Electronic Products lanza su serie de componentes electrónicos de regreso a lo básico, en asociación con EDN, con una introducción a los interruptores electromecánicos. No se pierda nuestra conversación con Roger Bohannan, líder global del segmento de productos del segmento médico de C&K.
Seleccionar el interruptor electromecánico adecuado para una aplicación puede resultar complicado. Desde los requisitos de impacto / vibración y tamaño hasta la sensación táctil y las demandas de rendimiento, la integración del interruptor correcto en un producto puede hacer o deshacer un diseño. A continuación se muestra una descripción general de los interruptores electromecánicos, que proporciona la información básica que necesita para comprender los tipos de interruptores típicos, las aplicaciones comunes y los términos de uso frecuente relacionados con los interruptores.
A menudo denominados interruptores electrónicos o eléctricos, los interruptores electromecánicos están disponibles en muchos tipos diferentes (por ejemplo, deslizantes, de palanca, pulsadores, etc.), una variedad de capacidades de conmutación de corriente y tamaños físicos para admitir una variedad de funciones. Ofreciendo un funcionamiento confiable y duradero para tareas simples y complejas, los interruptores electromecánicos utilizan la acción mecánica para cambiar el estado de un dispositivo eléctrico al alterar el flujo eléctrico a través de diferentes circuito rutas de transmisión.
Los interruptores electromecánicos, que se utilizan comúnmente en interfaces de persona a máquina (HMI), son una solución simple y de costo relativamente bajo en comparación con otras formas de HMI y, por lo tanto, son una opción preferida por muchos diseñadores. Es fácil seleccionar un interruptor electromecánico para su aplicación, pero optimizar su elección de interruptor para maximizar la funcionalidad de su diseño y la experiencia de su cliente con su producto es donde la experiencia del fabricante del interruptor puede ayudarlo.
Familia de interruptores electromecánicos de C&K. (Fuente: C&K)
Aquí hay una lista de tipos populares de interruptores electromecánicos. Estos interruptores generalmente se especifican mediante varios parámetros: tipo de actuador, número de polos y tiros, nivel de sellado, fuerza de actuación, retroalimentación háptica y potencia nominal requerida.
Interruptores táctiles
Un interruptor de "tacto" es un dispositivo electromecánico, pero esencialmente una interfaz de máquina. Con su acción momentánea, el interruptor está ENCENDIDO solo durante el período en que se presiona y se APAGA tan pronto como se suelta. Cuando se acciona el dispositivo, la cúpula metálica que actúa como contacto móvil colapsa entre los dos contactos estacionarios y genera la conmutación eléctrica, proporcionando una señal desde el circuito a la unidad de control electrónico (ECU) o microcontrolador (MCU) del equipo.
Familia de interruptores táctiles KSC de C&K. Haga clic para una imagen más grande. (Fuente: C&K)
Como sugiere su nombre, los interruptores de "tacto" proporcionan diferentes hápticas. El usuario percibe cuatro criterios principales: sensación táctil, recorrido de actuación, fuerza de actuación y sonido de actuación. La combinación y el control de estos parámetros determinan las aplicaciones ideales en las que se puede utilizar un interruptor. Para lograr hápticos personalizados, los actuadores, domos y carcasas se pueden mezclar y combinar para obtener el aspecto, la sensación y el rendimiento correctos.
Estos interruptores se ofrecen en una amplia gama de diferentes tamaños para montaje en placa de circuito impreso (PCB). Disponibles en material de contacto iluminado, de accionamiento lateral o superior, sellado o sin sellar, plateado o dorado, SMT y versiones de orificio pasante, los interruptores táctiles se pueden ajustar a los requisitos de cualquier aplicación.
Los interruptores táctiles modernos pueden soportar un mínimo de 10 millones de ciclos, lo que los hace perfectos para aplicaciones de alto uso, como controladores de juegos o controles de interfaz de ascensor. Este rendimiento es el resultado de la combinación correcta de un actuador suave y una estructura interna revisada hecha de la carcasa y la cúpula, que es el corazón del interruptor. El diseño del producto también asegura un alto nivel de sellado. Una clasificación IP67 ofrece una fuerte protección contra la entrada de polvo y agua.
