L’alimentazione richiede innovazione

CONNESSIONE –

Molti nuovi connettori progettati per la distribuzione dell’alimentazione sono comparsi sul mercato in tempi recenti e la tendenza non sembra esaurirsi; i nuovi componenti offrono architetture modulari, possibilità di condurre alte correnti e caratteristiche che facilitano la dissipazione termica.

Nel complesso mondo dei componenti per l’interconnessione dei sistemi elettronici, l’attenzione si è storicamente concentrata sui dispositivi destinati alla trasmissione dei segnali, mentre i connettori per la distribuzione dell’alimentazione hanno conosciuto sviluppi relativamente più lenti; in passato gli investimenti in questo segmento sono stati relativamente bassi, per varie ragioni; sicuramente perché i volumi di vendita erano inferiori rispetto ad altri mercati, ma anche perché i requisiti applicativi richiedevano personalizzazioni che venivano poi mantenute invariate per lunghi periodi, anche perché i progettisti, particolarmente sensibili ai rischi di guasti catastrofici dovuti a problemi dell’alimentazione, preferivano affidarsi a prodotti consolidati da anni, con caratteristiche ben note e in numero relativamente limitato, adatti ad essere impiegati in varie situazioni. Negli ultimi anni la situazione è però cambiata radicalmente: la richiesta di prodotti in grado di gestire correnti più elevate, con una densità di contatti sempre maggiore e adeguati ai requisiti di dissipazione termica hanno imposto criteri progettuali sostanzialmente diversi.
I principali produttori, come Amphenol, FCI, Molex e Tyco, hanno ampliato in maniera notevole i propri portafogli prodotti, adottando spesso architetture modulari che permettono di offrire soluzioni economiche in grado di combinare sia contatti di segnale che contatti di alimentazione. Altri produttori, che si erano specializzati e avevano saputo conquistare la leadership in qualche nicchia particolare, hanno iniziato a sentire la pressione della concorrenza e hanno risposto con una maggiore varietà di prodotti, sia del tipo con i classici contatti torniti che connettori con contatti stampati o imbutiti, più economici. L’obiettivo di ridurre resistenza di massa e resistenza di contatto è stato perseguito lavorando sul disegno dei contatti stessi in modo da aumentare il numero di punti di accoppiamento delle superfici e adottando nuovi materiali con migliore conducibilità ma in grado di garantire comunque una buona elasticità. Il valore nominale dell’aumento massimo di temperatura dei contatti è rimasto sempre di 30 °C, un valore che è ormai uno standard de facto, ma molti costruttori possono attualmente garantire prestazioni anche molto superiori.

Densità di corrente e trasferimento di calore
In realtà, a causa della progressiva riduzione delle dimensioni dei componenti, conseguente alla maggiore integrazione, il vero parametro di confronto per i connettori è ormai la densità di corrente. Attualmente, i connettori bordo scheda vengono descritti in termini di ampere per centimetro lineare, e i costruttori cercano di trovare un compromesso tra le dimensioni dei connettori (altezza e larghezza) e i valori di corrente da gestire, per non utilizzare troppo spazio in verticale. Per la stessa ragione, cioè la crescente integrazione, anche il tema del trasferimento del calore è di estrema importanza. In effetti i connettori non sono solamente una possibile fonte di calore ma spesso costituiscono anche un ostacolo per i flussi d’aria di raffreddamento: ecco perché i connettori più moderni sono caratterizzati da ingombri ridotti e in alcuni casi anche da contenitori ventilati che permettono di avere correnti più elevate sui contatti.
Queste novità hanno permesso ai sistemisti di scegliere tra diverse alternative di differenti fornitori e di trovare risposta alle esigenze delle applicazioni più svariate, scegliendo il componente preferito direttamente dai vari siti web dei produttori. I progettisti non hanno però perso l’abitudine di attribuire una riduzione percentuale ai dati prestazionali dichiarati dai costruttori, anche se attualmente i valori misurati e riportati sui datasheeet sono molto accurati; ciò si traduce nella necessità di ordinare componenti più costosi, ma il timore di vedere il proprio sistema andare letteralmente in fumo per colpa di un connettore è un fattore che determina un orientamento a scelte estremamente prudenti.
I più nuovi connettori di potenza garantiscono anche eccellenti livelli di protezione da contaminanti, liquidi e polveri, secondo quanto previsto dalle norme IP65 e IP67. Hypertac, ad esempio, ha di recente proposto un nuovo tipo di connettore a due e tre posizioni con contatti fino a 300 ampere. Destinati ad applicazioni con alte correnti e con requisiti di elevata affidabilità, i connettori HBB hanno terminali da 9 mm di diametro e sono in grado di sopportare tensioni fino a 1000 V. I connettori circolari King Cobra di Positronic Industries offrono a loro volta contatti da 20 ampere e sono protetti IP65.

