Bloki zaciskowe – co musisz o nich wiedzieć?

Omawiane elementy nazywa się też blokami zaciskowymi, zaciskami przyłączeniowymi, złączami zaciskowymi lub zaciskami śrubowymi, co prowadzi do niejednoznaczności. Ta mnogość terminów wynika zapewne z tego, że w języku polskim nie ma dobrego tłumaczenia dla angielskiego terminu "terminal block".

Elementy te składają się z obudowy modułowej tworzącej izolowany korpus, który tworzy połączenie dla dwóch lub więcej przewodów. Połączenie ma charakter rozłączalny, dzięki czemu listwy zaciskowe ułatwiają serwisowanie urządzeń i naprawy. Konstrukcyjnie są to stosunkowo proste komponenty, niemniej warto mieć podstawową wiedzę na ich temat oraz znać specyfikację dostępnych na rynku typów. W niniejszym artykule omówiono zagadnienia charakterystyczne dla tego rodzaju złączy, w tym kluczowe zagadnienia elektryczne i mechaniczne, aby pomóc inżynierom lepiej dobierać je do wymagań nakładanych przez aplikacje.

Typowe konfiguracje

W tabeli 1 przedstawiono trzy różne typy tych komponentów, w tym ich podstawowe zasady, style montażu i konfiguracje.

Ważne specyfikacje elektryczne

Dla wszystkich wymienionych typów listew zaciskowych istnieje szereg kluczowych parametrów, które należy wziąć pod uwagę na etapie projektowania urządzenia. Obejmują one:

• Prąd znamionowy. Ogólnie rzecz biorąc, najważniejszym parametrem, który należy uwzględnić w projektach ze złączami zaciskowymi, jest prąd znamionowy. Konkretna jego wartość wynika z przewodności zacisków połączeniowych i powierzchni ich przekroju poprzecznego oraz odpowiadającemu dopuszczalnemu wzrostowi temperatury. Przy wyborze listwy zaleca się, aby element ten przenosił prąd znamionowy o wartości co najmniej 150% przewidywanego maksymalnego prądu pobieranego przez sprzęt. Jeśli listwa zaciskowa nie jest odpowiednio dobrana i przenosi zbyt dużą wartość prądu, będzie się przegrzewać i rośnie groźba jej uszkodzenia. Może to prowadzić do krytycznych problemów dotyczących bezpieczeństwa.
  
  
• Napięcie znamionowe. Na wartość napięcia znamionowego listwy w pewnym stopniu wpływa raster wyprowadzeń i wytrzymałość dielektryczna materiału obudowy. Podobnie jak dla prądu, napięcie znamionowe złącza musi być większe niż maksymalna wartość napięcia zasilania systemu, z uwzględnieniem wszelkich skoków i przepięć, które mogą uszkodzić izolację.
  
  
• Liczba biegunów (kontaktów). Liczba kontaktów realizowana przez jeden moduł połączeniowy waha się od jednego do nawet 24.
  
  
• Raster. Jest definiowany jako odległość między sąsiednimi kontaktami. Jest to wartość związana z wymiarami złącza i powiązana z parametrami elektrycznymi. Wynika z wymaganego odstępu izolacyjnego, odstępów oraz maksymalnych wartości napięć i prądów. Typowe przykłady rastrów obejmują wartości metryczne i calowe, takie jak 2,54 mm, 3,81 mm, 5,0 mm itd.
  
  
• Rozmiar i typ przewodu. Przekrój przewodu, jaki może być montowany w złączu, podawany jest w wartościach AWG (American Wire Gauge). Większość listew zaciskowych pozwala na pewną tolerancję i ma możliwości stosowania różnych rozmiarów przewodów, np. 18–4 lub 24–12 AWG. Oprócz grubości drutu należy wziąć pod uwagę typ przewodu, aby był on dopasowany do wybranego typu elementu połączeniowego. Przewód wielożyłowy (linka) nadaje się do zacisków śrubowych, podczas gdy przewód jednożyłowy (drut) jest często łączony z zaciskami typu push-in (sprężynowymi).

 

Rys. 1. Typowe wersje listew zaciskowych (terminal block). Źródło: CUI Devices

 

Rys. 2. Typowe metody zabezpieczania przewodów w złączach terminal block.
Źródło: CUI Devices

Właściwości mechaniczne

Następne na liście istotnych czynników są parametry mechaniczne, które odnoszą się do rozmiaru zajmowanego przez blok połączeniowy na płytce drukowanej, orientacji i dostępności elementów obsługi złącza.

