoben.

Bitte beachten Sie die Testleiterplatte hat Einsatzmöglichkeiten für drei verschiedene Kupferbereiche. Das Evaluation Board mit dem 22 x 28mm großen Kupferbereich wurde unter verschiedenen Umgebungsbedingungen getestet, beachten Sie dazu auch die folgende Seite mit den thermischen Daten. Die Kupferfläche bei der größte Leiterplatte unten ist fast doppelt so groß.

ZUSAMMENFASSUNG TEMPERATURMESSUNG STECKER

Verwendetes Netzteil:

TR9KE9000CCP‐IM(R6B)

TR9KE9000LCP‐IM(R6B)

Teilenummer Stecker:

JACK‐C‐PC‐10A‐RA(R) 2.1mm

JACK‐L‐PC‐10A‐RA(R) 2.5mm

Testbedingung A

TEILENUMMER STECKER

Umgebungstemperatur

Strom

Gesamtzeit

Max. Temp CENTER PIN

Max. Temp HÜLSE

JACK‐C‐PC‐10A‐RA(R ) 2.1mm

55°C

10A

22,86

116,4°C

88,9°C

JACK‐L‐PC‐10A‐RA(R ) 2.5mm

55°C

10A

22,86

132,8°C

97,6°C

Testbedingung B

TEILENUMMER STECKER

Umgebungstemperatur

Strom

Gesamtzeit

Max. Temp CENTER PIN

Max. Temp HÜLSE

JACK‐C‐PC‐10A‐RA(R ) 2.1mm

85°C

8A

25,11

156,54°C

116,31°C

JACK‐L‐PC‐10A‐RA(R ) 2.5mm

85°C

8A

25,11

141,97°C

115,88°C

Testbedingung C

TEILENUMMER STECKER

Umgebungstemperatur

Strom

Gesamtzeit

Max. Temp CENTER PIN

Max. Temp HÜLSE

JACK‐C‐PC‐10A‐RA(R ) 2.1mm

85°C

10A

21,45

176,14°C

128,89°C

JACK‐L‐PC‐10A‐RA(R ) 2.5mm

85°C

10A

21,45

177,46°C

134,33°C

Alle Versuche fanden in einem temperierten Raum mit ruhender Luft statt, verwendet wurden Leiterplatten mit einem Kupferbereich von 22x28mm auf Ober und Unterseite mit einer Kupfermenge von 2 Unzen.

Getestet durch:EV

PHOTOS VON EVALUATION BOARD UND TESTAUFBAU

VON GLOBTEK EMPFOHLENE MONTAGE DER STECKER AUF DER LEITERPLATTE

Hinweis, die maximale Temperatur auf der Leiterplatte ist um etwa 10°C geringer als die maximale Temperatur am Center Pin, der Grund ist die Wärmeleitung entlang des Pins auf die große Kupferfläche auf der Leiterplatte.

Empfohlene Betriebstemperaturbereiche für die Leiterplatte (bitte verwenden Sie Temperatursensoren zur Überprüfung bei den Endanwendungen)

Testbedingung A

130°C oder 140°C

Testbedingung B

150°C oder 160°C

Testbedingung C

170°C oder 180°C

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