Разъемы постоянного тока: типы, характеристики и применение.

Разъемы постоянного тока (DC) для питания устройств: типы, характеристики, применение в электронике и автомобилях. Безопасность и совместимость.

14 мин чтения

100%

Источник: DC connector — Wikipedia

Сравнивайте с английским: нажмите на абзац — оригинал откроется в окне. Кнопка EN под абзацем показывает его прямо в тексте.

Содержание

Введение

Электрический разъем для передачи постоянного тока

Разъем постоянного тока (или DC-разъем, для одного из распространенных типов) – это электрический разъем для подачи питания постоянным током (DC). По сравнению с бытовыми вилками и розетками переменного тока, разъемы постоянного тока имеют гораздо большее количество стандартов, и они не взаимозаменяемы. Размеры и конфигурация разъемов постоянного тока могут быть выбраны для предотвращения случайного подключения несовместимых источников питания и потребителей. Типы варьируются от небольших коаксиальных разъемов, используемых для питания портативных электронных устройств от адаптеров переменного тока, до разъемов, применяемых для автомобильных аксессуаров и аккумуляторных батарей в переносном оборудовании.

Сверхнизкое напряжение (ниже 120 Вт постоянного тока)

Эти разъемы пониженного напряжения рассчитаны на напряжение 120 В постоянного тока или ниже.

Коннекторы цилиндрические

Маленькие цилиндрические разъемы выпускаются в различных размерах. Они могут быть известны как "коаксиальные силовые разъемы", "разъемы типа бочка", "концентрические разъемы типа бочка" или "штыревые разъемы". Эти вилки предназначены для использования в кабеле, подключенном к внешнему адаптеру переменного тока (источнику питания). Соответствующая розетка или гнездо постоянно устанавливается на питаемое оборудование. Некоторые из этих розеток содержат нормально замкнутый контакт, который можно использовать для отключения внутренних батарей при подключении источника питания, предотвращая риск утечки или взрыва батареи, вызванный неправильной зарядкой. Цилиндрические вилки обычно имеют изолированный штырь, предназначенный для вставки контактов. Внешний корпус вилки является одним из контактов, чаще всего, но не всегда, отрицательным полюсом питания. Вилки с обратной полярностью могут повредить схемы при подключении, даже если напряжение правильное; не все оборудование оснащено защитой. Контакт, установленный в розетке, соприкасается со вторым внутренним контактом. Внешний контакт вилки часто называют гильзой, обоймой или кольцом, а внутренний – штырем. Существует большое разнообразие размеров и конструкций этих силовых разъемов, и многие из них выглядят довольно похожими, но не полностью механически или электрически совместимы. Помимо множества стандартных конструкций (изначальный разработчик которых неизвестен), существует по крайней мере два различных национальных стандарта – EIAJ в Японии и DIN в Германии, а также разъем JSBP, используемый в некоторых ноутбуках. Японский стандарт EIAJ включает пять различных размеров, каждый из которых поддерживает определенный диапазон напряжений. Большинство других коаксиальных разъемов постоянного тока не имеют определенной привязки к напряжению. Стандартные вилки часто называют по диаметру штыря, для которого они предназначены. Многие непатентованные коаксиальные силовые разъемы имеют определенный внешний диаметр (OD) и длину. Два размера штырей обычно используются в розетках для корпуса вилки этого размера, и , и вилки должны соответствовать. Если размер неизвестен, трудно различить визуально или с помощью измерений вилки с внутренним диаметром 2,1 мм и 2,5 мм; некоторые поставщики предлагают простые методы определения. Максимальные номинальные токи обычно варьируются от неуказанных до 5 А (11 А для специальных высокомощных версий от некоторых компаний), при этом 1 А, 2 А и 5 А являются распространенными значениями. Меньшие типы обычно имеют более низкие номинальные характеристики как по току, так и по напряжению. "Штырь" (то есть внутренний проводник) обычно несет положительный (+) полюс, но некоторые устройства и их источники питания используют отрицательный штырь. Размер разъема обычно не указывает на напряжение. За исключением некоторых запатентованных разъемов, невозможно достоверно определить какую-либо информацию о параметрах питания (токе, напряжении, полярности, даже переменном или постоянном токе), просто осмотрев разъем.

