Guide de sélection et d'application de connecteurs haute fiabilité pour SWaP-C

Les concepteurs de systèmes pour les applications de défense et d'aérospatiale sont confrontés à des exigences de plus en plus strictes en matière d'optimisation de la taille, du poids, de la puissance et du coût (SWaP-C). Les conceptions devenant de plus en plus complexes et compactes, ils doivent trouver un équilibre entre ces exigences et des performances et une fiabilité élevées. Les connecteurs traditionnels ont souvent du mal à répondre à ces exigences contradictoires, ce qui oblige les concepteurs à identifier des alternatives pour répondre aux exigences de conception et de performances des systèmes.

Cet article explore la manière dont les technologies de connecteurs avancées, conçues explicitement pour les critères SWaP-C, peuvent répondre aux besoins uniques des applications de défense et d'aérospatiale. Il présente ensuite des solutions haute fiabilité de Harwin et montre comment les appliquer à divers scénarios de défense et d'aérospatiale pour atteindre des performances SWaP-C fiables.

Facteurs stimulant la miniaturisation des connecteurs

Qu'il s'agisse de systèmes de périscopes sous-marins passant à l'imagerie multispectrale ou de véhicules aériens sans pilote (UAV) transportant des réseaux de capteurs de plus en plus étendus, les exigences en matière d'électronique sophistiquée dans des espaces confinés deviennent chaque année plus complexes. La réduction de la taille des composants permet d'ajouter des capteurs et d'autres fonctionnalités pour renforcer les capacités des systèmes et améliorer les performances aérodynamiques.

Les connecteurs, qui font traditionnellement partie des composants les plus volumineux, sont la clé de la miniaturisation. La réduction de la taille des connecteurs implique de réduire les pas de contact et le poids tout en maintenant la durabilité et en garantissant des performances électriques constantes en conditions extrêmes.

Harwin a répondu à ces défis avec des gammes de connecteurs complètes conçues spécifiquement pour l'optimisation SWaP-C. Leur approche s'articule autour de trois principes de conception clés :

1. Réduire la taille de pas à seulement 1,25 millimètre (mm) tout en maintenant une capacité de fort courant
2. Utiliser des contacts en cuprobéryllium multilames pour l'intégrité des signaux en conditions extrêmes
3. Utiliser des boîtiers thermoplastiques haute température avec utilisation sélective de métaux légers pour une meilleure durabilité

Cette philosophie de conception s'étend à toutes leurs gammes de produits haute fiabilité, des connecteurs de signaux haute densité aux solutions haute puissance et à technologies mixtes.

Impact de la réduction du poids des connecteurs sur la mobilité et le rendement

La réduction du poids est cruciale dans l'optimisation SWaP-C, en particulier pour les applications aériennes et mobiles. Des composants plus légers peuvent améliorer la durée de vol et la capacité de manœuvre, tout en permettant de transporter davantage d'équipements.

Les connecteurs micro-miniatures modernes peuvent réduire considérablement le poids par rapport aux connecteurs industriels traditionnels grâce à une sélection stratégique des matériaux. Par exemple, des thermoplastiques chargés de fibres de verre haute température peuvent être utilisés pour les boîtiers primaires. Parallèlement, les concepteurs peuvent utiliser de manière sélective des alliages d'aluminium légers uniquement lorsque le métal est requis pour la protection contre les interférences électromagnétiques (EMI) et les perturbations radioélectriques (RFI), ainsi que pour la durabilité mécanique.

Même dans les applications à fort courant où les conceptions traditionnelles reposent fortement sur des composants métalliques, ces combinaisons de matériaux peuvent maintenir des performances électriques et mécaniques robustes tout en minimisant la masse des connecteurs.

Gérer les coûts des connecteurs sans sacrifier la fiabilité

Dans les conceptions SWaP-C, l'équilibre entre réduction des coûts et haute fiabilité est un défi permanent pour les concepteurs de systèmes critiques. Pour les connecteurs, cela implique de sélectionner des conceptions et des matériaux qui garantissent une durabilité à long terme avec un coût minimal.

