Eletrônico A Products lança sua série de componentes eletrônicos back to basics, em parceria com a EDN, com introdução aos interruptores eletromecânicos. Não perca nossa conversa com Roger Bohannan, líder global do portfólio de produtos do segmento médico da C&K.
Selecionar a chave eletromecânica certa para uma aplicação pode ser um desafio. De choques / vibração e requisitos de tamanho a sensação tátil e demandas de desempenho, integrar o interruptor certo em um produto pode fazer ou quebrar um design. Abaixo está uma visão geral da chave eletromecânica, fornecendo as informações básicas de que você precisa para entender os tipos de chave típicos, aplicações comuns e termos frequentemente usados relacionados a chaves.
Freqüentemente chamados de interruptores eletrônicos ou elétricos, os interruptores eletromecânicos estão disponíveis em muitos tipos diferentes (por exemplo, slide, toggle, pushbutton, etc.), uma variedade de recursos de comutação de corrente e tamanhos físicos para suportar uma gama de funções. Oferecendo operação confiável e durável para tarefas simples e complexas, interruptores eletromecânicos usam ação mecânica para mudar o estado de um dispositivo elétrico, alterando o fluxo elétrico através de diferentes o circuito caminhos de transmissão.
Comumente usados em interfaces homem-máquina (IHM), as chaves eletromecânicas são uma solução relativamente simples e de baixo custo quando comparadas a outras formas de IHM e são, portanto, a escolha preferida de muitos projetistas. É fácil selecionar um switch eletromecânico para sua aplicação, mas otimizar sua escolha de switch para maximizar a funcionalidade do projeto e a experiência do cliente em seu produto é onde a experiência do fabricante do switch pode ajudá-lo.
Família de chaves eletromecânicas da C&K. (Fonte: C&K)
Aqui está uma lista de tipos populares de interruptores eletromecânicos. Essas chaves são normalmente especificadas por vários parâmetros: tipo de atuador, número de pólos e lances, nível de vedação, força de atuação, feedback tátil e potência nominal necessária.
Interruptores táteis
Uma chave “tátil” é um dispositivo eletromecânico, mas essencialmente uma interface de máquina. Com sua ação momentânea, o interruptor fica LIGADO apenas durante o período em que é pressionado e DESLIGA assim que é liberado. Quando o dispositivo é acionado, a cúpula de metal atuando como um contato móvel colapsa entre os dois contatos estacionários e gera a comutação elétrica, fornecendo um sinal do circuito para a unidade de controle eletrônico (ECU) ou microcontrolador (MCU) do equipamento.
Família de interruptores táteis KSC da C&K. Clique para uma imagem maior. (Fonte: C&K)
Como o nome sugere, os interruptores de “tato” fornecem diferentes haptics. Quatro critérios principais são percebidos pelo usuário: sensação tátil, curso de atuação, força de atuação e som de atuação. A combinação e o controle desses parâmetros determinam as aplicações ideais nas quais uma chave pode ser usada. Para obter uma sensação tátil personalizada, os atuadores, cúpulas e caixas podem ser combinados e combinados para obter a aparência, sensação e desempenho corretos.
Essas chaves são oferecidas em uma ampla variedade de tamanhos diferentes para montagem em placa de circuito impresso (PCB). Disponível nas versões iluminada, acionada lateral ou superior, selada ou não, prata ou ouro, SMT e versões de orifício, os interruptores tácteis podem ser ajustados para quaisquer requisitos de aplicação.
Os interruptores táteis modernos podem suportar um mínimo de 10 milhões de ciclos, tornando-os perfeitos para aplicações de alto uso, como controladores de jogos ou controles de interface de elevador. Esse desempenho é o resultado da combinação certa de um atuador macio e uma estrutura interna revisada feita de caixa e cúpula, que é o coração do interruptor. O design do produto também garante um alto nível de vedação. A classificação IP67 oferece forte proteção contra a entrada de poeira e água.
Versões em miniatura agora estão disponíveis para produtos de consumo e vestíveis, como aparelhos auditivos. Com uma pegada pequena, as chaves nano-tato robustas são fáceis de integrar e oferecem aos designers a liberdade de adicionar mais funcionalidade ou reduzir o tamanho do produto final.
Roger Bohannan, líder do segmento global para o portfólio de produtos do segmento médico da C&K, discute as principais tendências no mercado de dispositivos médicos portáteis e conectados e como elas afetam o design de interruptores eletromecânicos - Gina Roos, editora-chefe, Produtos eletrônicos.
Uma chave seletora é um dispositivo eletromecânico que utiliza uma mola e um came para otimizar o feedback tátil da chave para a experiência do usuário. Uma alternativa às chaves táteis ou de botão, uma chave seletora é normalmente usada apenas para aplicações de baixa corrente ou sinal.
