Sia con i connettori per circuito stampato sia con i connettori di I/O, quando si tratta di fornire l'alimentazione ai moderni sistemi elettronici gli ingegneri devono fronteggiare le stesse problematiche di base. Per tenere il passo con l'aumento dei livelli di prestazioni e con l'evoluzione in atto in termini di miniaturizzazione, i connettori utilizzati per l'alimentazione devono soddisfare contemporaneamente due set di specifiche che i progressi più recenti mettono in contrasto tra loro: aumento delle prestazioni e progetti sempre più compatti. I connettori di alimentazione più innovativi permettono di raggiungere questo compromesso.
Connettori di potenza ibridi e puri
In linea di principio, è possibile classificare i connettori di potenza in due categorie. Una è costituita dai “connettori ibridi”. Questi connettori normalmente prevedono pochi contatti di potenza, visto che la maggior parte dei collegamenti è utilizzata per la segnalazione. L'altra categoria è costituta dai connettori di potenza puri (moduli di potenza) studiati esclusivamente per il trasporto di correnti elevate. Esempi classici potrebbero essere i connettori DIN tipo-M, i connettori HM da 2-mm tipo-M o i connettori D-sub. I connettori femmina ERmet da 2mm ad angolo retto, per esempio, offrono 55 contatti organizzati in 5 righe da 11 contatti ciascuna. Oltre a questo, sono previste tre posizioni di contatto per alimentazioni speciali o collegamenti coassiali. Questi connettori possono essere utilizzati individualmente o in congiunzione con i modelli HM tipo A, B, C, L o N.
Il maschio di questo tipo di connettore, ovvero la versione verticale ERmet tipo-M, dispone di un minimo di 77 contatti (7 x 11), con due righe esterne (22 contatti) utilizzate per collegare le schermature del connettore femmina. Il connettore maschio dispone inoltre di tre contatti speciali dedicati alla potenza o ai collegamenti coassiali.
Esempi di moduli di sola potenza sono i moduli HM da 2-mm, i connettori D-sub con le corrispondenti configurazioni (3W3, 5W5, ecc.) e i nuovi moduli di potenza MicroSpeed.
A questo punto è possibile determinare quando un contatto può essere considerato “di potenza”: quanto deve essere alto l'amperaggio e quale influenza hanno le dimensioni del modello? In caso di connettori per Pcb, è necessario, ovviamente, prendere in considerazione il fattore di forma di una determinata serie di connettori. Come regola generale, nell'ambito di una serie di modelli, si prende in esame il contatto di segnale rispetto al contatto di potenza, il quale offre una capacità di trasporto di corrente da 5 a 10 volte superiore.
I Power Module MicroSpeed
La famiglia di Power Module MicroSpeed è stata progettata per essere utilizzata in combinazione con componenti compatti ad alte prestazioni (quali Cpu, memorie veloci, attuatori, display Lcd, ecc.). I connettori a 5 pin con passo di contatto di 2.0 mm sono progettati per i sistemi di alimentazione di ridotte dimensioni, caratterizzati da altissimi livelli di affidabilità. I componenti di potenza che completano la famiglia di moduli di segnale MicroSpeed comprendono un vasto spettro di modelli destinati a varie applicazioni mezzanino. Una delle principali caratteristiche offerte da queste serie è l'alta capacità di trasporto della corrente offerta a dispetto delle dimensioni estremamente contenute. In questo caso possiamo parlare di un “indice corpo/potenza” molto elevato. Oltre a questo, i connettori offrono un contatto a prova di tensioni fino a 500 V, una resistenza di contatto inferiore a 20 mΩ e una resistenza di isolamento superiore a 1010 Ω. Grazie all'uso di un materiale di contatto speciale, il sistema di connessione può fornire correnti da 6 a 8 A a 20 °C.
Prima di raggiungere la massima corrente operativa, è però necessario esaminare in modo olistico il cammino della corrente, in quanto ciascun singolo componente deve essere in grado di gestire questi livelli di intensità: il Pcb (o il layout) rappresenta spesso l'anello più debole della catena. Grazie alle altezze differenti del contatto maschio (1, 2, 9 e 10 mm) e femmina (4, 6, 8 e 10 mm), i connettori Power Module possono dare vita a 16 varianti, da 5 a 20 mm. Questo garantisce agli sviluppatori una notevole flessibilità per tutti i tipi di configurazioni Pcb.
I Power Module MicroSpeed dispongono di pin con terminazioni Smt e offrono due opzioni di schermatura: Smt, per applicazioni standard, e con profilati di schermatura Thr. Questi ultimi prevedono una maggiore forza di estrazione e sono adatti agli ambienti particolarmente severi. I contatti di massa dei profilati di schermatura permettono anche di ridurre l'affaticamento dei connettori.
Anche in presenza di schede spaziate di soli 5 mm viene garantita un'eccellente sovrapposizione del contatto (affidabilità di accoppiamento). I connettori sono dotati di un cappuccio di montaggio preassemblato e possono essere processati in conformità alle specifiche Rohs. I Power Module MicroSpeed sono specificati su range di temperatura da -55 °C a +125 °C.
Un ulteriore significativo vantaggio garantito da questa serie è la compensazione delle tolleranze di accoppiamento. I valori permettono di montare più connettori su un'unica scheda e di accoppiarli simultaneamente. Per tale ragione questi connettori possono essere utilizzati in combinazione con i connettori di segnale delle serie SMC o MicroSpeed, anch'essi caratterizzati da alte tolleranze.