Orientacja wejścia przewodów może być pozioma (90°), pionowa (180°) i ukośna 45°. Wybór elementu zależy tutaj głównie montażu i tego, która orientacja zapewnia najlepsze dopasowanie i dostępność połączeń dla obsługi.

Metoda zabezpieczania przewodów. Podobnie jak w przypadku orientacji, istnieją trzy powszechne metody zabezpieczania przewodów w złączach terminal block: zacisk śrubowy, przycisk lub zacisk sprężynowy. Listwy zaciskowe śrubowe zawierają śrubę, która po dokręceniu zamyka zacisk w celu zabezpieczenia mocowania przewodu w gnieździe złącza. Wersja z przyciskiem działa w ten sposób, że naciśnięcie przycisku otwiera zacisk, co umożliwia włożenie drutu, a następnie zaciska go na drucie po zwolnieniu przycisku. Dzięki złączom z zaciskiem sprężynowym przewody można wtykać bezpośrednio do obudowy, tworząc połączenie bez przykręcania śrub lub naciskania przycisków do otwierania zacisku.

 

Rys. 3. Wersje modułowe pozwalające na spinanie złączy w większe bloki i rozwiązania jednoczęściowe. Źródło: CUI Devices

Wersje modułowe i jednoczęściowe. Listwy zaciskowe mogą być konstruowane w obudowach modułowych lub w wersjach pojedynczych. Te pierwsze zwykle dostępne są w wersjach 2- lub 3-biegunowych i pozwalają na spinanie w większe odcinki. Dają one inżynierom możliwość szybkiego uzyskania potrzebnej liczby biegunów oraz stworzenia wersji wielokolorowych. Natomiast jednoczęściowe listwy zaciskowe, które zawierają wszystkie bieguny w jednym bloku, zapewniają większą sztywność i wytrzymałość mechaniczną.

Metoda łączenia przewodów z obudową złącza. W przypadku konieczności zapewnienia możliwości częstego podłączania i odłączania wiązki przewodów do płytki drukowanej dobrym rozwiązaniem są wtykowe listwy zaciskowe. Składają się z dwóch części wtyczki modułowej z przewodami, która jest podłączana do zamocowanego na stałe gniazda na PCB. Ułatwia to odłączanie wszystkich przewodów naraz bez konieczności mozolnego ich demontażu po jednym.

 

Rys. 4. Złącza rozłączalne składają się z wtyku, do którego montowane są przewody i gniazda lutowanego do PCB na stałe. Źródło: CUI Devices

Bezpieczeństwo

Ocenę bezpieczeństwa użytkowania bloków zaciskowych prowadzą głównie agencje takie jak UL i IEC. W kartach katalogowych tych elementów producenci wymieniają spełniane normy bezpieczeństwa UL i/lub IEC, najczęściej z różnymi parametrami. Dzieje się tak, ponieważ każdy taki organ używa innej metodologii do testowania. Dlatego ważne jest, aby inżynierowie znali swoje ogólne wymagania dotyczące bezpieczeństwa urządzenia, aby wybrać taką wersję, która będzie zgodna z właściwą dla urządzenia normą.

W wielu projektach warto skorzystać z różnych kolorów obudowy złączy oraz przycisków zwalniających zacisk. Wybierając unikatowe kolory listew zaciskowych, inżynierowie mogą ułatwić łączenie punktów połączeń w złożonych systemach i unikać nieprawidłowych połączeń, np. do podłączenia sieci kolor czerwony, a dla wyjścia niskonapięciowego na wyjściu kolor zielony.

Wreszcie warto dodać, że w ofertach producentów można znaleźć listwy zaciskowe działające w wyższych temperaturach znamionowych, które są korzystnym wyborem do pracy w środowiskach lub aplikacjach, gdzie występują ekstremalne temperatury.

Wnioski

Dzięki zrozumieniu kluczowych parametrów elektrycznych i mechanicznych, a także orientacji w różnych dostępnych typach modułów, inżynierowie mogą lepiej dobierać złącza typu terminal block do urządzeń elektrycznych i elektronicznych. Asortyment takich produktów wytwarzany przez CUI Devices oferuje inżynierom ponadto wiele opcji w zakresie kolorów i konfiguracji montażu, po to, aby nie trzeba było godzić się na kompromisy.

Rolf Horn, Digi-Key Electronics

Digi-Key Electronics
https://www.digikey.pl/