As chaves são reconhecíveis sob cada tecla de um joystick mecânico, punho de controle, instrumento eletrocirúrgico ou teclado. Esses interruptores têm uma ampla gama de força de atuação, circuito elétrico, deslocamento e iluminação, o que os torna atraentes para projetistas automotivos, médicos, industriais e off-road.
É importante que as chaves comutadoras exibam uma sensação tátil excelente. Em aplicações que envolvem uma variedade de chaves, a força de atuação consistente e a sensação ajudam a determinar a qualidade do produto final. Os interruptores de chave podem ser acionados diretamente usando seu próprio botão ou tampa, muitas vezes embutidos, ou por meio de uma interface do próprio cliente, como uma membrana de borracha ou tampa.
As chaves interruptoras para aplicações modernas devem ser projetadas para operação de longo prazo e alto desempenho em aplicações padrão e ambientalmente exigentes.
Muitos interruptores de chave projetados para ambientes hostis oferecem vedação à prova d'água. Chaves com design exclusivo que separa funções elétricas e mecânicas garantem posições de comutação precisas e podem suportar até 100 N de sobrecarga e 1 M de atuações. Os interruptores de chave estão disponíveis em uma ampla gama de opções de iluminação colorida para acomodar os requisitos específicos de aplicação do cliente.
Interruptores DIP
Uma chave dip vem com terminais configurados em um pacote padrão dual-in-line. Um DIP simples vem em uma caixa retangular com duas fileiras paralelas de pinos de conexão elétrica. O pacote pode ser montado através do orifício ou montado na superfície do PCB.
Existem muitos tipos diferentes de interruptores DIP. Os mais comuns são os tipos slide, piano e rotativo. Os tipos de slide e piano são normalmente organizados em contatos unipolar / single-throw (SPST), que podem ser ligados ou desligados. Os tipos rotativos contêm vários contatos elétricos, um dos quais é selecionado girando a chave para alinhá-lo com um número impresso na embalagem.
Os interruptores DIP ainda são usados em alguns controles remotos para evitar interferência. Por exemplo, para controlar um ventilador de teto (e sua luminária) que é adaptado a uma caixa de junção de circuito único. Os interruptores DIP definem uma frequência de rádio ou endereço diferente para cada par transmissor / receptor, de forma que várias unidades possam ser instaladas sem um controle involuntário do outro.
Interruptores de ação rápida
Um interruptor de ação instantânea detecta (ou detecta) a presença ou ausência de um objeto, bem como sua posição, ativando um êmbolo quando o objeto entra fisicamente em contato. Com um mecanismo de ação instantânea, os contatos mudarão instantaneamente em uma posição de operação específica, independentemente de sua velocidade. O mecanismo permite que o botão de pressão opere usando um movimento e força especificados.
Hoje, com o advento da Internet das coisas (IoT), os interruptores de ação rápida foram amplamente adotados para aplicações de detecção de posição, incluindo eletrodomésticos, máquinas e equipamentos mecânico-elétricos. Os sinais elétricos emitidos pelo interruptor de pressão indicam condições normais e anormais na detecção de posições, que podem ser transmitidas pela internet e usadas como manutenção preventiva e monitoramento remoto.
Os encaixes são produtos sólidos. Eles variam de baixa a alta corrente e potencialmente podem suportar qualquer respingo de água até a classificação IP67. Eles podem ser usados em uma ampla gama de aplicações, incluindo industrial, automotiva, de consumo e médica.
Os interruptores de ação rápida modernos oferecem opções de personalização significativas, o que é particularmente importante para o mercado automotivo. Classificados como IP67, os interruptores automáticos de ação rápida estão disponíveis com diferentes opções de atuador e terminação, curso curto ou longo, operação silenciosa ou com um clique e muito mais.
Detectar interruptores
Série HDT da C&K de interruptores de detecção de microminiatura. Clique para uma imagem maior. (Fonte: C&K)
Os interruptores de detecção funcionam da mesma maneira que um interruptor de ação instantânea. O tamanho de uma detecção é muito menor do que um switch de ação instantânea devido à evolução do switch tecnologia, e normalmente é usado apenas para aplicações de baixa corrente ou sinal. Devido ao seu pequeno tamanho, os interruptores de detecção tendem a ser usados em dispositivos IoT de pequeno porte, que vão desde sistemas de aquecimento de tabaco e dispositivos de distribuição de drogas até alarmes de fumaça, dispositivos de áudio Bluetooth e câmeras 4K.
Os interruptores de detecção são normalmente montados na superfície de PCBs. Ele oferece um curso mais curto do que os interruptores de ação rápida devido ao seu corpo menor. No entanto, ele é adequado para espaços extremamente pequenos e restritos, onde as opções de ação instantânea não cabem no aplicativo.
