Fiabilidad de los conectores eléctricos: Tipos de conectores y consideraciones
La fiabilidad es un término que se utiliza comúnmente en nuestra vida diaria. Algunos coches son buscados por su alta fiabilidad; otros evitados por la razón opuesta. La fiabilidad es una cualidad deseada en un amigo, un jefe, un sueldo; sin embargo, su significado preciso puede variar dependiendo del contexto.
Cuando se trata de conectores eléctricos, la fiabilidad tiene una definición precisa. En términos sencillos: La fiabilidad es “la probabilidad de que un conector funcione según lo requerido durante un período de tiempo deseado, durante el cual se somete a un conjunto dado de tensiones ambientales y/o mecánicas.”
Esta definición establece que hay un conjunto definido de niveles de rendimiento que deben mantenerse por un tiempo determinado mientras el conector está operando bajo el conjunto definido de condiciones. Dado que cualquiera o todos estos pueden cambiar con la aplicación, una especificación de fiabilidad del conector es una función de los tres.
¿Qué es un conector? Fundamentos de construcción
Entonces, ¿qué es exactamente un conector? Una definición general de un conector es que un conector “proporciona una conexión separable entre dos elementos de un sistema electrónico sin distorsión de señal inaceptable ni pérdida de potencia.”
Las dos partes clave de esta definición son “separable” y “pérdida de rendimiento inaceptable”, ambas dependen de la aplicación del conector y de sus requisitos eléctricos y ambientales.
A continuación se muestra un dibujo simplificado de un conector, que muestra los componentes principales junto con un acercamiento al acabado de contacto y la interfaz.
Figura 1: Componentes eléctricos del conector. (Fuente: TE Connectivity)
La parte eléctrica de cada conexión consiste en un pin de conector y un resorte de contacto que ejerce una fuerza mecánica sobre su pin asociado para mantener la continuidad eléctrica. Los pines y los resortes están contenidos dentro de una carcasa rígida; las dos carcasas se acoplan, generalmente con un mecanismo de llave para asegurar la orientación correcta.
Modos de falla y mecanismos de conectores eléctricos
Si nunca hubiera fallos, la fiabilidad de los conectores no sería un problema. Al examinar lo que puede salir mal en un conector, podemos distinguir entre modos de fallo y mecanismos de fallo. Un modo de fallo es la forma particular en que el conector puede fallar funcionalmente en comparación con los requisitos de la aplicación; por ejemplo, la resistencia de contacto que excede la especificación o una fuerza de inserción inaceptablemente alta son ambos modos de fallo. Un mecanismo de fallo es una causa de un modo de fallo; por ejemplo, la vibración mecánica y el exceso de tensión eléctrica son ambos mecanismos que pueden llevar al fallo.
A continuación se presentan algunos mecanismos de fallo comunes y sus modos de fallo típicos:
| Mecanismo de falla | Modo de falla típico |
|---|---|
| Estrés mecánico: vibración, impacto, esfuerzos de flexión sostenidos, conexión y desconexión repetidas | Daño a la carcasa y clave del conector; desajuste y daño del circuito; desgaste excesivo que conduce a conexiones intermitentes o abiertas |
| Temperaturas excesivamente altas | Descomposición del aislamiento; aumento de la resistencia de contacto |
| Temperaturas excesivamente bajas | Daño a componentes no metálicos |
| Alta humedad | Aumento de la resistencia de contacto, corrosión |
Determinación de los mejores conectores eléctricos: Medición de la fiabilidad del conector
¿Cómo desarrollamos métricas de fiabilidad para conectores? En la mayoría de los campos, la fiabilidad se determina utilizando uno de los tres métodos disponibles:
- Uso real: supervisa el rendimiento del producto en servicio.
- Predictivo: predice la fiabilidad basándose en un modelo desarrollado a través de estudios empíricos y/o pruebas.
- Física del fallo: identifica posibles mecanismos de fallo y desarrolla un programa de pruebas aceleradas de fallo para inducir fallos y así predecir el rendimiento en el mundo real.
Sin embargo, por varias razones, estas técnicas no son adecuadas para conectores. Las métricas estadísticas estándar como MTTF y MTBF (Tiempo Medio Hasta el Fallo y Tiempo Medio Entre Fallos, respectivamente) son difíciles de obtener. En su lugar, los fabricantes de conectores proporcionan un conjunto de especificaciones de funcionamiento eléctrico y mecánico garantizadas y un conjunto de pruebas de calificación que los productos de muestra han aprobado.
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