Choisir le connecteur approprié pour garantir l'intégrité de l'alimentation à fort courant en environnements extrêmes

Avec la diminution des tensions d'alimentation et l'augmentation proportionnelle des courants de charge, la perte de puissance résistive et les chutes de tension doivent être minimisées pour le rendement et la gestion thermique. Les applications de puissance telles que les véhicules électriques (VE), l'aérospatiale et l'électronique industrielle exposent également les circuits aux chocs, aux vibrations et aux températures extrêmes.

Les concepteurs doivent être conscients de ces exigences pour s'assurer qu'ils sélectionnent et appliquent correctement des connecteurs d'alimentation qui sont mécaniquement robustes, maintiennent l'intégrité électrique et fonctionnent sur des plages de températures étendues.

Cet article traite de la sélection et de l'utilisation de connecteurs d'alimentation pour les environnements et applications les plus exigeants. Il présente ensuite des exemples de connecteurs d'alimentation de Harwin et montre comment ils peuvent être utilisés pour atteindre une excellente intégrité de puissance avec de faibles pertes tout en garantissant la fiabilité mécanique.

Considérations relatives aux interconnexions haute puissance

La connexion d'un fort courant et d'une haute tension à un circuit imprimé requiert une grande attention. De mauvaises connexions peuvent entraîner des pertes de puissance et des pannes électriques inattendues. Si l'interconnexion est également exposée à des chocs, des vibrations ou des températures extrêmes, les problèmes peuvent être multipliés. Les connecteurs d'alimentation avec des courants nominaux inadéquats peuvent obliger les concepteurs à utiliser de multiples contacts pour obtenir les niveaux de courant requis, ce qui se traduit par des connecteurs plus grands avec plus de contacts et un espace supplémentaire sur le circuit imprimé. Les trajets de courant multiples augmentent également les risques d'insertion incorrecte, ce qui entraîne une surintensité sur un seul contact. La solution à ces problèmes consiste à utiliser des connecteurs d'alimentation avec le courant nominal correct pour un seul contact.

Prenons l'exemple des connecteurs Kona de Harwin (Figure 1). Ces connecteurs sont répertoriés pour supporter 60 ampères (A) par contact et jusqu'à 3000 volts (V) CA (VCA) maximum (pendant 1 minute) et 1500 VCA ou volts CC (VCC) en fonctionnement de crête, même en environnements exposés à des chocs, des vibrations et des températures extrêmes.

Figure 1 : Les connecteurs d'alimentation série Kona supportent jusqu'à 60 A par contact à 1500 VCA, et sont disponibles en versions à montage sur panneau, à montage sur câble ou à embase. (Source de l'image : Harwin Inc.)

Les connecteurs Kona sont disponibles dans des boîtiers à une rangée de deux, trois ou quatre contacts. Les configurations incluent : embase de circuit imprimé, montage sur panneau et montage sur câble mâle et femelle avec diverses options de verrouillage. Ces connecteurs peuvent être utilisés pour le raccordement câble-à-carte et câble-à-câble.

Ils utilisent des contacts espacés de 8,5 millimètres (mm) (0,335 pouces (po)). Cet espacement, ainsi que les contacts encastrés individuellement, chacun protégés avec des structures à détrompeur, garantissent les valeurs nominales élevées de tension et de courant du connecteur. La conception contribue également à la protection contre les dommages accidentels dus à un mauvais raccordement et aux chocs physiques aléatoires.

Le secret du fort courant nominal et de la fiabilité de cette série de connecteurs réside dans le contact mâle à six lames (Figure 2).

Figure 2 : Le contact mâle à six lames fournit une force de ressort normale positive contre les parois internes du contact femelle pour garantir une bonne connexion même en présence de chocs et de vibrations. (Source de l'image : Harwin Inc., modifiée)

Les contacts de la série Kona sont en cuprobéryllium, permettant une plage de températures de fonctionnement maximum de -65°C à +150°C, et ils sont plaqués avec une finition or acide dur durable pour une protection contre l'exposition à long terme dans des environnements difficiles. Les contacts sont répertoriés pour 250 opérations de raccordement, et la résistance de contact d'une paire raccordée est de 2 milliohms (mΩ) ou moins. La chute de tension aux bornes de la paire de contacts au courant nominal maximum de 60 A n'est que de 0,12 V.

Embases pour montage sur carte

Le Kona KA1-MV10405M1 de Harwin est un exemple d'embase verticale à quatre contacts destinée au montage sur carte (Figure 3).

Figure 3 : L'embase Kona KA1-MV10405M1 est dotée de quatre contacts. Le repère d'identification clairement visible du contact 1 et les goujons de montage sont illustrés. (Source de l'image : Harwin Inc.)

Le corps de l'embase est constitué d'un thermoplastique haute température chargé de fibres de verre et comprend quatre contacts mâles encastrés à six lames avec une queue à souder de 4,5 mm (0,185 po). Un repère en relief clairement visible fournit l'orientation de l'embase et l'identification du contact 1. Le blocage par vis à filetage interne et les goujons de montage sur carte fournissent un verrou de raccordement pour le connecteur jack, et le montage mécanique sur le circuit imprimé à l'aide d'un écrou de montage sur carte à fente KA1-4240000. Des embases avec des contacts de montage horizontaux à angle droit et des options de verrouillage alternatives sont disponibles. La fonction de raccordement avant verrouillage est utilisée pour éviter tout risque de dommage pendant le processus de verrouillage.