Small cylindrical connectors come in a variety of sizes. They may be known as "coaxial power connectors", "barrel connectors", "concentric barrel connectors" or "tip connectors". The intended use of these plugs is on the cable connected to an external AC adapter (power supply). The matching jack or socket is permanently fitted to the equipment to be powered. Some of these jacks contain a normally closed contact, which can be used to disconnect internal batteries whenever the power supply is connected, avoiding the risk of battery leakage or explosion posed by incorrect recharging of the batteries. Cylindrical plugs usually have an insulated tip constructed to accept insertion of a pin. The outer body of the plug is one contact, most often but not always the negative side of the supply. Inverted polarity plugs can, and do, damage circuitry when plugged in, even if the voltage is correct; not all equipment is equipped with protection. A pin mounted in the socket makes contact with a second internal contact. The outer plug contact is often called the barrel, sleeve or ring, while the inner one is called the tip. There are a wide variety of sizes and designs for these power connectors, and many appear quite similar to each other yet are not quite mechanically or electrically compatible. In addition to a plethora of generic designs (whose original designer is unknown) there are at least two different national standards—EIAJ in Japan and DIN in Germany, plus the JSBP connector used on some laptop computers. The Japanese EIAJ standard includes five different sizes, with each supporting a specified range of voltages. Most of the other coaxial DC power connectors have no specified voltage association, however. Generic plugs are often named for the pin diameter they are designed to take. Many non proprietary co axial power plugs are in outside diameter (OD) and in length. Two pin sizes are common in the jacks for this size plug body, and , and the plugs should match. If the size is not known, it is difficult to distinguish by eye or measurement between the 2.1mm and 2.5mm ID plugs; some suppliers suggest simple methods. Maximum current ratings commonly vary from unspecified up to 5 A (11 A for special high power versions from some companies), with 1 A, 2 A and 5 A being common values. The smaller types usually have lower ratings, both for current and voltage. The 'tip' (i. e., the inner conductor) usually carries the positive (+) pole, but some devices, and their power supplies, use negative tip. Connector size does not usually indicate the voltage. It is not possible, except for some proprietary connectors, to reliably infer any information on power parameters (current, voltage, polarity, even whether AC or DC) by examining the connector.

Молексный разъем

Молексные разъемы часто использовались в качестве разъемов питания постоянного тока в персональных компьютерах для подключения дисководов, жестких дисков и CD-приводов. Эти разъемы имеют четыре контакта: +5 В (красный), два общих провода заземления (черный) и +12 В (желтый). Периферийные устройства SATA используют разъемы другого типа. Существуют запирающиеся молексные разъемы с 3, 4 и 6 выводами.

Коннекторы Tamiya

Коннекторы Tamiya широко используются в батарейных блоках и зарядных устройствах для радиоуправляемых транспортных средств (игрушек).

Коннектор JST RCY

Коннектор серии JST RCY имеет шаг 2,5 мм и производится компанией J. S. T. Mfg. Co., Ltd. В среде радиоуправления он известен как схема исключения батареи (BEC) или P-разъем. JST также производит другие типы разъемов, используемых в R/C и хобби-электронике.

Дина стиль T-Plug

Коннектор T-Plug от Deans – это поляризованный высокотоковый разъем, предотвращающий случайное обратное подключение. Это особенно важно для предотвращения "вспышки" LiPo аккумулятора, которая может привести к ожогам или другим повреждениям. В зависимости от производителя, разъемы Deans чувствительны к перегреву при пайке, поскольку пластик может размягчиться, а контактные поверхности легко деформируются. В зависимости от конструкции, они могут выдерживать токи до 40А (импульсные – до 70А). Стандартная распиновка T-Plug: отрицательный (-) – параллельный контакт; положительный (+) – перпендикулярный контакт.