Une stratégie clé de gestion des coûts consiste à se concentrer sur le coût total de possession plutôt que sur le seul prix initial des composants. Bien que les connecteurs haute fiabilité puissent présenter des coûts initiaux plus élevés, leur durée de vie étendue et leurs besoins de maintenance réduits peuvent générer des économies importantes à long terme. Cela s'avère particulièrement utile dans les applications où les connecteurs doivent supporter des conditions extrêmes, notamment de fortes vibrations, des fluctuations de température et des cycles de raccordement répétés.

En outre, les connecteurs standardisés et modulaires peuvent réduire les coûts de production et de maintenance en facilitant l'intégration et le remplacement. Les connecteurs conformes aux normes industrielles courantes permettent l'interchangeabilité et une gestion rationalisée des stocks, réduisant ainsi les dépenses tout au long du cycle de vie du produit.

Équilibrer la distribution d'alimentation et la taille

Les connecteurs jouent également un rôle crucial dans la gestion de l'alimentation. Le défi consiste à développer des connecteurs capables de gérer des charges de puissance importantes tout en conservant un facteur de forme compact et en garantissant une perte de puissance minimale. Les connecteurs haute fiabilité doivent prendre en charge un transfert de puissance efficace, minimiser la génération de chaleur et empêcher la formation d'arcs électriques, tout en répondant aux contraintes d'espace et de poids des conceptions de systèmes modernes.

Le rendement et la fiabilité exigent des matériaux et des conceptions de contact fournissant une faible résistance. Les connecteurs dotés d'un placage de contact robuste, d'une isolation avancée et d'une géométrie de contact optimisée peuvent fournir une alimentation stable même dans des conditions de fonctionnement extrêmes.

L'un des éléments clés consiste à combiner les connexions de signaux et d'alimentation dans un seul connecteur compact. Si l'intégration des lignes de signaux et d'alimentation réduit l'empreinte globale des connecteurs et libère un espace précieux, elle crée également des problèmes de gestion des interférences potentielles entre les chemins d'alimentation et de signaux.

Exemple d'application : cockpits d'avions de chasse

L'examen de cas d'utilisation typiques permet d'illustrer comment ces principes de conception se traduisent dans la pratique. Par exemple, les unités de contrôle d'éclairage (LCU) dans les avions de chasse requièrent des connecteurs fiables pour gérer l'éclairage dans différentes conditions de vol et missions. Ces systèmes contrôlent l'éclairage du cockpit, l'éclairage extérieur, l'aide à la vision de nuit et l'éclairage de secours, ce qui exige des composants capables de fournir des intensités lumineuses variables dans des environnements très denses. L'espace limité des unités LCU requiert des composants à faible hauteur capables de s'intégrer efficacement sans compromettre les performances.

Avec un pas de 1,25 mm, les connecteurs Gecko SL de Harwin constituent une solution compacte et légère qui peut être 75 % plus légère et 45 % plus petite que les connecteurs Micro-D. Ils sont donc particulièrement adaptés aux environnements denses tels que les unités LCU. Les caractéristiques clés de la gamme Gecko SL incluent les suivantes :

• 2,8 ampères (A) par contact isolé et 2,0 A sur tous les contacts simultanément
• Conception de contacts en cuprobéryllium à quatre lames pour une fiabilité supérieure
• Moulages en thermoplastique chargé de fibres de verre UL94V-0 (sans halogène ni phosphore rouge)

La variante G125-MC10605M1-0150L est dotée d'une fiche à six positions se terminant par des fils individuels (Figure 1). De nombreux autres styles d'assemblage sont disponibles, ainsi que des capots en aluminium légers qui offrent une continuité électrique améliorée, une protection des câbles et un blindage EMI/RFI efficace.

