SWaP-C용 고신뢰성 커넥터의 선택 및 응용 안내서

방위 및 항공 우주 응용 분야용 시스템을 설계하는 경우 크기, 무게, 전력, 비용(SWaP-C) 최적화에 대해 점점 더 엄격해지는 요구 사항에 직면하게 됩니다. 설계가 점점 더 복잡해지고 콤팩트해짐에 따라 높은 성능 및 신뢰성과 이러한 요구 사항 간에 균형을 맞춰야 합니다. 전통적인 커넥터는 이러한 상충되는 요구 사항을 충족하는 데 어려움을 겪는 경우가 많으며 설계자는 시스템 설계 및 성능 요구 사항을 충족하기 위한 대안을 찾아야 합니다.

이 기사에서는 명시적으로 SWaP-C용으로 설계된 고급 커넥터 기술이 어떻게 방위 및 항공 우주 응용 분야의 고유한 필요 사항을 처리할 수 있는지 살펴봅니다. 그런 다음 Harwin의 고신뢰성 솔루션을 소개하고 다양한 방위 및 항공 우주 시나리오에서 이러한 솔루션을 사용하여 신뢰할 수 있는 SWaP-C 성능을 달성하는 방법을 알아봅니다.

커넥터 소형화를 추진하는 요인

잠수함 잠망경 시스템에서 다중 스펙트럼 영상으로 업그레이드하는 것부터 확장된 센서를 가진 무인 항공기(UAV)까지, 매년 국한된 영역의 정교한 전자 장치에 대한 요구 사항은 점점 더 복잡해지고 있습니다. 부품 크기를 소형화하면 센서 및 다른 기능을 추가하여 시스템 기능을 개선하고 공기 역학 성능을 향상시킬 수 있습니다.

전통적으로 부피가 큰 부품 중 하나인 커넥터는 성공적인 소형화에 매우 중요합니다. 커넥터 크기를 줄이려면 접점 피치와 무게를 줄이면서, 극한의 조건에서 내구성을 유지하고 일관적인 전기 성능을 보장해야 합니다.

Harwin은 SWaP-C 최적화를 위해 특별히 설계된 포괄적인 커넥터 제품군을 통해 이러한 문제에 대응하고 있습니다. 이 제품군의 접근 방식은 핵심적인 세 가지 설계 원칙에 중심을 둡니다.

1. 높은 통전 용량을 유지하면서 피치 크기를 최소 1.25mm(밀리미터)로 감소
2. 극한의 조건에서 신호 무결성 보장을 위해 다중 핑거 베릴륨 구리 접점 사용
3. 내구성을 위한 선별적 경량 금속과 함께 고온 열가소성 수지 하우징 사용

이러한 설계 철학은 고밀도 신호 커넥터부터 혼합 기술 및 고전력 솔루션에 이르는 Harwin의 고신뢰성 제품군에 걸쳐 확장됩니다.

커넥터 무게 감소가 이동성 및 효율성에 미치는 영향

무게 감소는 SWaP-C 최적화, 특히 항공 및 모바일 응용 분야에 매우 중요합니다. 부품의 무게가 가벼울수록 비행 지속 시간 및 기동성을 향상시키면서 더 많은 장비를 운반할 수 있습니다.

최신 마이크로 미니어처 커넥터는 전략적 재료 선택을 통해 전통적인 산업용 커넥터에 비해 무게를 크게 줄일 수 있습니다. 예를 들어, 기본 하우징에 유리 충진 고온 열가소성 수지를 사용할 수 있습니다. 동시에, 설계자는 전자기 간섭(EMI) 및 무선 주파수 간섭(RFI) 보호 및 기계적 내구성을 위해 금속이 필요한 곳에만 경량의 알루미늄 합금을 선택적으로 사용할 수 있습니다.

전통적 설계가 금속 부품에 많이 의존하는 고전류 응용 분야에서도 이러한 재료 조합은 견고한 전기 및 기계 성능을 유지하면서 커넥터 무게를 최소화할 수 있습니다.

신뢰성을 저하시키지 않으면서 커넥터 비용 관리하기

SWaP-C 설계에서 비용 감소와 높은 신뢰성의 균형을 맞추는 것은 기능 수행에 중요한 시스템 설계자에게 지속적인 문제를 제시합니다. 커넥터의 경우 이는 최소한의 비용으로 장기적인 내구성을 보장하는 설계와 재료의 선택을 의미합니다.

