Connecteurs – Notions de base

Les connecteurs constituent une partie prépondérante dans presque tous les projets électroniques. Il est important de connaître les connecteurs disponibles et les spécifications à prendre en compte tout au long du processus de conception. Cela vous évitera, lors de la phase finale du projet, d'avoir à ajouter un connecteur et à ajuster le projet pour l'intégrer, ce qui peut entraîner une perte de temps et d'argent.

Certains points sont à prendre en compte lors de la sélection d'un connecteur pour votre projet. Voici certaines des questions les plus courantes :

• Combien de contacts le connecteur doit-il avoir ?
• Quel type de montage recherchez-vous pour chaque connecteur ?
• Sur quel support voulez-vous monter vos connecteurs, et comment ?
• Quelle méthode de terminaison recherchez-vous pour votre application ?
• Les connecteurs utilisés doivent-ils fournir un indice de protection ?
• Quelles sont les valeurs prévues de tension et de courant pour la connexion ?

Nombre de contacts

Dans de nombreux cas, le nombre de contacts que requiert le connecteur est un fait avéré. Cependant, il arrive parfois que les besoins supplémentaires de l'application globale et la disponibilité des composants affectent les spécifications des composants sélectionnés.

Il convient également de prendre en compte la puissance requise par le connecteur, car elle a un impact sur l'option choisie. Le nombre total de contacts dans un boîtier/capot de toute taille diminue à mesure que la capacité de tenue en puissance d'un connecteur augmente. Cela s'explique par la nécessité d'avoir plus d'espace pour pouvoir utiliser un calibre de fil plus grand et/ou des tensions plus élevées. Certains fabricants ont pu augmenter les tensions nominales en renforçant l'isolement entre les contacts et en rallongeant la « distance » totale que l'arc électrique devrait parcourir d'un contact à l'autre. Certains connecteurs possèdent également un contact de mise à la terre. Ces contacts sont plus longs que les autres et sont utilisés pour réduire/éliminer la formation d'arc entre deux connecteurs de couplage/découplage.

Les points suivants doivent également être pris en compte pendant le processus de sélection :

• Le nombre de connecteurs et de contacts que vous souhaitez avoir pour l'entrée et la sortie de l'alimentation dans un boîtier.
• Les types de combinaison de contacts du connecteur :
  • Contacts de puissance uniquement
  • Contacts de signaux uniquement
  • Contacts de signaux et de puissance
  • Contacts de signaux + mise à la terre
• Si le projet permet d'utiliser un seul connecteur, il peut s'avérer nécessaire d'utiliser un connecteur un peu plus grand pour intégrer tous les contacts.
• Si les signaux et la puissance sont séparés, l'espace total occupé augmente. Cependant, cela peut être requis pour la configuration générale de l'application ou si la fonction de l'application implique leur séparation.

Type de montage

Autre point à prendre en compte pour votre projet : le type de montage recherché pour chaque connecteur. Les types de montage incluent notamment les exemples ci-dessous (cliquez sur les liens pour en savoir plus).

