Electronique Products lance sa série de composants électroniques de retour aux sources, en partenariat avec EDN, avec une introduction aux commutateurs électromécaniques. Ne manquez pas notre discussion avec Roger Bohannan, leader mondial du portefeuille de produits du segment médical de C&K.
Choisir le bon interrupteur électromécanique pour une application peut être difficile. Des exigences de choc/vibration et de taille aux exigences de sensation tactile et de performance, l'intégration du bon commutateur dans un produit peut faire ou défaire une conception. Vous trouverez ci-dessous un aperçu des commutateurs électromécaniques, fournissant les informations essentielles dont vous avez besoin pour comprendre les types de commutateurs typiques, les applications courantes et les termes souvent utilisés liés aux commutateurs.
Souvent appelés interrupteurs électroniques ou électriques, les interrupteurs électromécaniques sont disponibles dans de nombreux types différents (par exemple, à glissière, à bascule, à bouton-poussoir, etc.), une variété de capacités de commutation de courant et de tailles physiques pour prendre en charge une gamme de fonctions. Offrant un fonctionnement fiable et durable pour des tâches simples et complexes, les commutateurs électromécaniques utilisent une action mécanique pour changer l'état d'un appareil électrique en modifiant le flux électrique à travers différents circuit voies de transmission.
Couramment utilisés dans les interfaces homme-machine (IHM), les commutateurs électromécaniques sont une solution relativement peu coûteuse et simple par rapport à d'autres formes d'IHM et sont donc le choix préféré de nombreux concepteurs. Il est facile de sélectionner un commutateur électromécanique pour votre application, mais c'est en optimisant votre choix de commutateur pour maximiser vos fonctionnalités de conception et l'expérience client de votre produit que l'expertise du fabricant de commutateurs peut vous aider.
La famille d'interrupteurs électromécaniques de C&K. (Source : C&K)
Voici une liste des types populaires d'interrupteurs électromécaniques. Ces interrupteurs sont généralement spécifiés par plusieurs paramètres : type d'actionneur, nombre de pôles et de courses, niveau d'étanchéité, force d'actionnement, retour haptique et puissance nominale requise.
Interrupteurs tactiles
Un interrupteur « tactile » est un dispositif électromécanique, mais essentiellement une interface machine. Grâce à son action momentanée, l'interrupteur n'est en position ON que pendant la durée d'appui et s'éteint dès qu'il est relâché. Lorsque l'appareil est actionné, le dôme métallique agissant comme un contact mobile s'effondre entre les deux contacts fixes et génère la commutation électrique, fournissant un signal du circuit à l'unité de commande électronique (ECU) ou au microcontrôleur (MCU) de l'équipement.
La famille de commutateurs tactiles KSC de C&K. Cliquer pour agrandir l'image. (Source : C&K)
Comme son nom l'indique, les commutateurs « tact » offrent différentes haptiques. Quatre critères principaux sont perçus par l'utilisateur : sensation tactile, course d'actionnement, force d'actionnement et son d'actionnement. La combinaison et le contrôle de ces paramètres déterminent les applications idéales dans lesquelles un interrupteur peut être utilisé. Pour obtenir une haptique personnalisée, les actionneurs, les dômes et les boîtiers peuvent être mélangés et assortis afin d'obtenir le bon aspect, la bonne sensation et les bonnes performances.
Ces commutateurs sont proposés dans une large gamme de tailles différentes pour le montage sur carte de circuit imprimé (PCB). Disponibles en version illuminée, actionnée latéralement ou par le haut, scellée ou non scellée, en argent ou en or, en versions CMS et traversantes, les interrupteurs tactiles peuvent être réglés pour toutes les exigences de l'application.
Les interrupteurs tactiles modernes peuvent supporter un minimum de 10 millions de cycles, ce qui les rend parfaits pour les applications à usage intensif telles que les contrôleurs de jeu ou les commandes d'interface d'ascenseur. Cette performance est le résultat de la juste combinaison d'un actionneur souple et d'une structure interne révisée composée du boîtier et du dôme qui est le cœur de l'interrupteur. La conception du produit garantit également un niveau d'étanchéité élevé. Un indice de protection IP67 offre une protection solide contre la poussière et la pénétration d'eau.