Защитные щитки инвертора

Инверторные наконечники/выводы доступны в сечениях 2, 4 и 8 AWG. Они предназначены для передачи очень высоких токов при напряжениях до 600 В постоянного тока к аккумуляторным батареям, инверторам и другим потребителям с высоким током, подключаемым к распределительной шине.

Система питания в воздушном судне

В прошлом использовались два различных стандарта систем питания от сети для пассажирских кресел (ISPSS) для питания постоянным током. Американские авиалинии ранее использовали автомобильную вспомогательную розетку. Большинство других авиакомпаний, предоставляющих питание постоянным током, используют более компактную систему EmPower с 4-контактным разъемом серии D производства Hypertronics. Она способна обеспечивать до 15 вольт при максимальном токе 5 ампер.

Коннекторы Anderson Powerpole

Коннекторы Powerpole – это серия разъемов, разработанных компанией Anderson Power Products и доступных в различных размерах и цветах. Наиболее распространенные разъемы серий 15/30/45 взаимозаменяемы между собой и используют одни и те же корпуса, но отличаются по контактам, предназначенным для проводов разного сечения и различных требований по току. Коннекторы Powerpole не имеют гендерной привязки, то есть не различают пол и розетку, что исключает необходимость беспокоиться о правильности подключения или полярности, в отличие от двухпроводных прицепных разъемов, которые физически не имеют гендерной привязки, но электрически – да. Коннекторы Powerpole приняты в качестве стандартного 12 В постоянного тока большинством организаций RACES (Радиолюбительская гражданская служба экстренной связи) и подразделений ARES (Радиолюбительская служба экстренной связи). Они обеспечивают высокую пропускную способность тока для своих размеров. Кроме того, они позволяют легко соединять и разъединять их даже при плохом зрении или освещении. Однако они относительно легко повреждаются, и при неправильной обжимке могут легко разъединяться даже при небольшом усилии, если не приняты дополнительные меры для фиксации.

Коннектор SAE

SAE-разъем является физически самосопрягающимся гермафродитным двухпроводниковым разъемом постоянного тока, обычно используемым в солнечной энергетике и автомобильной промышленности (в том числе для мотоциклов). Он получил свое название в честь Общества автомобильных инженеров (SAE), разработавшего спецификации, на которых основан этот разъем. Хотя вилка физически гермафродитна, и любой разъем SAE может быть подключен к любому другому разъему SAE, они НЕ являются электрически гермафродитными, и необходимо соблюдать осторожность, чтобы обеспечить правильную полярность при соединении различных вилок друг с другом. Этот разъем обычно используется для поддержания заряда автомобильного аккумулятора. Полярность разъема, установленного в транспортном средстве и подключенного к аккумулятору, всегда такова, что короткое замыкание не произойдет, если открытый контакт коснется шасси транспортного средства. В большинстве транспортных средств это означает, что открытый контакт подключается к отрицательной клемме аккумулятора. Соответственно, положительная клемма зарядного устройства является открытой, чтобы соединиться со скрытой клеммой на стороне транспортного средства. (В транспортных средствах с положительным заземлением, таких как старинные британские мотоциклы, это обращено вспять.) Хотя существует риск короткого замыкания зарядного устройства, этот риск минимален и часто снижается схемой самого зарядного устройства. С другой стороны, ток короткого замыкания свинцово-кислотных аккумуляторов, устанавливаемых в транспортных средствах, достаточно велик, чтобы короткое замыкание могло привести к пожару или взрыву. Поэтому приоритет отдается предотвращению короткого замыкания автомобильного аккумулятора, а не зарядного устройства. Хотя термин "SAE-разъем" обычно используется для обозначения изображенного двухконтактного разъема, существует множество различных стандартов разъемов, разработанных SAE International, которые также могут называться этим термином. Более того, хотя конструкция данного разъема была вдохновлена и основана на стандартах SAE, сам разъем не имеет официального обозначения SAE. Спецификации SAE доступны для J928 и J1239, но для их просмотра требуется оплата.