비용 관리의 핵심 전략은 단순히 초기 부품 비용보다는 총 소유 비용에 중점을 두는 것입니다. 고신뢰성 커넥터는 초기 비용이 높을 수 있지만 확장된 수명과 감소된 유지보수 요구 사항으로 장기적으로 큰 절감 효과를 제공할 수 있습니다. 이는 커넥터가 고진동, 온도 변동, 반복되는 결합 주기 같은 극한의 조건을 견뎌야 하는 응용 분야에서 특히 유용합니다.

또한 표준화된 모듈식 커넥터 설계는 손쉬운 통합 및 교체를 통해 생산 및 유지 보수 비용을 줄일 수 있습니다. 공통적인 산업 표준을 충족하는 커넥터는 상호 교환성 및 간소화된 재고 관리를 지원하여 제품의 수명 주기에 걸쳐 비용을 줄입니다.

전력 공급과 크기의 균형 맞추기

커넥터는 전력 관리에서도 중요한 역할을 수행합니다. 여기서의 과제는 콤팩트한 폼 팩터를 유지하고 최소한의 전력 손실을 보장하면서 큰 전력 부하를 처리할 수 있는 커넥터를 개발하는 것입니다. 고신뢰성 커넥터는 효율적인 전력 전달을 지원하고, 열 발생을 최소화하며 전기 아크를 방지하면서, 최신 시스템 설계의 공간과 무게 제약 조건을 충족해야 합니다.

효율성과 신뢰성을 달성하려면 낮은 저항을 제공하는 재료 및 접점 설계가 필요합니다. 견고한 접점 도금, 개선된 절연, 최적화된 접점 기하 형태를 갖춘 커넥터는 극한의 작동 조건에서도 안정적인 전력을 공급할 수 있습니다.

핵심적인 고려 사항은 콤팩트한 단일 커넥터에 신호 연결 및 전력 연결을 결합하는 것입니다. 신호 회선과 전력 회선을 통합하면 전반적인 커넥터 실장 면적을 줄이고 중요한 여유 공간을 확보할 수 있지만 전력 경로와 신호 경로 간 잠재적 간섭을 관리해야 하는 문제를 일으킵니다.

응용 예: 제트 전투기 조종석

일반적인 사용 사례를 검토하면 이러한 설계 원칙이 실제로 어떻게 적용되는지 설명하는 데 도움이 됩니다. 예를 들어, 제트 전투기의 광 제어 장치(LCU)는 다양한 비행 조건 및 임무에 걸쳐 조도를 관리하기 위해 신뢰할 수 있는 커넥터를 필요로 합니다. 이러한 시스템은 조정석, 외부, 야간 투시, 비상 조명을 제어하므로, 타이트한 패키지 환경에서 가변적 조도를 제공할 수 있는 부품을 요구합니다. LCU의 제한된 공간은 성능을 저하시키지 않으면서 효과적으로 통합할 수 있는 저높이 부품을 필요로 합니다.

1.25mm의 피치를 가진 Harwin의 Gecko SL 커넥터는 Micro-D 커넥터보다 75% 더 가볍고 45% 더 작은 콤팩트한 경량 솔루션을 제공합니다. 따라서 LCU 같은 조밀 환경에 특히 적합합니다. Gecko SL 제품군의 주요 특징에는 다음이 포함됩니다.

• 격리된 접점당 2.8A(암페어) 및 모든 접점에서 동시에 2.0A 제공 가능
• 고신뢰성을 위한 4핑거 베릴륨 구리 접점 설계
• 유리 충진 열가소성 수지 UL94V-0(무할로겐 및 무적린)으로 제작된 성형

G125-MC10605M1-0150L 변형은 개별 리드선으로 종단되는 6접점 플러그를 제공합니다(그림 1). 개선된 전기적 연속성, 케이블 보호, 효과적인 EMI/RFI 차폐를 제공하는 경량 알루미늄 후드와 함께, 다양한 다른 조립 스타일을 사용할 수 있습니다.

그림 1: Gecko SL 커넥터는 제트 전투기 조정석과 같은 공간 제약적 환경에 유용할 수 있습니다. G125-MC10605M1-0150L 변형은 개별 리드선으로 종단되는 6접점 플러그를 제공합니다(이미지 출처: Harwin).