Las versiones en miniatura ahora están disponibles para productos de consumo y portátiles como audífonos. Con un tamaño reducido, los interruptores nano táctiles resistentes son fáciles de integrar y ofrecen a los diseñadores la libertad de agregar más funciones o reducir el tamaño del producto final.
Roger Bohannan, líder del segmento global para la cartera de productos del segmento médico de C&K, analiza las tendencias clave en el mercado de dispositivos médicos portátiles y conectados y cómo afectan el diseño de interruptores electromecánicos: Gina Roos, editora en jefe de Productos electrónicos.
Un interruptor de llave es un dispositivo electromecánico que utiliza un resorte y una leva para optimizar la retroalimentación háptica del interruptor para la experiencia del usuario. Una alternativa a los interruptores táctiles o de botón, un interruptor de llave se usa típicamente solo para aplicaciones de baja corriente o señal.
Los interruptores de llave son reconocibles debajo de cada tecla de un joystick mecánico, empuñadura de control, instrumento electroquirúrgico o teclado. Estos interruptores tienen una amplia gama de fuerza de actuación, circuito eléctrico, recorrido e iluminación, lo que los hace atractivos para los diseñadores de automóviles, médicos, industriales y todoterreno.
Es importante que los interruptores de llave exhiban una excelente háptica. En aplicaciones que involucran una variedad de interruptores de llave, la fuerza de actuación constante y la sensación ayudan a determinar la calidad del producto final. Los interruptores de llave se pueden accionar directamente utilizando su propio botón o tapa, a menudo incorporados, o mediante la propia interfaz del cliente, como una membrana de goma o una cubierta.
Los interruptores de llave para aplicaciones modernas deben diseñarse para un funcionamiento a largo plazo de alto rendimiento en aplicaciones estándar y exigentes para el medio ambiente.
Muchos interruptores de llave diseñados para entornos hostiles ofrecen un sellado a prueba de agua. Los interruptores de llave con un diseño único que separa las funciones eléctricas y mecánicas aseguran posiciones de conmutación precisas y pueden resistir hasta 100 N de sobrecarga y 1 M de actuaciones. Los interruptores de llave están disponibles en una amplia gama de opciones de iluminación de color para adaptarse a los requisitos específicos de la aplicación del cliente.
Interruptores DIP
Un interruptor DIP viene con terminales configurados en un paquete estándar de doble línea. Un DIP simple viene en una carcasa rectangular con dos filas paralelas de clavijas de conexión eléctrica. El paquete puede montarse en un orificio pasante o en una superficie de la PCB.
Hay muchos tipos diferentes de interruptores DIP. Los más comunes son los de deslizamiento, piano y rotativo. Los tipos de diapositivas y piano suelen estar dispuestos en contactos unipolares / de un solo tiro (SPST), que pueden estar activados o desactivados. Los tipos rotativos contienen múltiples contactos eléctricos, uno de los cuales se selecciona girando el interruptor para alinearlo con un número impreso en el paquete.
Los interruptores DIP todavía se utilizan en algunos controles remotos para evitar interferencias. Por ejemplo, para controlar un ventilador de techo (y su artefacto de iluminación) que se instala en una caja de conexiones de un solo circuito. Los interruptores DIP establecen una frecuencia de radio o una dirección diferente para cada par de transmisor / receptor, de modo que se pueden instalar varias unidades sin que se controlen involuntariamente entre sí.
Interruptores de acción rápida
Un interruptor de acción rápida detecta (o detecta) la presencia o ausencia de un objeto, así como su posición, activando un émbolo cuando el objeto entra en contacto físicamente. Con un mecanismo de acción rápida, los contactos cambiarán instantáneamente en una posición operativa específica independientemente de su velocidad. El mecanismo permite que el interruptor a presión funcione con un movimiento y una fuerza específicos.