Prises pour montage sur câble et sur panneau

Le Kona KA1-2010498F1 (Figure 4, à gauche) est un boîtier de prise à montage sur câble à quatre contacts qui utilise des contacts séparés, tels que le Kona KA1-0400005 de Harwin (Figure 4, à droite). Ce boîtier peut être raccordé à l'embase à quatre contacts KA1-MV10405M1 ci-dessus.

Figure 4 : Boîtier de prise à quatre contacts KA1-2010498F1 (à gauche) avec son extension de protection et le contact à souder femelle utilisé avec le boîtier (à droite). (Source de l'image : Harwin Inc.)

Le boîtier à montage sur câble femelle inclut des extensions de protection avec détrompeurs qui empêchent toute connexion accidentelle avec les contacts de prise femelles et assurent un isolement électrique aux contacts raccordés. Le contact de prise du connecteur Kona KA1-0400005 utilise une connexion soudée au câble. Les contacts sont conçus pour les fils d'équipement de calibre 8 AWG. Un isolant en caoutchouc de silicone d'un diamètre maximum de 7,5 mm (0,295 po) est recommandé.

Les connecteurs de genre standard sont équipés de vis de serrage flottantes à six pans creux pour tournevis dynamométriques. Le matériel de fixation inversée, avec le sens de verrouillage inversé, est doté de goujons de montage sur panneau de 5,2 mm de long pour le montage sur panneau avant d'un boîtier. Le matériel de verrouillage est en acier inoxydable résistant à la corrosion.

Fiches pour montage sur câble et sur panneau

Le Kona KA1-3010498M5 (Figure 5, à gauche) est la version à montage sur câble mâle du boîtier KA1-2010498F1, et utilise le contact mâle KA1-1410005 (Figure 5, à droite).

Figure 5 : Boîtier mâle à quatre contacts KA1-3010498M5 (à gauche) et version à souder du contact mâle à six lames utilisé avec le boîtier (à droite). (Source de l'image : Harwin Inc.)

Le boîtier mâle ou à fiche utilise le type soudé du contact mâle à six lames, qui est conçu pour utiliser le même fil de 8 AWG que la version femelle. Ce modèle de connecteur utilise des vis de serrage à fixation inversée, qui se raccordent à un connecteur femelle avec du matériel de fixation inversée pour le montage sur panneau. Du matériel de verrouillage standard est également disponible.

Format compact et léger

La taille physique des connecteurs est réduite, compte tenu de leurs valeurs nominales de 60 A et 3000 V (Figure 6).

Figure 6 : Dessin dimensionnel des boîtiers de prises Kona illustrant leur petite taille. (Source de l'image : Harwin Inc.)

Les connecteurs à quatre contact ont une longueur (A) de 50 mm (1,97 po), une largeur de 12,5 mm (0,49 po) et une hauteur de 18 mm (0,71 po). Un boîtier de câble de prise raccordé à une embase mâle a une hauteur de 21,7 mm (0,85 po) à partir du circuit imprimé. La paire raccordée pèse environ 25 grammes (g).

Normes de test

Toutes les conceptions de connecteurs Kona sont testées selon les sections appropriées de la norme EIA-364. Les tests électriques incluent la résistance de contact, la puissance, la tension de tenue et la résistance d'isolement. Les tests mécaniques incluent les chocs et les vibrations, les forces d'insertion et d'extraction, le choc thermique, l'humidité et le brouillard salin. La spécification pour les vibrations est de 20 g crête pendant 12 heures (h) sans défaillance de contact. De même, la spécification pour les chocs est de 100 g pendant 6 millisecondes (ms) sans défaillance de contact.

En plus de leur tolérance aux chocs et aux vibrations, qui rend les connecteurs adaptés aux connexions d'alimentation des véhicules électriques, les connecteurs Kona répondent aux exigences de dégazage de la NASA et de l'ESA, et conviennent donc aux applications spatiales, avioniques et de véhicules aériens sans pilote (UAV).

Blindage contre les interférences

Dans les applications qui présentent des limites en matière d'interférences électromagnétiques (EMI) et de perturbations radioélectriques (RFI), les connecteurs Kona offrent un choix de capots en aluminium légers pour les connecteurs de câble et d'embase (Figure 7).

Figure 7 : Pour la protection EMI/RFI, un capot en aluminium avec une tresse flexible attachée avec une bande de serrage est disponible. (Source de l'image : Harwin Inc.)

Les capots sont conçus pour accepter une tresse métallique flexible et résistante à l'abrasion, et ils sont fournis avec des bandes de serrage pour fixer la tresse au capot. L'association du capot et de la tresse fournit le blindage pour une protection EMI/RFI efficace. De plus, les capots fournissent une réduction de tension supplémentaire pour les câbles.

Outillage d'assemblage

Les connecteurs Kona ne requièrent qu'un outillage minimum. Les contacts du câble étant soudés, ils peuvent être insérés par pression sans utiliser d'outils. Un outil d'extraction est disponible s'il est nécessaire de supprimer ou de remplacer un contact. Un tournevis peut également être utilisé pour serrer ou desserrer les écrous fendus sur les goujons de montage.

Conclusion

La série de connecteurs à pas de 8,5 mm haute fiabilité Kona garantit l'intégrité de l'alimentation dans les environnements les plus exigeants. Ces connecteurs offrent un processus de raccordement simple et rapide qui ne requiert aucun outillage supplémentaire. Ils constituent une solution idéale pour l'avionique, les véhicules aériens sans pilote, les satellites, les véhicules électriques et d'autres applications avec des systèmes haute puissance fonctionnant en environnements extrêmes.