Des versions miniatures sont désormais disponibles pour les produits grand public et portables tels que les appareils auditifs. Avec un faible encombrement, les commutateurs nano-tact robustes sont faciles à intégrer et offrent aux concepteurs la liberté d'ajouter plus de fonctionnalités ou de réduire la taille du produit final.
Roger Bohannan, leader mondial du segment du portefeuille de produits du segment médical de C&K, discute des principales tendances du marché des dispositifs médicaux portables et connectés et de leur impact sur la conception des commutateurs électromécaniques - Gina Roos, rédactrice en chef, Produits électroniques.
Un interrupteur à clé est un dispositif électromécanique qui utilise un ressort et une came pour optimiser le retour haptique de l'interrupteur pour l'expérience de l'utilisateur. Alternative aux interrupteurs tactiles ou à bouton-poussoir, un interrupteur à clé est généralement utilisé uniquement pour les applications à faible courant ou à signal.
Les interrupteurs à clé sont reconnaissables sous chaque touche d'un joystick mécanique, d'une poignée de commande, d'un instrument électrochirurgical ou d'un clavier. Ces commutateurs ont une large gamme de force d'actionnement, de circuit électrique, de course et d'éclairage, ce qui les rend attrayants pour les concepteurs automobiles, médicaux, industriels et tout-terrain.
Il est important que les interrupteurs à clé présentent une excellente haptique. Dans les applications impliquant une gamme de commutateurs à clé, une force d'actionnement et une sensation constantes aident à déterminer la qualité du produit final. Les interrupteurs à clé peuvent être directement actionnés à l'aide de leur propre bouton ou capuchon, souvent intégré, ou via l'interface d'un client, telle qu'une membrane ou un couvercle en caoutchouc.
Les interrupteurs à clé pour les applications modernes doivent être conçus pour un fonctionnement à long terme et hautes performances dans des applications standard et exigeantes pour l'environnement.
De nombreux interrupteurs à clé conçus pour les environnements difficiles offrent une étanchéité à l'eau. Les interrupteurs à clé avec une conception unique qui sépare les fonctions électriques et mécaniques assurent des positions de commutation précises et peuvent supporter jusqu'à 100 N de surcharge et 1 M d'actionnements. Les interrupteurs à clé sont disponibles dans une large gamme d'options d'éclairage de couleur pour répondre aux exigences d'application spécifiques des clients.
Interrupteur DIP
Un commutateur DIP est fourni avec des bornes configurées dans un boîtier standard à double ligne. Un simple DIP est livré dans un boîtier rectangulaire avec deux rangées parallèles de broches de connexion électrique. Le boîtier peut être soit monté à travers des trous, soit monté en surface sur le PCB.
Il existe de nombreux types de commutateurs DIP. Les plus courants sont les types slide, piano et rotatif. Les types slide et piano sont généralement disposés en contacts unipolaires/unidirectionnels (SPST), qui peuvent être activés ou désactivés. Les types rotatifs contiennent plusieurs contacts électriques, dont l'un est sélectionné en tournant le commutateur pour l'aligner avec un numéro imprimé sur l'emballage.
Des commutateurs DIP sont encore utilisés dans certaines télécommandes pour éviter les interférences. Par exemple, pour contrôler un ventilateur de plafond (et son luminaire) qui est installé ultérieurement sur une boîte de jonction à circuit unique. Les commutateurs DIP définissent une fréquence radio ou une adresse différente pour chaque paire émetteur/récepteur, de sorte que plusieurs unités peuvent être installées sans se contrôler involontairement.
Interrupteurs à action instantanée
Un interrupteur à action instantanée détecte (ou détecte) la présence ou l'absence d'un objet ainsi que sa position en activant un piston lorsque l'objet entre physiquement en contact. Avec un mécanisme à action instantanée, les contacts basculeront instantanément dans une position de fonctionnement spécifique quelle que soit sa vitesse. Le mécanisme permet à l'interrupteur à ressort de fonctionner en utilisant un mouvement et une force spécifiés.
Aujourd'hui, avec l'avènement de l'Internet des objets (IoT), les commutateurs à action instantanée ont été largement adoptés pour les applications de détection de position, y compris les appareils ménagers, les machines et les équipements électromécaniques. Les signaux électriques émis par le commutateur instantané indiquent des conditions normales et anormales lors de la détection de positions, qui peuvent être transmises via Internet et utilisées comme maintenance préventive et surveillance à distance.