Elevata densità di corrente in spazi minimi
Un segmento particolare del mercato è quello degli alimentatori: la necessità di alimentare sistemi ridondanti e fault tolerant ha imposto la presenza di alimentatori modulari ad accoppiamento cieco per server e data center e i connettori impiegati in questi apparati devono offrire elevata densità di corrente in spazi minimi. Esempi di componenti di questo tipo sono i connettori EXTreme Ten60Power di Molex, la famiglia HCI di FCI Electronics e i Multi-Beam XLE di Tyco Electronics. Un’altra tendenza chiaramente emersa in tempi recenti è il progressivo distacco dalle interfacce proprietarie. Se in passato ogni costruttore seguiva la politica di realizzare connettori con caratteristiche proprie e con stile personalizzato, obbligando gli utilizzatori a accontentarsi di prodotti forniti in regime quasi monopolistico, in seguito alle insistenze dei principali Oem la situazione è cambiata e sono iniziate ad apparire le second source, spesso realizzate in seguito ad accordi di scambi reciproci di licenze per alcuni componenti. Ad esempio Tyco fornisce attualmente anche i connettori HCI di FCI che a sua volta è fornitore su licenza della famiglia Tyco MultiBeam XLE. FCI ha concluso accordi anche con Harting per produrre i connettori Outdoor PushPull I/O, che sono una famiglia di prodotti ibridi ad alta densità e IP67 concepiti per i prodotti destinati ad operare all’esterno in condizioni ambientali particolarmente difficili.
Una soluzione alternativa per ridurre l'ingombro nei connettori per la distribuzione dell'alimentazione è quella di aumentare la tensione delle linee, con una corrispondente riduzione della corrente; nella maggior parte delle applicazioni di calcolo l'alimentazione distribuita varia tra i 12 e i 48 Volt. Spesso si è discusso di passare a tensioni da 50 a 400 V in continua, il che permetterebbe di aumentare notevolmente l'efficienza dei sistemi di distribuzione, con una drastica riduzione di dimensioni per cavi e sbarre di distribuzione, ma anche con un effetto notevole sui connettori in termini di deformazione plastica e spaziature, senza poi dimenticare le possibili misure da adottare per garantire la sicurezza degli operatori. Infatti numerosi prodotti sono attualmente protetti anche dai contatti accidentali (touch safe). La serie PowerMod HP di Anderson Power Products è in grado di sopportare fino a 450 ampere e sia il connettore maschio che il connettore femmina sono protetti contro il contatto accidentale anche quando non collegati.

Dal medicale all’energia
In termini di applicazioni, sia il settore elettromedicale, in particolare per gli apparati mobili di diagnosi o di trattamento, sia il settore delle energie alternative (eolico e fotovoltaico), hanno richiesto la realizzazione di interfacce di nuovo tipo, in grado di offrire la massima affidabilità anche in condizioni estreme, resistendo a radiazioni, umidità, variazioni di temperatura, ecc. Analogamente, nel settore automobilistico, gli innovativi veicoli ibridi o quelli completamente elettrici richiedono l’impiego di connettori ad hoc per i cavi di ricarica. Non è ancora chiaro se si arriverà a un componente standard, ma le prime soluzioni, proposte ad esempio da Yazaki e ITT Interconnect Solutions sono già presenti sul mercato. Un ulteriore aspetto di efficienza è il calcolo dell’energia dissipata dal connettore stesso; Positronic ha iniziato a valutare questo aspetto pubblicando una serie di dati sulla quantità di energia dissipata da un connettore in varie condizioni di carico. Infine sono stati sviluppati componenti adatti anche a realizzare collegamenti con inserzione e disinserzione sotto tensione: un esempio sono i connettori Star-Line EX Series di Amphenol per correnti fino a 1150 ampere a 1000 V, che permettono di collegare sia alimentazione che segnali, su cavi coassiali o in fibra, garantiti antideflagranti.

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