• Montage traversant à broches sur carte à circuit imprimé - Les sorties de terminaison du connecteur servent à monter/fixer l'élément sur la carte dans les orifices percés sur la carte.
  • Connecteurs circulaires
  • Connecteurs D-Sub
  • Connecteurs rectangulaires - Embases, broches mâles
  • Connecteurs rectangulaires - Embases, prises femelles
• Montage en surface sur carte à circuit imprimé - Les sorties de terminaison du connecteur servent à monter /fixer l'élément sur la carte via le plot de contact à la surface de la carte.
  • Connecteurs circulaires
  • Connecteurs D-Sub
  • Connecteurs rectangulaires - Embases, broches mâles
  • Connecteurs rectangulaires - Embases, prises femelles
• Montage sur panneau - Le connecteur est placé dans ou contre un orifice créé sur une surface ou sur un panneau. Le type de fixation peut varier (filetage/écrou) si le connecteur est monté sur une carte à l'arrière du panneau.
  • Connecteurs rectangulaires - Suspension libre, montage sur panneau
  • Connecteurs circulaires
  • Connecteurs circulaires - Logements
• Suspension libre/montage sur câble - Le connecteur est installé/monté sur le câble de raccordement.
  • Connecteurs circulaires
  • Connecteurs circulaires - Logements
  • Connecteurs rectangulaires - Logements
• Montage sur découpe/sur carte/enfichable - Pour le montage enfichable, les terminaisons sont près du bord de la carte. Dans de nombreux cas, le connecteur est modifié pour de tirer parti du placement bord de carte. Le montage sur découpe de carte est identique : le connecteur se trouve également sur le bord de la carte. Cependant, une partie de la carte a été découpée pour que le connecteur soit plus plat. Les deux cas permettent de bénéficier d'une carte globalement plus compacte. Le manque d'espace disponible sur la carte ou d'autres exigences de conception peuvent également justifier l'emploi de ce type de montage.
  • Connecteurs USB, DVI, HDMI
  • Connecteurs coaxiaux (RF)
• Montage traversant - Il s'agit d'un montage identique au montage sur découpe. Cependant, les connecteurs ne se trouvent généralement pas sur le bord de la carte. Ils sont identiques aux connecteurs à montage sur panneau, car ils sont installés à travers un orifice découpé sur la carte. Certains sont raccordés via des trous sur la carte et soudés sur la face de raccordement du connecteur, tandis que d'autres présentent un montage en surface sur la face de la carte où sont montés les connecteurs (et non sur la face de raccordement). Voici des exemples de ce type d'élément :
  • Bornes - Connecteurs fil-à-carte
  • Connecteurs d'éclairage à semi-conducteurs
  • Connecteurs rectangulaires – Sur carte, fil-à-carte direct

Méthode de montage

Les termes « montage » et « terminaison » sont réputés être interchangeables, mais il est à noter que cela n'est pas toujours le cas et qu'il peut y avoir une différence entre les deux. Le montage indique la manière dont le projet global et le connecteur sont reliés et interfacent. La terminaison indique la manière dont les raccordements électriques sont effectués. Le montage traversant et le montage en surface indiquent dans la plupart des cas que le montage et la terminaison des éléments sont effectués de manière particulière (consultez la section Méthode de terminaison ci-dessous pour en savoir plus). Voici un exemple d'une combinaison possible de montage, de couplage et de terminaison :

• Le connecteur 1 présente
  • un montage sur panneau
  • une terminaison sur la carte via des contacts montés en surface à angle droit
• Le connecteur 2 couplé au connecteur 1
  • est un connecteur à suspension libre
  • a des terminaisons à vis

Méthode de terminaison

Quelle est la méthode de terminaison requise aux extrémités ou pour la connexion ? Il peut s'agir d'une préférence s'il n'y a aucune exigence prédéfinie pour un type spécifique. Cependant, certaines applications peuvent nécessiter un type de terminaison en particulier.

• Terminaison à souder - Cette méthode de terminaison de connecteurs est adaptée à de nombreuses applications. Cependant, si l'application est prévue pour des zones à haute température, il convient d'envisager des méthodes de terminaison plus mécaniques. Le soudage est adapté aux terminaisons à fil ainsi qu'aux connexions à raccordement sur carte. Par conséquent, ce type de terminaison inclut différentes méthodes possibles pour souder un élément. Le soudage de composants traversants et le montage en surface, comme indiqué ci-dessus, décrivent un type de terminaison et de montage.

Figure 1 : Terminaisons à souder typiques de connecteurs.

• Soudage de composants traversants - Un connecteur comprend sur le côté terminaison des sorties conçues pour passer à travers les trous d'une carte préparée et dont la surface opposée au connecteur à montage traversant est souvent dotée de plots en cuivre. Le connecteur est soudé après son insertion.

Figure 2 : Ce connecteur carte-à-carte/carte-à-câble est prévu pour être soudé sur une carte à circuit imprimé après insertion dans des trous traversants.

• Terminaison à montage en surface - Les sorties de l'élément et les plots de montage se trouvent sur la même face de la carte à circuit imprimé. L'élément est placé et soudé à la main, ou via des méthodes de soudage à la vague ou par refusion. Il est à noter que certains types de connecteurs enfichables présentent également un montage en surface.