Les snaps sont des produits solides. Ils vont de courant faible à élevé et peuvent potentiellement résister à toutes les éclaboussures d'eau jusqu'à l'indice IP67. Ils peuvent être utilisés dans un large éventail d'applications, notamment industrielles, automobiles, grand public et médicales.
Les commutateurs à action instantanée modernes offrent des options de personnalisation importantes, ce qui est particulièrement important pour le marché automobile. Certifiés IP67, les interrupteurs à action brusque pour automobiles sont disponibles avec différentes options d'actionneur et de terminaison, une course courte ou longue, un fonctionnement silencieux ou avec un clic, et plus encore.
Détecter les commutateurs
La série HDT de C&K de commutateurs de détection microminiatures. Cliquer pour agrandir l'image. (Source : C&K)
Les commutateurs de détection fonctionnent de la même manière qu’un commutateur à action instantanée. La taille d'une détection est beaucoup plus petite qu'un interrupteur à action instantanée en raison de l'évolution du commutateur sans souci, et il est généralement utilisé uniquement pour les applications à faible courant ou à faible signal. En raison de leur petite taille, les commutateurs de détection ont tendance à être utilisés dans les appareils IoT à faible encombrement, allant des systèmes de chauffage du tabac et des dispositifs d'administration de médicaments aux détecteurs de fumée, aux appareils audio Bluetooth et aux caméras 4K.
Les commutateurs de détection sont généralement montés en surface sur des PCB. Il offre une course plus courte que les interrupteurs à action instantanée en raison d'un corps plus petit. Cependant, il est bien adapté aux espaces extrêmement petits et contraints où les commutateurs à action instantanée ne peuvent pas s'intégrer dans l'application.
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Interrupteurs à bouton-poussoir
Les interrupteurs à bouton-poussoir comportent un actionneur à bouton qui ferme et ouvre l'interrupteur et est utilisé pour contrôler certains aspects d'une machine ou d'un processus. Les boutons-poussoirs sont généralement construits en plastique ou en métal. La surface du capuchon ou de l'actionneur est généralement plate ou façonnée pour s'adapter au doigt ou à la main de l'homme, de manière à être facilement enfoncée ou poussée.
Les interrupteurs à bouton-poussoir offrent les courses les plus longues pour les applications IHM, car les boutons nécessitent un ressort dans la structure interne pour revenir à son état ouvert. Avec une surcourse intégrée, ces interrupteurs peuvent être utilisés avec une interface mécanique et empêchent les interrupteurs d'être sur-actionnés et éventuellement endommagés.
Conçus pour les applications de puissance et de niveau logique dans un boîtier de même taille, les interrupteurs à bouton-poussoir répondent au concept des ingénieurs de l'exigence « taille unique pour tous ». En outre, les interrupteurs à bouton-poussoir peuvent accueillir plusieurs circuits avec plusieurs pôles et jets dans un seul corps, ce qui augmente la fonctionnalité des appareils ou des équipements. Les boutons-poussoirs sont disponibles avec ou sans LED en tant qu'indicateurs lumineux et divers styles de terminaison comme le montage sur panneau ou sur circuit imprimé avec des configurations verticales ou à angle droit. Pour répondre aux exigences exigeantes dans des conditions difficiles ou des environnements dangereux, les produits offrent souvent une protection contre les infiltrations (IP) et une protection contre les chocs (IK) conformes aux normes de l'industrie.
Les interrupteurs à bouton-poussoir sont généralement sélectionnés pour leur conception inviolable. Une conception classée IP67 garantit la survie dans des conditions poussiéreuses et humides, tandis qu'un actionneur classé IK10 avec un boîtier en acier inoxydable ou en alliage d'aluminium assure une haute résistance au vandalisme. Les boutons-poussoirs offrent une polyvalence avec une gamme d'options, y compris des versions momentanées ou à verrouillage, des indicateurs LED dans une variété de couleurs, ainsi que plusieurs choix d'actionneurs.