콤팩트한 크기 외에도 Gecko SL 커넥터는 매우 견고합니다. 이 커넥터는 최대 100g(6ms(밀리초))의 충격과 최대 20g(6시간)의 진동을 견딜 수 있으므로 항공 우주 환경에 이상적입니다. 1000 결합 주기의 내구성 등급을 가진 이 커넥터는 유지 보수 집약적 응용 분야의 공통적 요구 사항인, 반복된 연결 및 연결 해제 동안 신뢰성을 보장합니다.

응용 예: 혼합 신호 UAV 커넥터

또 다른 예로, 방위 환경에서 작동하는 UAV는 열악한 조건에서 기능을 유지할 수 있는 견고하고 콤팩트한 커넥터가 필요합니다. 이러한 차량은 상당한 진동 및 충격을 경험하므로, 신호 무결성이 온보드 시스템에 매우 중요합니다.

Harwin의 Datamate Mix-Tek 커넥터는 하나의 콤팩트한 패키지에 전력 회선 및 회선 신호를 통합하여 이러한 문제를 해결합니다. 이 공간 효율적인 설계는 2mm 피치를 사용하므로 인쇄 회로 기판(pc 기판)에 추가적인 부품을 위한 충분한 공간을 확보할 수 있으므로 궁극적으로 UAV 기능 및 성능이 개선됩니다. 이러한 커넥터는 6mΩ(밀리옴)(신호 접점용) 및 25mΩ(전력 접점용)의 낮은 접점 저항 값을 통해 전력 및 신호 손실을 최소화합니다. 500 결합 주기에 대해 정격화된 이 커넥터는 빈번한 유지 보수 및 재연결이 필요한 응용 제품에서 내구성을 보장합니다.

한 예로 각각 20A를 처리하는 2개의 전력 접점과 각각 3A에 대해 정격화된 8개의 신호 접점을 통합하는 M80-5T10805M1-02-331-00-000을 들 수 있습니다(그림 2). 이 구성은 UAV 응용 제품 대부분에서 중요 시스템의 전력 요구 사항과 제어 및 통신의 데이터 필요 사항을 지원합니다.

그림 2: M80-5T10805M1-02-331-00-000 커넥터는 UAV와 같은 공간 제약적 응용 제품을 위해 2개의 전력 접점과 2mm의 피치를 가진 8개의 신호 접점을 단일 하우징에 결합합니다(이미지 출처: Harwin).

응용 예: 고전력 UAV 배터리

방위에 중점을 둔 UAV는 수십 킬로와트에서 수백 킬로와트를 공급하는 배터리 시스템으로 작동하므로 종종 상당한 전력을 필요로 합니다. 이러한 배터리를 모터와 같은 중요 부품에 연결하는 커넥터는 높은 전류를 안정적으로 처리하는 동시에 전력 손실을 최소화해야 합니다.

Harwin의 Kona 고신뢰성 커넥터는 접점당 60A 및 3000V를 처리하여 이러한 요구 사항을 충족합니다. 8.50mm 피치는 방위 등급의 견고성을 유지하면서 상당한 전력 부하를 지원합니다. 2mΩ 접점 저항은 전력 손실을 최소화합니다.

한 좋은 예로 결합된 120A의 최대 전류 용량에 대해 2개의 수 접점 핀을 갖춘 KA1-MV10205M1(그림 3)을 들 수 있습니다. 이 커넥터는 SWaP-C 요구 사항을 충족하면서 견고한 전력 공급을 필요로 하는 UAV 배터리 연결에 매우 적합합니다.

그림 3: KA1-MV10205M1 커넥터는 접점당 60A 및 3000V 정격을 제공하며, 고충격 조건에서의 안정성을 위해 6핑거 접점 설계를 사용합니다(이미지 출처: Harwin).

Kona 커넥터는 금도금된 베릴륨-구리 접점을 사용하고, 고충격 조건에서 안정적인 연결을 보장하기 위한 6핑거 접점 설계를 제공하며, 8.5mm 피치를 가집니다. 알루미늄 합금 백셸 및 스테인리스강 나사 잠금 장치는 내구성이 뛰어난 경량 설계를 제공합니다.

결론

적절한 커넥터를 선택하는 것은 SWaP-C 최적화의 다양한 요구 사항 간에 균형을 맞추는 데 매우 중요합니다. Harwin의 고급 커넥터 솔루션은 콤팩트성, 경량 설계, 전력 효율, 내구성을 결합하여 설계자가 항공 우주 및 방위 응용 분야의 복잡한 요구 사항을 충족할 수 있음을 입증합니다.