The SAE connector is a physically self mating hermaphrodite two conductor DC connector commonly used for solar and automotive applications (also motorcycles). It is so named for the Society of Automotive Engineers who created the specifications this connector is based on. Although the plug is physically hermaphroditic, and any SAE connector can be connected to any other SAE connector, they are NOT electrically hermaphroditic and care needs to be taken to maintain correct polarity when connecting different plugs to each other. This connector is typically used for applying a maintenance charge to a vehicle battery. The polarity of the connector, when installed in a vehicle and attached to a battery, is always such that no short circuit will occur if the exposed terminal were to touch the vehicle chassis. In most vehicles, this means that the exposed terminal connects to the negative terminal of the battery. Conversely, the positive terminal on a battery charger is exposed, to mate with the concealed one on the vehicle side. (On vehicles with a positive ground frame, such as vintage British motorcycles, this is reversed.) Although there is a risk of short circuiting a battery charger, the risk is minimal and often mitigated by the circuitry of the battery charger itself. On the other hand, the short circuit current of the lead–acid batteries installed in vehicles is sufficiently great, that a short circuit could result in a fire or explosion. The priority is therefore given to avoiding short circuits of the vehicle battery, rather than of the charger. Although the term "SAE connector" is commonly used to refer to the pictured two pin connector, there are many different connector standards designated by SAE International that may also be referred to by this term. Furthermore, while the design of the subject connector was inspired by and based on SAE Standards, the connector itself has no official SAE designation. The SAE Specifications are available for J928 and J1239 but do require payment to be viewed.

Стекло и вилки для автозажигалок

Автомобильный прикуриватель, также называемый гнездом для сигарет или сигар, изначально был разработан как зажигалка для сигар, что и обуславливает его довольно большой размер. В настоящее время он используется для питания автомобильных аксессуаров, таких как портативные инверторы, зарядные устройства для мобильных телефонов и переносные холодильники. Эти розетки изначально не предназначались для подачи постоянного тока и не являются идеальным разъемом постоянного тока по ряду причин, однако они по-прежнему широко используются для обеспечения совместимости с существующими аксессуарами. Существует три размера: один для 6 В постоянного тока и два для 12 В постоянного тока, при этом соединение 12-вольтовых разъемов и гнезд разных размеров может быть проблематичным. Из-за этого, а также из-за иногда используемого провода малого сечения, они могут обеспечивать ненадежное электропитание. Полярность для 12-вольтовых гнезд: центральный штифт – положительный (+), внешний контакт – отрицательный (−). Обратная полярность может повредить некоторые электронные устройства. Хотя номинальное напряжение 12-вольтовой свинцово-кислотной батареи составляет 12 В постоянного тока, при работающем двигателе система зарядки автомобиля повышает напряжение системы до 13,8 В постоянного тока или выше. Устройства, подключаемые к прикуривателю, должны учитывать возможный диапазон напряжения батареи от 11 до 15 В постоянного тока. Этот разъем также часто используется для питания аксессуаров на мотоциклах, таких как обогреваемая одежда (жилеты, перчатки и т. д.) или GPS-навигаторы. Это упрощает подключение в перчатках. Поскольку у аксессуара нет собственного источника питания, отсутствует риск короткого замыкания открытого разъема.

Коннектор ISO 4165

По своей концепции схож с автомобильной прикуривательной розеткой, разъем ISO 4165 короче и меньше. Чаще всего встречается на мотоциклах, он также известен как разъем "BMW Accessory", "Hella", "Merit", "Norm" или "Powerlet".