Potenza Hard Metric
L'uso di un nuovo materiale di contatto ha reso possibile il raddoppio della capacità di trasporto della corrente dei noti Power Module ERmet, a partire dalla serie metrica con passo di 2 mm. Grazie a questo, i moduli di potenza da 3 pin raggiungono ora capacità di trasporto superiori a 18 A (a 20 °C) per contatto. Contemporaneamente, i nuovi connettori di potenza permettono di ridurre il riscaldamento a parità di amperaggio. La presenza di contatti di pre-accoppiamento consente di implementare applicazioni hot-swap. I moduli di potenza con terminazioni press-fit sono configurati per fornire l'alimentazione alle schede figlia e possono, per esempio, essere montati su di esse insieme ai connettori ERmet da 2 mm in accordo allo standard IEC 61076-4-101 (per i segnali). Due dei moduli di potenza (che hanno una larghezza di 12 mm) è adattabile, per esempio, ai 2 mm del sistema HM con passo da 25 mm. Oltre a questo, possono essere impiegati in compatibilità con altri connettori DIN 41612 da 2 mm. I Power Module ERmet sono conformi alla direttiva Rohs e sono disponibili in versione maschio ad angolo retto (per schede figlia) e con femmina dritta (per backplane).
La potenza per backplane
Sui backplane, la tecnologia press-fit senza saldatura è la soluzione preferita per il montaggio della maggior parte dei componenti. Per un'alimentazione affidabile, sono disponibili dei Power Taps a polo singolo in tecnologia press-fit. Questi connettori sono equipaggiati con 6 o 10 contatti che garantiscono una zona elastica di press-fit. L'alimentazione può essere fornita con connettori a vite o con connettori slip-on con capocorda o faston.
Alcuni modelli della nota serie Power Tap sono stati dotati di una nuova zona press-fit (nota come zona “EN” o a “cruna d'ago”). Grazie all'adozione della nuova zona di press-fit, è possibile raggiungere una progressione più distribuita della forza durante la pressione di inserimento. Questo permette di ridurre le tensioni nella zona passante di press-fit della scheda. Oltre a questo, sono disponibili versioni con pin a saldare. Un nuovo tipo di modello Power Tap offre una variante con profilo a imbuto. Tutte le versioni sono disponibili con differenti tratti di connessione (M3, M4, 6-32 UNC e 8-32 UNC). Grazie all'impiego di un nuovo materiale, nella versione a 6 pin (6 pin press-fit) gli sviluppatori sono stati in grado di incrementare la capacità massima di trasporto della corrente da 30 a 40 A (a 20 °C), portandola al medesimo livello della versione a 10 pin. La corrente massima operativa dipende dalle caratteristiche del Pcb e dal tipo di terminazione del cavo. I Power Tap a 10 pin con terminazione press-fit sono disponibili anche con terminazione faston. Tutti i nuovi Power Tap, comprese le versioni faston, sono conformi alle specifiche Rohs.
Potenza per l'I/O con i contatti stampati
Tradizionalmente, i connettori sub-D sono sempre stati utilizzati per l'interfacciamento di I/O. Oggi, i connettori sub-D ad alta potenza sono di frequente impiegati anche nelle applicazioni di alimentazione. Questi connettori, spesso utilizzati nelle soluzioni di alimentazione, prevedono dei layout standardizzati (per esempio 3W3 o 3WK3) e sono sfruttati, per esempio, come interfacce per gli alimentatori nelle applicazioni di telecomunicazione.
Erni Electronics fornisce anche connettori maschio e femmina D-Sub con contatti ad alta potenza e configurazione 7W2. Oltre a questi è possibile configurare versioni 5W5, 9W4 o altre configurazioni. In questo caso i contatti di potenza sono parti stampate con terminazioni Smt/Thr o press-fit. La superficie è placcata in argento. Anche i contatti di segnale possono essere parzialmente assemblati senza oneri aggiuntivi.
Erni propone questi connettori con altezze di montaggio standard (7.3 mm) in accordo alle norme DIN 41652 e CECC 75301-802. La corrente nominale è specificata a 25 A (a 20°C) per i contatti ad alta potenza e a 5 A (a 20°C) per i contatti di segnale. In questo contesto è necessario considerare attentamente i limiti di temperatura possibili dell'applicazione e le specifiche tecniche del circuito stampato. Particolare attenzione va dedicata al layout. Quando viene raggiunta la massima intensità di corrente del connettore, è necessario garantire la disponibilità di una sezione e di un'area in rame sufficiente: in caso contrario la scheda raggiungerebbe temperature non sopportabili. La tensione di test è specificata a 1000 Veff mentre le distanze di strisciamento e spaziatura sono specificate a più di 1 mm.
Per il pick&place totalmente automatico, i connettori Smt ad alta corrente D-Sub sono forniti in vassoi o in confezioni tape-on-reel. Il corpo isolante nero facilita il riconoscimento da parte delle telecamere (metodo a riflessione). L'ampia superficie di pick&place garantisce un prelievo semplice e affidabile attraverso pipette a vuoto. La disposizione ottimizzata rispetto ai pin di posizionamento del centro di gravità del connettore consente di mantenere i D-sub in posizione durante il processo di saldatura. L'isolante è realizzato con materiali termoplastici resistenti alle alte temperature e adatti alla saldatura con tutti i processi Smt comunemente in uso. Anche questa nuova generazione di connettori D-sub è conforme alle specifiche Rohs.