Figure 3 : Ce connecteur carte-à-carte/carte-à-câble est prévu pour être monté en surface et soudé sur une carte à circuit imprimé.

• Sertissage - Ce type de terminaison est réputé pour sa robustesse et sa fiabilité, et il est utilisé pour la terminaison des fils. Cependant, cela dépend de la qualité du sertissage lui-même et de l'installation correcte dans le logement du contact. Pour obtenir un sertissage et une connexion globale de qualité, il est nécessaire de veiller à utiliser les bons contacts de logement ainsi que les bons outils de sertissage. Pour ce type de contacts, l'outillage est une étape importante. Si la qualité finale n'est pas un problème, il est possible d'utiliser d'autres outils existants ou des options plus économiques. Cependant, dans le cas contraire, il est préférable d'utiliser les outils recommandés par le fabricant, de suivre les étapes de préparation adaptées pour le fil et de vérifier la qualité du sertissage grâce aux données fournies par le fabricant pour une inspection après le sertissage (notez qu'il n'est pas nécessaire de vérifier tous les sertissages, mais seulement un échantillon). La plupart des fabricants de ces types de connecteurs, si ce n'est tous, ne proposeront pas d'assistance ni de garantie en cas de défaillance de la connexion suite au non-respect des procédures adaptées ou des consignes concernant l'outillage.

Figure 4 : Exemple d'un contact serti sur des fils dénudés.

• Push-in/enfichable
• Ce type peut être une terminaison permanente ou amovible. Il est également reconnu pour sa fiabilité et sa robustesse plutôt élevées. Cependant, en cas d'utilisation dans un environnement à hautes vibrations, il est recommandé de vérifier les caractéristiques de vibration de l'élément.
• Pour la terminaison de ces types de connecteur, il suffit généralement de dénuder le fil, puis de l'insérer dans le connecteur, ou de déverrouiller un levier, d'y insérer le fil et de verrouiller le levier.
• Les modèles permettant de retirer le fil ont un mécanisme intégré ou nécessitent l'insertion d'un tournevis plat ou d'un outil équivalent dans une fente du logement.

Figure 5 : Ce connecteur à montage sur carte permet le raccordement de fils dénudés en les insérant dans l'ouverture inférieure. Un outil peut être utilisé pour retirer le fil au besoin.

Figure 6 : Cet élément à suspension libre permet le raccordement de fils dénudés en insérant/enfichant le fil dans l'une des extrémités. Pour cet élément en particulier, le fil peut être retiré en tirant dessus tout en le tournant.

• Bornes à vis - Elles sont utilisées avec de nombreux types de connecteur et peuvent être utilisées de plusieurs façons. Voici quelques exemples de types de bornes à vis :
• 281-2879-ND | 609-4193-N[link:609-3832-nd] D | 732-2759-ND | 281-3218-ND | 609-3832-ND | WM7477-ND | 732-10091-ND | ED2947-ND | 1776293-3-ND | WM5751-ND | WM5761-ND

Figure 7 : Voici quelques exemples de connecteurs utilisant des vis pour la terminaison des fils.

• Connexion enroulée
• Parmi les exemples figure le CWN-370-50-0000. Ce type de connecteur peut être utilisé dans une application à connexion enroulée.
• Le CWN-370-50-0000 est conçu pour être monté sur une carte à circuit imprimé, soudé puis enroulé.
• Ces connecteurs ne sont pas utilisés dans un produit destiné à une production à grande échelle. Ils sont utilisés dans les produits finaux haute fréquence et dans les prototypes à faible production.
• Cliquez sur le lien suivant pour obtenir des informations sur les pratiques de connexion enroulée.

Figure 8 : Voici des exemples d'éléments utilisant une méthode de connexion enroulée pour se raccorder à des fils.

