Conectorul electric și importanța fiabilității

8 SEPTEMBRIE 2020

Marea majoritate a dispozitivelor electrice sunt echipate cu unul sau mai multe tipuri de componente de conectare. Se cunoaște că aceste conectoare hotărăsc fiabilitatea unui produs.

Proiectantul de produse electronice trebuie să știe că adesea, conectoarele sunt punctul slab al proiectării și să aleagă soluția de conexiune corectă, pentru a nu reduce fiabilitatea și robustețea produsului. De asemenea, proiectantul ar putea să cerceteze dacă un conector mai ieftin îndeplinește într-adevăr cerințele la fel de bine ca și alternativele, astfel încât o economie de costuri nu trebuie să fie în detrimentul fiabilității.

 Probleme comune asociate cu conectoarele standard 

Ce este un conector? Bazele construcției

Un conector este o componentă electromecanică, care „asigură o conexiune separabilă între două elemente ale unui sistem electronic, fără distorsiuni ale semnalelor sau/și fără pierderi de putere inacceptabile”.

Cele două părți cheie din definiție sunt „separabilă” și „inacceptabile”. Ambele sunt legate de cerințele electrice și de mediu ale aplicației conectorului.

Porțiunea care realizează fiecare conexiune electrică este formată dintr-un pin conector și un arc care exercită o forță mecanică pe pinul său asociat pentru a menține continuitatea electrică. Pinii și arcurile sunt conținute în interiorul unei carcase rigide; cele două carcase se îmbină, de obicei, cu un mecanism cheie pentru a asigura orientarea corectă.

Fiabilitatea sau încrederea este un termen care se folosește frecvent în viața noastră de zi cu zi. Unele mașini sau aparate sunt căutate în mod special pentru fiabilitatea ridicată. Fiabilitatea este o calitate dorită, dar sensul său precis poate varia în funcție de context.

 Mecanisme comune de defectare și modul lor tipic de defectare 

Totuși, când vine vorba de conectoare electrice, fiabilitatea are o definiție precisă. În limbaj simplu: Fiabilitatea este „probabilitatea ca un conector să funcționeze așa cum este necesar pentru o perioadă de timp dorită, de-a lungul căreia este supus la un anumit set de solicitări de mediu și/sau mecanice.”

Această definiție precizează că există un set impus de niveluri de performanțe care trebuie menținute pentru o perioadă determinată, în timp ce conectorul funcționează în condițiile definite. Deoarece oricare sau toate trei se pot schimba odată cu aplicația, o specificație de fiabilitate a conectoarelor este o funcție ce depinde de toate cele trei cerințe.

Mecanismele de defectare tipice legate de conectoare sunt declanșate de influențe mecanice, termice sau termomecanice. Mecanismul de coroziune este declanșat de umiditate combinată cu un mediu chimic agresiv. Tradiționala metodă HALT (High Accelerated Life Testing) este eficientă pentru testarea accelerată a mecanismelor de defectare legate de temperatură și vibrații, constatând deficiențele conectoarelor.

ATTEND 119A-70A00-R02, Mini PCI Express, H = 7.0mm, tip SMT Versiune mică de conector al interfeței periferice PCI Express, conform standardului PCI-SIG, oferind flexibilitate de proiectare pentru dispozitivele compacte și reducând costul proiectării PCB. Opțiunile de fixare multiple: șuruburi/piulițe, zăvor dublu, zăvor unic de rezistență, asamblare ușoară. Specificații Curent maxim: 0.5A per pin Tensiune maximă: 50VAC Rezistență de contact: 30mΩ Rezistență de izolație: 500MΩ Durabilitate: 50 cicluri Temperatură de operare: -40°C …+90°C

ATTEND 116G-SBO0, Smart Card Socket, Normal Open, SMT, 3u” Specificații Tensiune/Curent: 30V/1A max. Rezistență de contact: 100mΩ max. Rezistență de izolație: 1000MΩ Adâncime de inserție: 31.1mm Grosime card: 0.7mm … 0.8mm Temperatură de operare: -40°C … +85°C

Testările au condus la concluzia că mecanismul principal de defectare este coroziunea. În plus, multe cicluri de împerechere/separare au avut ca rezultat uzura mecanică, aceasta producându-se atunci când există o mișcare relativă, prin trepidații, între contactele electrice la suprafețele metalelor de bază. Prin frecarea asperităților se produc particulele mici de metal care se oxidează. În plus, pe suprafețele de contact apar zonele oxidate ce devin mai mari și mai groase. Funcția de bază a contactelor este de a asigura transmiterea energiei electrice, dar particulele oxidate sunt în general izolatoare. Deci, un strat de oxid pe suprafețele de contact duce la un contact slab și eșecul produsului. Durata de viață a contactului este determinată de numărul de mișcări relative între suprafețele de contact și rezistența stratului de oxid.

