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Restez connecté au monde de l'IoT

L'Internet des objets (Internet of Objects, IoT, ou IdO) est en passe d'être la technologie la plus rapidement adoptée de l'histoire. Selon une recherche du BCG (Boston Consulting Group), parti de presque rien au début de cette décennie, le marché des technologies, produits et services relatifs à l'IoT pourra atteindre jusqu'à 267 milliards de dollars américains d'ici la fin de la décennie. La moitié des dépenses prévues dans ce marché devrait concerner les applications industrielles, principalement dans la fabrication, les services publics, le transport et la logistique.

Les produits pour ces applications devront fonctionner dans des environnements très hostiles. Les systèmes électroniques sont vulnérables à la chaleur, au froid, au bruit électrique et aux particules en suspension. La chaleur peut réduire l'efficacité et la durée de vie des composants ; l'humidité et les particules peuvent provoquer des courts-circuits ; le froid peut affecter le fonctionnement et la durée de vie utile des équipements. Les concepteurs doivent soit protéger les composants électroniques sensibles de l'environnement, soit trouver des moyens de déterminer avec précision comment ces systèmes fonctionneront. 

Les problèmes liés à l'environnement ne sont pas les seuls problèmes auxquels les concepteurs des équipements de l'IoT seront confrontés. De nombreux systèmes pour l'IoT seront situés dans des zones reculées ou dans des endroits difficiles d'accès où une maintenance régulière ne sera pas possible. En d'autres termes, ils ne pourront pas souvent être raccordés au réseau électrique et seront alimentés par des batteries ou de l'énergie provenant de l'environnement.

La solution la plus simple pour les concepteurs est d'utiliser un boîtier ou un coffret pour y protéger les composants électroniques. Les boîtiers peuvent protéger l'équipement de l'humidité et de la poussière, mais ils ne résolvent pas le problème de la chaleur et du froid. Les boîtiers scellés peuvent retenir la chaleur émise par les composants, ce qui peut former des points chauds, en particulier dans les zones situées près du sommet du boîtier.

D'habitude, les concepteurs utilisaient des ventilateurs et des radiateurs pour réduire la chaleur, et ces deux éléments peuvent être utilisés dans les applications de l'IoT, même si les radiateurs de grande taille pourraient constituer un problème en raison de l'espace requis. Une interface thermique peut garantir que la chaleur des composants est transférée efficacement vers le radiateur, et ainsi éventuellement réduire sa taille. L'interface thermique généralement utilisée est la graisse ou la pâte, mais plus récemment, des matériaux spécialisés ont été développés pour assurer une meilleure connexion thermique entre le composant et le radiateur. Ces matériaux ne se dégradent pas de la même manière que la graisse au fil du temps.

Le nouveau matériau Soft-PGS de Panasonic (135-9663)  est un bon exemple de ce type de matériau d'interface thermique. Soft-PGS est une feuille de graphite de 200 μm qui peut être comprimée de 40 %. Le matériau garantit une stabilité thermique jusqu'à 400 °C avec une conductivité thermique pouvant atteindre 400 W/mK dans le sens X-Y et 30 W/mK dans le sens Z. Le matériau a également trouvé une autre application particulièrement utile pour les concepteurs de dispositifs IoT : une couche thermoconductrice qui peut être appliquée à l'intérieur des boîtiers pour éviter les points chauds.

Le refroidissement par air forcé, à l'aide de ventilateurs, a également été très utilisé pour gérer la chaleur. Dans les systèmes de l'IoT, il peut ne pas y avoir suffisamment d'espace pour les ventilateurs, ou assez d'énergie pour les faire fonctionner. Cependant, les ventilateurs modernes offrent des fonctions qui peuvent atténuer certains de ces problèmes. Par exemple, la gamme de ventilateurs 9RF de Sanyo Denki (136-0687)  peut fournir un flux d'air dans les deux sens, ce qui réduit l'espace requis pour la gestion thermique. Les ventilateurs disposent également du contrôle de vitesse par PWM pour permettre au concepteur d'économiser de l'énergie grâce à une utilisation efficace et moins de bruit.

 

Dans certains cas, il sera impossible de compter uniquement sur les techniques de refroidissement et de prendre des mesures pour essayer d'annuler les effets de la chaleur ou alors envisager une durée de vie plus courte. Heureusement, les concepteurs ont déjà bien compris les effets de la chaleur sur les composants électroniques. Les tests de vieillissement sont déjà utilisés pour le test accéléré des composants. À partir de ces tests, nous pouvons prédire la réaction des composants sous différentes températures ambiantes. Par exemple, un ventilateur fonctionnant à une température ambiante de 40 °C peut durer 70 000 heures, alors que le même ventilateur fonctionnant à 60 °C ne peut durer que 40 000 heures. Les concepteurs peuvent également spécifier des composants à utiliser pour faire face à des températures excessives. De nombreux fabricants offrent des conseils sur le déclassement dans la documentation de leurs produits.

De nombreux systèmes de l'IoT seront situés à l'extérieur, ou dans des endroits inhospitaliers tels que des congélateurs industriels. Le froid peut également altérer le fonctionnement des systèmes électroniques, en particulier en réduisant la capacité de la batterie, rendant les écrans LCD moins réactifs et favorisant la condensation, ce qui peut court-circuiter les composants. Pour les systèmes qui fonctionnent dans ces conditions, un radiateur peut être nécessaire pour assurer le bon fonctionnement du système. Stego produit un ensemble de radiateurs spécialement conçus pour faire face à ce problème. La gamme Stego comprend des radiateurs à convection et des panneaux rayonnants, ainsi que des radiateurs soufflants pour répartir uniformément la chaleur. Stego propose également des radiateurs conçus pour fonctionner dans des environnements explosifs avec la nouvelle famille CREx, bientôt disponible (144-7579) .

Résumé

L'IoT offre d'énormes possibilités à ceux qui peuvent fournir les bons produits au bon moment. Ces possibilités s'accompagnent également de défis, principalement environnementaux. Il est possible de créer des systèmes électroniques pour les environnements difficiles, mais une planification minutieuse est nécessaire tout au long du cycle de conception afin d'assurer une performance et une durée de vie maximales.

Connector Geek is Dave in real life. With 29 years in the industry, Dave still likes talking about connectors almost as much as being a Dad to his two kids. He still loves Lego too...

6 Sep 2017, 13:15

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