Interrupteurs à bascule
Un interrupteur à bascule est un interrupteur marche/arrêt électrique qui bascule d'un côté à l'autre lorsqu'il est enfoncé pour changer l'état de l'interrupteur, en connectant ou en déconnectant un circuit électrique. Les interrupteurs à bascule sont disponibles dans une variété de saveurs, telles que subminiature, miniature et puissance, offrant une vaste gamme pour les applications de montage sur circuit imprimé, de montage en surface et de montage sur panneau. Les modèles sont disponibles en versions lumineuses (LED et incandescentes) et scellées/étanches, avec les fonctionnalités SPST, SPDT, DPST, DPDT, 3PDT et 4DPT.
Les options de montage sur circuit imprimé incluent le montage vertical, à angle droit et en surface, tandis que les options de montage sur panneau incluent les versions à montage avant, à montage arrière et à encliquetage. Avec une fonctionnalité multipolaire et multiposition, les interrupteurs à bascule peuvent être utilisés dans une variété d'applications.
Les interrupteurs à bascule peuvent être dotés de fonctions momentanées et maintenues, de protections en option pour empêcher tout actionnement accidentel et d'une option de botte en caoutchouc anti-éclaboussures IP54.
Commutateurs à bascule
Un interrupteur à bascule est un interrupteur électrique qui ouvre et ferme un circuit électrique en déplaçant un levier d'avant en arrière. Disponibles en unipolaires jusqu'à quatre pôles, les interrupteurs à bascule sont proposés dans une large gamme de versions, y compris des modèles miniatures, subminiatures et ultra-miniatures basse tension, et des dispositifs jusqu'à haute puissance de 20 A. Avec les options PCB, CMS et traversées, les interrupteurs à bascule présentent des versions de support de montage vertical, à angle droit et vertical à angle droit.
Les interrupteurs à bascule offrent une large gamme de forces d'actionnement, de circuits électriques et de déplacements, ce qui les rend attrayants pour les panneaux de commande, l'instrumentation de télécommunications, l'équipement médical, l'équipement lourd, les instruments industriels, les ascenseurs et escaliers mécaniques, les systèmes de sécurité, l'éclairage LED et les applications de détection. Ils peuvent également être conçus pour des applications dans des environnements difficiles avec une étanchéité typique IP68.
Navigation
Les commutateurs de navigation intègrent généralement plusieurs axes de déplacement avec un long bras de levier dans des produits tels que des manettes, des commutateurs de direction à quatre directions et d'autres produits similaires. Ces appareils peuvent être miniaturisés pour s'adapter à un large éventail d'applications, notamment les commandes de rétroviseurs dans l'automobile, les produits blancs, l'électronique grand public, les systèmes de divertissement et les télécommandes.
À titre d'exemple, les manettes peuvent combiner des commandes à levier à deux axes avec une commutation à sélection centrale intégrée. Cette conception unique répond aux exigences de fiabilité exigées par les produits de contrôleur haut de gamme tels que les drones commerciaux haut de gamme, les périphériques de jeu et les contrôleurs industriels.
Mules
Les interrupteurs à glissière sont identifiés par leur actionneur coulissant horizontalement, qui ouvre ou ferme l'interrupteur. Ces types de commutateurs sont de toutes formes et tailles, des modèles ultra-miniatures aux modèles plus grands et à haute puissance. Ils peuvent également incorporer plusieurs fonctions de commutation, des fonctions de base à tirage unique/tirage unique (SPST) aux fonctions SPDT, SP3T, DPST, DPDT, 3PDT, 4PDT et 4P3T.
Ils peuvent également être construits pour diverses méthodes d'installation, y compris le montage en surface, le montage sur panneau, les variantes à trou traversant pour PCB ou à angle droit. D'autres options de personnalisation, en fonction de l'application, incluent un crantage positif, une étanchéité et des contacts court-circuités ou non.
Les commutateurs à glissière sont faciles à intégrer dans une conception et offrent aux ingénieurs plus de flexibilité de conception et d'options pour la taille, les styles de montage, les types d'actionnement, les valeurs nominales et les packages. De nombreux interrupteurs à glissière miniatures sont désormais conformes à la dernière norme UL61058-1. Ces appareils peuvent être utilisés dans une variété d'applications, telles que l'électronique grand public, les commandes CVC, l'équipement audio et les systèmes de sécurité.