ATTEND 115U-A101, Nano-SIM Socket, Tray-Push, Push Type, 6 Pin, G/F Seria de conectoare pentru cartele SIM de identificare a abonaților pe dispozitivele mobile. Formatul cartelei SIM a fost redus treptat, deoarece designul tinde să fie în miniatură și portabil, rezultatul fiind dezvoltarea Mini-SIM, Micro-SIM și Nano-SIM. ATTEND oferă multiple selecții, inclusiv tip push-push, push-pull, cu balama, push bar, suport și tip eject. Sunt stabile, durabile, într-o gamă largă de temperaturi de funcționare, pentru sisteme integrate și industriale. Specificații Curent maxim: 0.5A Tensiune maximă: 10V AC/DC Rezistență de contact: 50mΩ Rezistență de izolație: 1000MΩ Durabilitate: 5000 cicluri Temperatură de operare: -40°C …+85°C

ATTEND 115V-AD00, Nano-SIM Card Connector, tip balama, 6 Pin, H = 1.35mm, 10u” Specificații Curent maxim: 0.5A Tensiune maximă: 10V AC/DC Rezistență de contact: 50 mΩ, max. 100 mΩ Rezistență de izolație: 1000 MΩ Durabilitate: 100 cicluri Temperatură de operare: -40°C … +105°C

Moduri și mecanisme de defectare a conectorului electric

Fiabilitatea conectorului este o mare problemă. Suprafețele de contact se degradează prin uzură mecanică și sub acțiunea factorilor de mediu. Trebuie să distingem între modurile de defecțiune și mecanismele de defecțiune. Modul particular în care conectorul s-ar putea defecta funcțional este legat de cerințele aplicației – de exemplu, rezistența de contact care depășește specificația sau forța de înserare inacceptabil de ridicată sunt ambele moduri de avarie. Mecanisme care pot duce la o defecțiune sunt, de exemplu, vibrațiile mecanice permanente și suprasolicitările electrice (tensiuni și curenți la nivele mari).

ATTEND 115I-AEAA, Micro-SIM Card Connector, tip Push-Pull, 6 Pin, SMT, 15u” Specificații Curent maxim: 0.5A Tensiune maximă: 10VDC Rezistență de contact: max. 100 mΩ Rezistență de izolație: 1000 MΩ Durabilitate: 500 cicluri Temperatură de operare: -40°C … +85°C

Alegerea celor mai bune conectoare electrice. Evaluarea fiabilității conectorului.

Cum aflăm valorile reale de fiabilitate pentru conectoare? În majoritatea aplicațiilor, fiabilitatea este determinată folosind una dintre cele 3 metode disponibile:

1) Utilizare reală: se monitorizează performanța produsului în service.

2) Predictiv: se prezice fiabilitatea pe baza unui model dezvoltat prin studii experimentale de uzură și/sau testări.

3) Fizica defectării: se identifică mecanismele potențiale de defectare și se dezvoltă un program accelerat de testare prin solicitări mecanice, electrice și de mediu împinse la extreme, pentru a induce în mod voit defectări și, prin urmare, a prezice performanța din lumea reală.

ATTEND 209G-CCN0, Combo USB, Dual USB 3.0 + RJ45 Magnetic, DIP Combo 209G-CCN0 combină 2 porturi USB 3.0 și un conector RJ45 Magnetic, pentru a reduce spațiul de dispunere pe PCB. Specificații Curent maxim: 1.8A per pin USB3.0, 1A per pin RJ45 Tensiune maximă: 30VAC USB3.0, 150VAC RJ45 Rezistență de contact: 50 mΩ Rezistență de izolație: 100 MΩ USB3.0, 500 MΩ RJ45 Durabilitate: 1500 cicluri USB3.0, 750 cicluri RJ45 Temperatură de operare: -40°C … +85°C Grosime PCB recomandată: 1.6 mm

Totuși, aceste tehnici nu sunt folosite des pentru conectoarele din aplicații industriale și comerciale. Măsurările statistice standard, cum ar fi MTTF și MTBF (Mean Time To Failure = timpul mediu până la defectare și, respectiv, Mean Time Between Failures = timpul mediu între defecțiuni) sunt dificil de obținut. În schimb, producătorii de conectoare oferă un set de specificații electrice de funcționare și mecanice garantate și un set de teste de calificare pe care un eșantion de produse le-au trecut. Producătorii au categorii de produse pentru conectare dedicate unor domenii speciale: militar, naval, feroviar, mediul Ex, medical, mașini și utilaje care lucrează în aer liber.