Hoy en día, con el advenimiento del Internet de las cosas (IoT), los interruptores de acción rápida se han adoptado ampliamente para aplicaciones de detección de posición, incluidos electrodomésticos, máquinas y equipos mecánico-eléctricos. Las señales eléctricas emitidas por el interruptor rápido indican condiciones normales y anormales al detectar posiciones, que pueden transmitirse a través de Internet y usarse como mantenimiento preventivo y monitoreo remoto.
Los broches son productos sólidos. Varían de corriente baja a alta y potencialmente pueden soportar salpicaduras de agua hasta una clasificación IP67. Se pueden utilizar en una amplia gama de aplicaciones, incluidas las industriales, automotrices, de consumo y médicas.
Los interruptores de acción rápida modernos ofrecen opciones de personalización significativas, lo cual es particularmente importante para el mercado automotriz. Con clasificación IP67, los interruptores automotrices de acción rápida están disponibles con diferentes opciones de actuador y terminación, recorrido corto o largo, operación silenciosa o con un clic, y más.
Detectar interruptores
La serie HDT de C&K de interruptores de detección en microminiatura. Haga clic para una imagen más grande. (Fuente: C&K)
Los interruptores de detección funcionan de la misma manera que un interruptor de acción rápida. El tamaño de un detector es mucho más pequeño que el de un interruptor de acción rápida debido a la evolución del interruptor. la tecnología, y generalmente se usa solo para aplicaciones de señal o corriente baja. Debido a su pequeño tamaño, los interruptores de detección tienden a usarse en dispositivos IoT de pequeño tamaño, que van desde sistemas de calentamiento de tabaco y dispositivos de administración de medicamentos hasta alarmas de humo, dispositivos de audio Bluetooth y cámaras 4K.
Los interruptores de detección generalmente se montan en la superficie en PCB. Ofrece un recorrido más corto que los interruptores de acción rápida debido a un cuerpo más pequeño. Sin embargo, es muy adecuado para espacios extremadamente pequeños y restringidos donde los interruptores de acción rápida no pueden caber en la aplicación.
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Interruptores de botón
Los interruptores de botón tienen un actuador de botón que cierra y abre el interruptor y se usa para controlar algún aspecto de una máquina o un proceso. Los botones pulsadores suelen estar construidos de plástico o metal. La tapa o la superficie del actuador suele ser plana o tiene la forma adecuada para acomodar el dedo o la mano humanos, de modo que se pueda presionar o empujar fácilmente.
Los interruptores de botón ofrecen los recorridos más largos para aplicaciones HMI, ya que los botones requieren un resorte en la estructura interna para volver a su estado abierto. Con sobrecarrera incorporada, estos interruptores se pueden usar con una interfaz mecánica y evitar que los interruptores se sobreactiven y posiblemente se dañen.
Diseñados para aplicaciones de potencia y de nivel lógico en el mismo tamaño de carcasa, los interruptores de botón cumplen con el concepto de los ingenieros de "un tamaño para todos". Además, los interruptores de botón pueden acomodar varios circuitos con varios polos y tiros en un solo cuerpo, lo que aumenta la funcionalidad en dispositivos o equipos. Los botones pulsadores están disponibles con o sin LED como indicadores iluminados y varios estilos de terminación como montaje en panel o PCB con configuraciones verticales o en ángulo recto. Para cumplir con los requisitos exigentes en condiciones difíciles o entornos peligrosos, los productos a menudo proporcionan protección de ingreso (IP) y protección contra impactos (IK) estándar de la industria.
Los interruptores de botón se seleccionan comúnmente por su diseño a prueba de manipulaciones. Un diseño con clasificación IP67 garantiza la supervivencia en condiciones de polvo y humedad, mientras que un actuador con clasificación IK10 con una carcasa de aleación de aluminio o acero inoxidable garantiza una alta resistencia al vandalismo. Los botones pulsadores brindan versatilidad con una variedad de opciones, que incluyen versiones momentáneas o de bloqueo, indicadores LED en una variedad de colores y varias opciones de actuadores.