• Insertion en force - Ce type de terminaison peut être sans soudage. Par conséquent, il peut permettre de réduire le coût global d'un projet. Il est à noter que ces connecteurs sont essentiellement conçus pour ne pas être soudés. Cependant, si pour une raison quelconque vous devez souder ce type d'élément, sachez que cela peut avoir un impact sur la pièce et que le fabricant peut refuser tout support en cas de problème. Il est recommandé de faire preuve de discrétion et de réaliser des tests si vous optez pour le soudage de ces éléments. Un outillage est également disponible pour ce type de terminaison afin de garantir une bonne insertion et une assise complète de l'élément. Il est recommandé d'utiliser les outils spécifiés par le fabricant. Si ce dernier ne spécifie pas d'outils, il se peut que vous ayez à le contacter directement pour lui communiquer des informations concernant votre application. Le dossier sur la technologie d'insertion en force de DigiKey est une excellente référence pour ce type de technologie.

Figure 9 : Voici des exemples d'éléments permettant la terminaison via des trous sur une carte sur laquelle ils sont montés (montage traversant ou à insertion en force).

Considérations environnementales

Si l'application se trouve dans un environnement relativement calme, sans conditions extrêmes prévues, presque tous les types de connecteur sont adaptés aux besoins spécifiques définis. Cependant, dans le cas de projets pour des environnements plus hostiles, il est nécessaire de prendre en compte les éléments auxquels le connecteur peut être exposé (par exemple, vibrations, choc cinétique, blindage, infiltration environnementale, huiles, solvants ou autres produits chimiques et corrosifs) lors du processus de sélection.

• Vibrations et choc cinétique
• Pour les connexions à l'intérieur d'un boîtier, il est possible de choisir des éléments dotés de fonctionnalités supplémentaires comme un bossage de montage et des plots/broches de soudage supplémentaires plus grands. L'aperçu produit XH5 d'Omron présente quelques options incluant ces deux types. L'aperçu présente à partir de la page 3 des schémas de l'élément et de la méthode de montage à utiliser pour chaque élément afin de tirer parti des fonctionnalités de montage.
• Pour les connexions qui traversent ou sortent du boîtier, il existe de nombreuses options possibles pouvant être sélectionnées pour n'importe quel type de connecteur.
• Examinez les spécifications des connecteurs envisagés pour voir s'ils ont été testés et calibrés pour le niveau de choc et de vibration prévu dans le projet.
• Blindage
• Le blindage est utilisé lorsque le bruit magnétique ambiant constitue une préoccupation ou peut engendrer des problèmes réguliers.
• Pour les connecteurs avec blindage, il faut savoir si le blindage doit être appliqué uniquement à une partie spécifique ou (dans le cas des câbles) si l'ensemble du trajet doit avoir un blindage unifié. Prenons l'exemple des câbles Ethernet. Si l'environnement est relativement calme, il est possible d'utiliser certains câbles Ethernet de base et des connecteurs modulaires à 8 positions. Cependant, à mesure que le bruit magnétique ambiant augmente, il peut être nécessaire d'utiliser des câbles Ethernet et des connecteurs modulaires blindés.
• La note d'application sur les concepts efficaces de blindage EMI de Wurth Electronik constitue une excellente référence à consulter pour en savoir plus sur les problèmes de blindage.
• Pour le cas des huiles, solvants ou autres produits chimiques et corrosifs, il se peut que vous ne trouviez pas d'options qui correspondent aux autres spécifications et que vous n'ayez pas de caractéristiques pour les environnements qui les incluent. Dans certains cas, il se peut que vous ayez à discuter avec le fabricant pour obtenir un modèle pouvant supporter ce type d'environnement si ce n'est pas encore le cas.
• Voici quelques informations concernant ces risques environnementaux :
• Guide de sélection du matériau des connecteurs dans un environnement difficile par Amphenol
• Corrosion galvanique (électrolytique) par Samtec
• Le connecteur doit-il avoir un indice de protection ?
• Les caractéristiques d'indice de protection indiquent le niveau d'efficacité d'un élément contre l'infiltration de matières solides/poussières et d'humidité/eau dans une zone protégée. Si ce point constitue une préoccupation, il doit être pris en compte tout au long du processus de sélection d'un connecteur. Il permet alors d'éliminer les autres options qui ne répondent pas aux exigences d'étanchéité.
• Format des indices de protection IPX¹X²YZ
• IP = Indice de protection
• X¹
• 0 - Aucune protection spécifique
• 1 - Protection contre les objets solides de plus de 50 mm (p. ex., contact accidentel avec la main)
• 2 - Protection contre les objets solides de plus de 12 mm (p. ex., les doigts)
• 3 - Protection contre les objets solides de plus 2,5 mm (outils et fils)
• 4 - Protection contre les objets solides de plus de 1 mm (outils, fils et petits fils)
• 5 - Protection contre la poussière, infiltrations limitées (sans dépôt nocif)
• 6 - Protection totale contre la poussière
• X²
• 0 - Aucune protection
• 1 - Protection contre les gouttes d'eau verticales (p. ex. la condensation)
• 2 - Protection contre les projections d'eau directes jusqu'à 15° de la verticale
• 3 - Protection contre les projections d'eau directes jusqu'à 60° de la verticale
• 4 - Protection contre les projections d'eau provenant de toutes les directions, infiltrations limitées permises
• 5 - Protection contre les jets d'eau à basse pression provenant de toutes les directions, infiltrations limitées
• 6 - Protection contre l'immersion temporaire dans l'eau (p. ex., pour une utilisation sur les ponts de navires), infiltrations limitées permises
• 7 - Protection contre l'immersion de 15 cm à 1 m
• 8 - Protection contre l'immersion prolongée sous pression
• Y et Z
• Pas systématiquement utilisés
• Peuvent être utilisés pour répondre à plusieurs spécifications. Les informations ci-dessous permettent de définir Y et Z.
• Voici des données reçues de la part de l'équipe d'ingénierie de Switchcraft - « Le code IP est défini dans CEI 60529. Un aperçu des informations de base est inclus ci-dessous ». (Figure 10)