Notă:
Conectorul RJ45 Magnetic e o combinație de până la 10 componente discrete: conector RJ45, transformatoare de adaptare a impe­danței, 2 LED-uri, 4 rezistențe de terminație, condensator de înaltă tensiune și înfășurări de mod comun.
Integrarea magneticului în mufă permite protecții EMI, RFI mult îmbunătățite, permițând conexiuni mai fiabile. Sunt abordate cerințe indus­triale specifice, precum fiabilitate ridicată, rezistență la coroziune, interval extins de temperatură și disponibilitate îndelungată a produsului.
Deoarece componentele individuale sunt conținute în interiorul carcasei metalice RJ, se reduce numărul de componente expuse, se scurtează traseul semnalelor și, prin urmare, se va reduce zgomotul sistemului.

ATTEND 205G-AAN0-RA2, Combo USB, Dual USB 2.0, DIP, GF Combo 205G-AAN0-RA2 are 2 porturi USB 2.0 pentru a reduce spațiul de dispunere pe PCB.

ATTEND Technology a fost înființată în anul 2002 ca un furnizor de soluții de conectivitate profesională, cu sediul în Taiwan, specializată în diverse conectoare și produse de cablu, inclusiv conectoare pentru carduri de memorie și pentru carduri pe PCB, conectoare I/O și ansambluri de cablu.

ATTEND 218A-24D01, Conector USB pentru alimentare, tip fișă pentru cablu, 24V, 8 Pin, OD6.5, 10u”, contacte aurite. Este o completare la standardul USB care permite dispozitivelor care necesită putere mai mare să obțină energie prin intermediul gazdei lor USB, în loc să necesite o sursă de alimentare independentă sau un adaptor de putere extern. Este utilizat mai ales în echipamentele de vânzare, cum ar fi imprimante de chitanțe și cititoare de coduri de bare. Specificații Curent maxim: 1.5A la secțiunea USB, 3A la secțiune de putere Tensiune maximă: 5.25VDC USB, 24V la secțiune de putere Rezistență de contact: max. 40 mΩ Rezistență de izolație: 1000 MΩ @ 500V DC Durabilitate: 1500 cicluri Temperatură de operare: -20°C … +85°C

Aplicațiile sunt în domeniile: Control industrial, Rețele informatice, Telecomunicații, Sisteme integrate, Autovehicule, Medical, Comercial.

Produsele sunt proiectate de grupuri de ingineri cu mare experiență și fabricate la nivel profesional asigurând o fiabilitate ridicată. Prin strategia B2B2C se dezvoltă materiale de marketing creative pentru a sprijini partenerul de afaceri, inclusiv prin broșuri, foi de catalog, documente în format electronic, manuale de utilizare a produselor, ajutând la promovarea parteneriatului.

ATTEND 219A-04MSF, M8 A, 4 pini, receptor, fixat frontal Seria M de conectoare circulare acoperă o gamă extinsă, care include conectoare M5/8/12/23 ce susțin soluții pe baza unui standard industrial. Conectorul circular se utilizează în automatizări industriale, sisteme Ethernet, sisteme inteligente de transport, sisteme de siguranță a traficului și dispozitive în aer liber, garantate timp de zeci de ani. Specificații Curent maxim: 5A Tensiune maximă: 125V Temperatură de operare: -20°C … +85°C Grad de protecție: IP67

ATTEND Technology participă proactiv la afacerile clienților și oferă soluții de conectivitate personalizate în cadrul strategiei „serviciu la bucată” pentru a răspunde oricăror cerințe. Astfel, se ajută la dezvoltarea de produse inovatoare cu avantaje competitive pe piața globală.

Constantin Savu
Director General
Ecas Electro

DESPRE AUTOR
Dl. Constantin Savu este inginer electronist cu o experiență de peste 30 ani în domeniul componentelor electronice și al selectării acestora pentru aplicații. Fiind bun cunoscător al componentelor și al tehnologiei de fabricație a modulelor electronice cu aplicații în domeniile industrial și co­mercial, coordonează direct producția la firma de profil Felix Electronic Services.

ECAS Electro ( http://www.ecas.ro) este distribuitor autorizat al produselor ATTEND

Detalii tehnice
Ing. Emil Floroiu   |   emil@floroiu.ro
birou.vanzari@ecas.ro

Lasă un răspuns

Adresa ta de email nu va fi publicată. Câmpurile necesare sunt marcate *

  • Folosim datele dumneavoastră cu caracter personal NUMAI pentru a răspunde comentariilor/solicitărilor dumneavoastră.
  • Pentru a primi raspunsuri adecvate solicitărilor dumneavoastră, este posibil să transferăm adresa de email și numele dumneavoastră către autorul articolului.
  • Pentru mai multe informații privind politica noastră de confidențialitate și de prelucrare a datelor cu caracter personal, accesați link-ul Politica de prelucrare a datelor (GDPR) si Cookie-uri.
  • Dacă aveți întrebări sau nelămuriri cu privire la modul în care noi prelucrăm datele dumneavoastră cu caracter personal, puteți contacta responsabilul nostru cu protecția datelor la adresa de email: gdpr@esp2000.ro
  • Abonați-vă la newsletter-ul revistei noastre