Interruptores basculantes
Un interruptor basculante es un interruptor de encendido / apagado eléctrico que se balancea de un lado a otro cuando se presiona para cambiar el estado del interruptor, ya sea conectando o desconectando un circuito eléctrico. Los interruptores basculantes vienen en una variedad de sabores, como subminiatura, miniatura y de potencia, proporcionando una amplia gama para aplicaciones de montaje en panel, montaje en superficie y orificio pasante de PCB. Los modelos están disponibles en versiones iluminadas (LED e incandescentes) y selladas / impermeables, con funcionalidad SPST, SPDT, DPST, DPDT, 3PDT y 4DPT.
Las opciones de montaje en PCB incluyen montaje vertical, en ángulo recto y en superficie, mientras que las opciones de montaje en panel incluyen montaje frontal, montaje trasero y versiones a presión. Con funcionalidad multipolar y multiposición, los interruptores basculantes se pueden utilizar en una variedad de aplicaciones.
Los interruptores basculantes pueden venir con funciones momentáneas y mantenidas, protectores opcionales para evitar un accionamiento accidental y una opción de funda de goma a prueba de salpicaduras IP54.
Interruptores de palanca
Un interruptor de palanca es un interruptor eléctrico que abre y cierra un circuito eléctrico moviendo una palanca hacia adelante y hacia atrás. Disponibles en un polo hasta cuatro polos, los interruptores de palanca se ofrecen en una amplia gama de versiones, incluidos modelos en miniatura, subminiatura y ultraminiatura de bajo voltaje, y dispositivos de hasta 20 A de alta potencia. Con las opciones de PCB, SMT y bujes, los interruptores de palanca cuentan con versiones de soporte de montaje vertical, en ángulo recto y vertical en ángulo recto.
Los interruptores de palanca ofrecen una amplia gama de fuerzas de actuación, circuitos eléctricos y viajes, lo que los hace atractivos para paneles de control, instrumentación de telecomunicaciones, equipos médicos, equipos pesados, instrumentos industriales, ascensores y escaleras mecánicas, sistemas de seguridad, iluminación LED y aplicaciones de detección. También pueden diseñarse para aplicaciones en entornos hostiles con un sellado típico con clasificación IP68.
Navegación
Los interruptores de navegación suelen incorporar varios ejes de desplazamiento con un brazo de palanca largo en productos como palancas de control, interruptores de dirección de cuatro direcciones y otros productos similares. Estos dispositivos se pueden miniaturizar para adaptarse a una amplia gama de aplicaciones que incluyen controles de espejos en automóviles, electrodomésticos, electrónica de consumo, sistemas de entretenimiento y controles remotos.
Por ejemplo, los thumbsticks pueden combinar controles de palanca de doble eje con conmutación de selección central integrada. Este diseño único cumple con los requisitos de confiabilidad que exigen los productos de control premium, como drones comerciales de alta gama, periféricos de juego y controladores industriales.
Slides
Los interruptores deslizantes se identifican por su actuador deslizante horizontal, que abre o cierra el interruptor. Estos tipos de interruptores vienen en todas las formas y tamaños, desde modelos ultraminiatura hasta modelos más grandes y de alta potencia. También pueden incorporar múltiples funciones de interruptor, desde las funciones básicas de tiro único / tiro único (SPST) hasta SPDT, SP3T, DPST, DPDT, 3PDT, 4PDT y 4P3T.
También se pueden construir para varios métodos de instalación, incluido el montaje en superficie, montaje en panel, orificio pasante para PCB o variantes en ángulo recto. Otras opciones de personalización, según la aplicación, incluyen contactos de retención positiva, sellado y cortocircuito o sin cortocircuito.
Los interruptores deslizantes son fáciles de integrar en un diseño y brindan a los ingenieros más flexibilidad de diseño y opciones de tamaño, estilos de montaje, tipos de actuación, clasificaciones y paquetes. Muchos interruptores deslizantes en miniatura ahora cumplen con la última norma UL61058-1. Estos dispositivos se pueden utilizar en una variedad de aplicaciones, como electrónica de consumo, controles de HVAC, equipos de audio y sistemas de seguridad.