Figure 10 : Le code IP comme défini dans CEI 60529. (Source de l'image : Switchcraft)

• D'autres spécifications peuvent s'étendre aux options facultatives. La norme DIN 40 050 ajoute l'option « K » pour les équipements électriques dans les véhicules routiers. Par exemple, IP69K indique le degré de protection d'un boîtier étanche à la poussière (6) contre un nettoyage haute pression ou à jet de vapeur (9K).
• Reportez-vous aux liens ci-dessous pour obtenir plus d'informations concernant les spécifications :
• Caractéristiques des indices de protection (IP) d'Omron
• IP Code sur Wikipedia
• IP – Ingress Protection Rating par The Engineering Toolbox

Tension et courant nominaux

• Quel est le courant nominal nécessaire ?
• Lors de la sélection d'un connecteur, vous devez choisir une option pouvant prendre en charge le courant maximal prévu qui peut être appliqué au connecteur.
• Il est recommandé de choisir une option capable de prendre en charge un courant supérieur à la valeur requise, et si possible avec une marge de sécurité pour les éventuelles surintensités imprévues.
• Certains connecteurs n'indiquent aucun courant nominal dans leur documentation. Dans ce cas :
• Pour les éléments à montage sur carte, essayez de trouver un raccordement à montage sur câble. Le calibre de fil de cet élément peut être utilisé pour déterminer le courant nominal.
• Cliquez sur le lien suivant pour consulter la conversion AWG/courant nominal :

http://www.powerstream.com/Wire_Size.htm.

• Quelle est la tension nominale devant être prise en charge ?
  • Lors de la sélection d'un connecteur, vous devez choisir une option pouvant prendre en charge la tension maximale prévue qui peut être appliquée au connecteur.
  • Il est recommandé de choisir une option capable de prendre en charge une tension supérieure, et si possible avec une marge de sécurité pour les éventuelles surtensions imprévues.
  • Si l'élément spécifique que vous envisagez n'indique pas de tension nominale :
    • Vous pouvez parfois passer en revue d'autres éléments dotés des mêmes caractéristiques de pas de contact et de construction physique, ou de caractéristiques très proches. Certains peuvent indiquer les tensions pouvant être prises en charge.
    • Si aucune donnée n'est disponible concernant les tensions nominales, contactez le fabricant de l'élément pour savoir s'il peut vous fournir ces informations, ou l'équipe d'ingénierie d'applications de DigiKey pour savoir si elle peut vous aider à trouver ces informations.