Rotatif
Les commutateurs rotatifs fournissent un actionnement rotatif, souvent avec 4, 8, 12 ou même 16 positions régulièrement espacées autour du boîtier circulaire. Ils peuvent être assez petits pour s'adapter à de petites applications ou un peu plus grands pour s'adapter à des charges de puissance plus élevées. Il est possible d'incorporer plusieurs pôles en fonction du nombre de positions offertes par le commutateur rotatif, y compris les contacts court-circuitant et non court-circuitant. Les commutateurs rotatifs sont bien adaptés aux applications automobiles, aux appareils électroménagers, aux équipements industriels, aux équipements médicaux, à l'électronique grand public et partout où un cadran rotatif est requis pour contrôler la fonctionnalité.
Interrupteurs
Les serrures à interrupteur combinent des contacts de commutation électriques avec des mécanismes de verrouillage de sécurité à clé dans les applications où une commutation sécurisée est essentielle. Les switchlocks sont proposés dans des options multipolaires et multipositions, à détente positive et peuvent fonctionner à un faible niveau de puissance.
Ces commutateurs sont construits avec des boîtiers en plastique ou en métal et utilisent quatre à six culbuteurs pour répondre à une variété de besoins de sécurité. Ils peuvent incorporer des fonctions antistatiques et momentanées selon les besoins avec des options de montage à douille ou à encliquetage pour répondre à un large éventail d'applications, notamment les terminaux de point de vente, les caisses enregistreuses, les ordinateurs, les équipements de réseau, les distributeurs automatiques, les ascenseurs, les équipements médicaux, et les systèmes de sécurité.
Conclusion
Les commutateurs façonnent en fin de compte l'expérience de l'utilisateur final. Les commutateurs électromécaniques sont disponibles dans une large gamme de formes, de tailles, d'actionneurs, de matériaux et d'options de terminaison pour répondre aux demandes des applications, et chacun de ces choix affecte la sensation, le son et la réponse de l'utilisateur lorsque le produit est actionné. En sélectionnant le bon commutateur électromécanique, la conception de votre produit peut être améliorée et utilisée pour améliorer l'expérience de votre utilisateur final. Des interrupteurs lumineux standard aux interrupteurs et interrupteurs scellés qui se montent en surface, ou des interrupteurs miniatures personnalisés avec une large gamme de forces de fonctionnement et de styles de levier, les interrupteurs peuvent faire ou défaire le succès de votre produit.
Termes communs
Force d'actionnement : Force requise pour faire passer un actionneur de commutateur d'une position à une autre. Mesuré exactement lorsqu'un commutateur change d'état.
Déplacement mécanique : La course (mouvement de l'actionneur) de la position initiale à la butée mécanique.
Déplacement électrique : Course de la position initiale au contact électrique.
Effet tactile : La différence entre la force d'actionnement et la force à la position d'arrêt mécanique.
Haptique : Une combinaison de la force d'actionnement, du son, du déplacement et de l'effet tactile.
surcharge: La force maximale applicable sur l'interrupteur sans dommage.
Espérance de vie: Le nombre de cycles de fonctionnement qu'un commutateur effectuera.
UL/ENEC : Normes mondiales de sécurité.
Actuateur: Partie mobile d'un interrupteur qui provoque un changement dans la configuration électrique de l'interrupteur.
Actionnement : Actionner ou relâcher un interrupteur en appuyant ou en relâchant son actionneur ou en faisant tourner son axe.
Action alternative : Style d'interrupteur à bouton-poussoir dans lequel l'état électrique de l'interrupteur est maintenu entre les actionnements du piston.
Résistance de contact: La résistance de jonction entre deux contacts, généralement mesurée aux bornes de contact. C'est la résistance totale basée sur la construction et les résistances du film.
Marque: Indique qu'un interrupteur a fermé un circuit électrique.
Établir et rompre les contacts : Contacts qui font/coupent le flux de courant. Ils se différencient de ceux qui fonctionnent principalement en mode glissant.
Faire avant la pause : Le contact mobile établit un nouveau circuit avant d'interrompre le circuit précédemment établi, tout en passant à une autre position.
Contacts sans court-circuit : Pause-avant-faire.
Contacts court-circuités : Faire avant la pause. Fait référence aux commutateurs rotatifs et à glissière.
Normalement fermé: Contacts qui se touchent et établissent un circuit lorsqu'ils sont dans leur position normale.
Normalement ouvert: Contacts qui ne touchent pas et interrompent le circuit lorsqu'ils sont dans leur position normale.