Rotary
Los interruptores giratorios proporcionan un accionamiento giratorio, a menudo con 4, 8, 12 o incluso 16 posiciones espaciadas uniformemente alrededor de la carcasa circular. Pueden ser bastante pequeños para adaptarse a aplicaciones pequeñas o un poco más grandes para adaptarse a cargas de potencia más altas. Es posible incorporar varios polos en función de la cantidad de posiciones que ofrece el interruptor giratorio, incluidos los contactos en corto y sin cortocircuito. Los interruptores giratorios son adecuados para aplicaciones automotrices, electrodomésticos, equipos industriales, equipos médicos, electrónica de consumo y en cualquier lugar donde se requiera un dial giratorio para controlar la funcionalidad.
Cerraduras
Los conmutadores combinan contactos de conmutación eléctricos con mecanismos de bloqueo de seguridad con llave en aplicaciones donde la conmutación segura es fundamental. Los interruptores de bloqueo se ofrecen en opciones de múltiples polos y posiciones múltiples, retención positiva y pueden operar a un nivel de potencia bajo.
Estos interruptores están construidos con carcasas de plástico o metal y utilizan de cuatro a seis vasos para satisfacer una variedad de necesidades de seguridad. Pueden incorporar funciones antiestáticas y momentáneas según sea necesario con bujes o opciones de montaje a presión para satisfacer una amplia gama de aplicaciones, incluidas terminales de punto de venta, cajas registradoras, computadoras, equipos de red, máquinas expendedoras, ascensores, equipos médicos, y sistemas de seguridad.
Conclusión
En última instancia, los interruptores dan forma a la experiencia del usuario final. Los interruptores electromecánicos vienen en una amplia gama de formas, tamaños, actuadores, materiales y opciones de terminación para satisfacer las demandas de la aplicación, y cada una de estas opciones afecta la sensación, el sonido y la respuesta del usuario a medida que se acciona el producto. Al seleccionar el interruptor electromecánico correcto, el diseño de su producto puede elevarse y utilizarse para mejorar la experiencia del usuario final. Desde interruptores iluminados estándar hasta interruptores sellados e interruptores que se montan en la superficie, o interruptores en miniatura personalizados con una amplia gama de fuerzas operativas y estilos de palanca, los interruptores pueden hacer o deshacer el éxito de su producto.
Términos comunes
Fuerza de actuación: La fuerza necesaria para cambiar un actuador de interruptor de una posición a otra. Medido exactamente cuando un interruptor cambia de estado.
Viaje mecánico: La carrera (movimiento del actuador) desde la posición inicial hasta el tope mecánico.
Viaje eléctrico: Carrera desde la posición inicial hasta el contacto eléctrico.
Efecto táctil: La diferencia entre la fuerza de actuación y la fuerza en la posición de parada mecánica.
Háptico: Una combinación de fuerza de actuación, sonido, desplazamiento y efecto táctil.
sobrecarga: La fuerza máxima aplicable en el interruptor sin daño.
Esperanza de vida: El número de ciclos de operación que realizará un interruptor.
UL / ENEC: Estándares globales de seguridad.
Solenoide: Parte móvil de un interruptor que provoca un cambio en la configuración eléctrica del interruptor.
Actuación: Operar o soltar un interruptor presionando o soltando su actuador o girando su eje.
Acción alternativa: Un estilo de interruptor de botón en el que el estado eléctrico del interruptor se mantiene entre las actuaciones del émbolo.
Resistencia de contacto: La resistencia de unión entre dos contactos, generalmente medida en los terminales de contacto. Es la resistencia total basada en la construcción y las resistencias de la película.
Marca: Indica que un interruptor ha cerrado un circuito eléctrico.
Hacer y romper contactos: Contactos que hacen / interrumpen el flujo de corriente. Se diferencian de los que operan principalmente en modo deslizante.
Hacer antes de romper: El contacto móvil establece un nuevo circuito antes de interrumpir el circuito previamente establecido, mientras se transfiere a otra posición.
Contactos sin cortocircuito: Romper antes de hacer.
Contactos en corto: Hacer antes de romper. Se refiere a interruptores giratorios y deslizantes.
Normalmente cerrado: Contactos que se tocan entre sí y establecen un circuito cuando están en su posición normal.
Normalmente abierto: Contactos que no tocan e interrumpen el circuito cuando están en su posición normal.