Крепления XLR, используемые для питания

В вещательной, кино- и телевизионной индустрии 4-контактный XLR-разъем является стандартом для питания 12 В. Разъемы подключаются: контакт 1 – отрицательный, контакт 4 – положительный. Часто контакты 1 и 2 используются как отрицательные, а 3 и 4 – как положительные для обеспечения более высокого тока. Разъемы типа "мама" используются в качестве источника питания, а разъемы типа "папа" – на нагрузке. Большинство аккумуляторных блоков и блоков питания выдают 13,2 В, но оборудование обычно может работать в диапазоне от 11 до 18 вольт, чтобы поддерживать аккумуляторные батареи различного напряжения и возможность зарядки во время работы. Некоторые производители также используют широкодоступный XLR3 в качестве штекера питания, несмотря на то, что он является общепринятым стандартом для других целей.

Клипсовые соединители

В Австралии розетка Clipsal T-образной конфигурации используется для подключения источников питания постоянного тока сверхнизкого напряжения, например, в автономных энергосистемах (SAPS) или на судах, чтобы предотвратить случайное подключение 12-вольтовых приборов к 240-вольтовым розеткам. Этот разъем также применяется для временного оборудования в машинах экстренных служб. Контактные штыри разъема расположены перпендикулярно друг другу и обычно ориентированы так, чтобы напоминать букву «Т». Полярность на розетке может быть произвольной и требует проверки, чтобы избежать повреждения оборудования.

Стелька USB

Из-за популярности USB для мобильных телефонов и планшетов, разъемы и вилки USB стали распространенным выбором для других небольших устройств, требующих пять вольт или меньше, даже тех, которым не требуется подключение для передачи данных. Примеры включают фонарики, игрушки, такие как небольшие вертолеты, и аккумуляторные батареи (которые, в свою очередь, обеспечивают пять вольт через USB для подзарядки других устройств). Доступны настенные розетки со встроенными адаптерами питания USB и разъемами USB. В 2009 году ЕС разработал общую спецификацию внешних блоков питания, добровольную спецификацию, которая стимулировала производителей мобильных телефонов использовать разъем micro USB B. По состоянию на 2016 год большинство новых мобильных телефонов использовали этот разъем для зарядки. В 2012 году была выпущена спецификация USB Power Delivery (PD). Спецификация USB PD позволяет устройствам на 5 В потреблять более (чем ограничение спецификации зарядки аккумуляторов USB) 7,5 Вт мощности от портов USB с поддержкой PD при использовании кабелей USB с поддержкой PD. Спецификация также позволяет портам USB PD обеспечивать еще большую мощность при более высоком напряжении через кабели с поддержкой PD – до 36 Вт при 12 В и 60 Вт при 20 В (для разъемов micro USB) и до 60 Вт при 12 В и 100 Вт при 20 В (для стандартных разъемов USB A/B). После того, как предыдущие разъемы устарели в USB 3.2, новый разъем USB C стал новым стандартом для зарядки (и передачи данных) через USB. В Европейском союзе Директива о радиооборудовании 2021/0291 требует, чтобы новые смартфоны использовали USB C в качестве универсального зарядного устройства к концу 2024 года, а ноутбуки – к 2026 году.