Figure 1 : Les connecteurs Gecko SL sont utiles dans les environnements à espace restreint tels que les cockpits d'avions à réaction. La variante G125-MC10605M1-0150L est dotée d'une fiche à six positions se terminant par des fils individuels. (Source de l'image : Harwin)

Au-delà de leur taille compacte, les connecteurs Gecko SL sont exceptionnellement robustes. Ils résistent aux chocs jusqu'à 100 g pendant 6 millisecondes (ms) et aux vibrations jusqu'à 20 g pendant 6 heures, ce qui en fait un choix idéal pour les environnements aérospatiaux. Avec une durabilité de 1000 cycles de raccordement, ces connecteurs garantissent une haute fiabilité malgré les connexions et déconnexions répétées, une exigence courante dans les applications nécessitant une maintenance intensive.

Exemple d'application : connecteurs d'UAV à signaux mixtes

Les UAV opérant dans des environnements de défense requièrent des connecteurs robustes et compacts qui conservent leurs fonctionnalités en conditions difficiles. Ces véhicules subissent des vibrations et des chocs importants, ce qui rend l'intégrité des signaux cruciale pour leurs systèmes embarqués.

Les connecteurs Datamate Mix-Tek de Harwin répondent à ces défis en intégrant les lignes d'alimentation et de signaux dans un seul boîtier compact. Cette conception à faible encombrement présente un pas de 2 mm qui laisse suffisamment d'espace sur le circuit imprimé pour des composants supplémentaires, améliorant ainsi les capacités et les performances des UAV. Ces connecteurs minimisent les pertes de puissance et de signal grâce à de faibles valeurs de résistance de contact de 6 milliohms (mΩ) pour les contacts de signaux et de 25 mΩ pour les contacts d'alimentation. Répertoriés pour 500 cycles de raccordement, ils garantissent la durabilité dans les applications exigeant une maintenance et des reconnexions fréquentes.

Le M80-5T10805M1-02-331-00-000, qui combine deux contacts d'alimentation supportant 20 A chacun avec huit contacts de signaux répertoriés pour 3 A chacun (Figure 2), est un bon exemple. Cette configuration prend en charge les exigences d'alimentation des systèmes critiques et les besoins en données de contrôle et de communication dans la plupart des applications d'UAV.

Figure 2 : Le connecteur M80-5T10805M1-02-331-00-000 combine deux contacts d'alimentation et huit contacts de signaux avec un pas de 2 mm dans un seul boîtier pour les applications à espace restreint telles que les UAV. (Source de l'image : Harwin)

Exemple d'application : batteries d'UAV haute puissance

Les UAV destinés à la défense requièrent souvent une puissance importante et fonctionnent à partir de systèmes de batteries délivrant des dizaines, voire des centaines de kilowatts. Les connecteurs reliant ces batteries aux composants critiques, tels que les moteurs, doivent supporter des courants élevés de manière fiable tout en minimisant les pertes de puissance.

Les connecteurs Kona haute fiabilité de Harwin répondent à ces exigences en gérant 60 A et 3000 volts (V) par contact. Leur pas de 8,50 mm supporte des charges de puissance importantes tout en maintenant une robustesse de niveau défense. Une résistance de contact de 2 mΩ garantit des pertes de puissance minimales.

Un bon exemple est le KA1-MV10205M1 (Figure 3), doté de deux broches de contact mâles pour une tenue en courant maximum combinée de 120 A. Ce connecteur est bien adapté aux connexions de batteries d'UAV qui nécessitent une alimentation robuste tout en répondant aux exigences SWaP-C.

Figure 3 : Les connecteurs KA1-MV10205M1 sont répertoriés à 60 A et 3000 V par contact et utilisent une conception de contact à six lames pour une haute stabilité en conditions de chocs importants. (Source de l'image : Harwin)

Les connecteurs Kona utilisent des contacts en cuprobéryllium avec placage or, présentent une conception de contact à six lames pour des connexions stables en conditions de chocs importants et ont un pas de 8,5 mm. Les capots en alliage d'aluminium et les vis en acier inoxydable offrent une conception légère et durable.

Conclusion

Le choix d'un connecteur approprié est crucial pour équilibrer les diverses exigences de l'optimisation SWaP-C. Les solutions de connecteurs avancées de Harwin démontrent qu'il est possible de combiner compacité, légèreté, rendement énergétique et durabilité, afin de permettre aux concepteurs de répondre aux exigences complexes des applications aérospatiales et de défense.