Другие разъемы постоянного тока

Существует ряд аналогичных разъемов питания для печатных плат, включая Molex Mini Fit SR, Molex Mini fit jr., MOLEX MICROFIT и Molex SABRE, а также разъемы AMP DUAC, которые очень похожи друг на друга. Некоторые штекеры с тремя, четырьмя, пятью или более контактами также называют разъемами постоянного тока. Они были широко распространены в ламповой аппаратуре и продолжают использоваться там, где требуется подача нескольких напряжений. В ламповой аппаратуре контакты обычно располагаются на стороне оборудования для обеспечения безопасности. Многие мобильные телефоны используют разъемы постоянного тока, уникальные для производителя или даже конкретной модели телефона. В целях повышения совместимости зарядных устройств для телефонов крупные производители договорились о стандартизации разъема micro USB для новых зарядных устройств с 2010 года. Многие производители выпускают специальные разъемы постоянного тока для аккумуляторных батарей, приборов, медицинского оборудования, коммуникационного оборудования и других устройств. Аккумуляторные серии Power Pack (PP), такие как 9-вольтовая батарея PP3, имеют круглые и шестигранные контакты, которые соединяются с "защелкивающимся" разъемом, имеющим физически идентичные (но с обратной полярностью) контакты. Специальные "октальные" разъемы с 8 или 11 контактами, почти идентичные октальным реле или ламповым цоколям, использовались для подключения источников питания к некоторым ламповым аудиоусилителям, передатчикам и приемопередатчикам (особенно в любительских моделях). На блоке питания устанавливались гнезда, а на радиооборудовании – штекеры с открытыми контактами. Также были широко доступны кабельные сборки с соответствующими разъемами. Эти соединения передавали положительное напряжение анода (обычно 600 В постоянного тока для Heathkit, 800 В постоянного тока для Collins), отрицательное смещение сетки (−130 В постоянного тока), 6,3 и 12,6 В переменного тока для нитей накала и управляющие функции (дистанционное включение/выключение питания).

Низкое напряжение (1201,500 VDC)

Эти низковольтные разъемы рассчитаны на напряжение до 1500 В постоянного тока включительно.

Андерсон SBS

Серии разъемов Anderson SBS и SBS Mini рассчитаны на напряжение до 600 В постоянного тока при (в зависимости от разъема) токе 50 А, 75 А или 110 А. Однако отключение под нагрузкой возможно только при напряжении до 120 В постоянного тока. В спецификации указаны разъемы, способные выдерживать от 294 до 400 В постоянного тока. В стандарте предусмотрено два разъема мощностью 2,6 кВт и 5,2 кВт. Разъем с меньшим током можно вставить в разъем с большим током, но разъем с большим током не соединяется с разъемом с меньшим током. Разъем мощностью 2,6 кВт можно отключать под нагрузкой, но разъем мощностью 5,2 кВт – нет. Предназначенные главным образом для питания компьютерного и коммуникационного оборудования, эти разъемы позволяют центрам обработки данных переходить на питание оборудования постоянным током вместо переменного.

Сеть безопасности

Коннектор Saf D Grid обеспечивает до 600 В постоянного тока при силе тока до 30 А, при этом занимая такое же пространство, как коннектор IEC 320 C13/C14, обычно ограниченный 250 В переменного тока при силе тока 10 А. Коннектор также может быть отключен под нагрузкой. Подобно IEC 62735, этот коннектор был разработан для замены разъема IEC, используемого в компьютерных блоках питания, чтобы обеспечить их работу от напряжения 380–400 В постоянного тока. Представленный в январе 2009 года, он появился раньше конкурирующего стандарта IEC, однако, несмотря на это, не получил широкого распространения.

Молекс Империум

Коннектор Imperium от Molex предназначен для применения в автомобильной промышленности и рассчитан на 1000 В постоянного тока при 250 А. По состоянию на 2021 год производитель признал этот коннектор устаревшим.

Высокое напряжение (более 1500 VDC)

Эти высоковольтные разъемы рассчитаны на напряжение выше 1500 В постоянного тока.

Банановый разъем

Банановый разъем, обычно рассчитанный только на сверхнизкое напряжение, также доступен в высоковольтном исполнении. Эта версия разъема имеет толстый защитный кожух вокруг обоих – и мужского, и женского – контактов, что позволяет использовать его при напряжениях до 30 кВ. Кожух обычно достаточно глубокий, чтобы исключить возможность подключения стандартных банановых штекеров. Этот тип разъема часто встречается в высоковольтном испытательном оборудовании, таком как источники питания и вольтметры, способные работать с напряжениями 10 кВ и выше.