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Botões de pressão
As chaves de botão apresentam um atuador de botão que fecha e abre a chave e é usado para controlar algum aspecto de uma máquina ou processo. Os botões de pressão são normalmente construídos em plástico ou metal. A tampa ou superfície do atuador é geralmente plana ou moldada para acomodar o dedo ou a mão humana, de modo a ser facilmente pressionada ou empurrada.
Os interruptores tipo botão de pressão oferecem os percursos mais longos para aplicações IHM, pois os botões requerem uma mola na estrutura interna para retornar ao seu estado aberto. Com sobrecurso integrado, esses interruptores podem ser usados com uma interface mecânica e evitar que os interruptores sejam acionados excessivamente e possivelmente danificados.
Projetados para aplicações de nível lógico e de potência no mesmo tamanho de invólucro, os interruptores tipo botão de pressão atendem ao conceito do engenheiro de requisito “tamanho único”. Além disso, os interruptores de botão de pressão podem acomodar vários circuitos com vários vários pólos e lançamentos em um único corpo, o que aumenta a funcionalidade em dispositivos ou equipamentos. Os botões de pressão estão disponíveis com ou sem LEDs como indicadores luminosos e vários estilos de terminação, como montagem em painel ou PCB com configurações verticais ou de ângulo reto. Para atender aos requisitos exigentes em condições adversas ou ambientes perigosos, os produtos geralmente fornecem proteção contra entrada (IP) e proteção contra impacto (IK) padrão da indústria.
Interruptores tipo botão de pressão são comumente selecionados por seu design à prova de violação. Um projeto com classificação IP67 garante a sobrevivência em condições de poeira e umidade, enquanto um atuador classificado com IK10 com uma caixa de aço inoxidável ou liga de alumínio garante alta resiliência ao vandalismo. Os botões de pressão fornecem versatilidade com uma variedade de opções, incluindo versões momentâneas ou de bloqueio, indicadores LED em uma variedade de cores e também várias opções de atuadores.
Interruptores basculantes
Uma chave oscilante é uma chave liga / desliga elétrica que balança de um lado para o outro quando pressionada para alterar o estado da chave, seja conectando ou desconectando um circuito elétrico. Os interruptores rocker vêm em uma variedade de sabores, como subminiatura, miniatura e potência, fornecendo uma ampla variedade para aplicações de PCB através de orifício, montagem em superfície e montagem em painel. Os modelos estão disponíveis nas versões iluminada (LED e incandescente) e selada / à prova d'água, com funcionalidade SPST, SPDT, DPST, DPDT, 3PDT e 4DPT.
As opções de montagem de PCB incluem montagem vertical, em ângulo reto e montagem em superfície, enquanto as opções de montagem em painel incluem montagem frontal, montagem traseira e versões de encaixe. Com funcionalidade multipolar e multiposição, as chaves oscilantes podem ser usadas em uma variedade de aplicações.
Os interruptores oscilantes podem vir com funções momentâneas e mantidas, proteções opcionais para evitar atuação acidental e uma opção de proteção de borracha à prova de respingos IP54.
Chaves de alternância
Uma chave seletora é uma chave elétrica que abre e fecha um circuito elétrico movendo uma alavanca para frente e para trás. Disponíveis em um pólo único até quatro pólos, os interruptores de alternância são oferecidos em uma ampla gama de versões, incluindo modelos de baixa tensão em miniatura, subminiatura e ultra-miniatura, e até dispositivos 20-A de alta potência. Com opções de PCB, SMT e bucha, as chaves de alternância apresentam versões de suporte de montagem vertical, em ângulo reto e vertical em ângulo reto.
Os interruptores alternados oferecem uma ampla gama de forças de atuação, circuitos elétricos e viagens, o que os torna atraentes para painéis de controle, instrumentação de telecomunicações, equipamentos médicos, equipamentos pesados, instrumentos industriais, elevadores e escadas rolantes, sistemas de segurança, luz LED e aplicações de detecção. Eles também podem ser projetados para aplicações em ambientes agressivos com vedação típica com classificação IP68.
Navegação
Os interruptores de navegação geralmente incorporam vários eixos de deslocamento com um braço de alavanca longo em produtos como botões de dedo, interruptores de quatro direções e outros produtos semelhantes. Esses dispositivos podem ser miniaturizados para caber em uma ampla gama de aplicações, incluindo controles de espelho em automóveis, linha branca, eletrônicos de consumo, sistemas de entretenimento e controles remotos.
Como exemplo, os thumbsticks podem combinar controles de alavanca de eixo duplo com comutação de seleção central integrada. Este design exclusivo atende aos requisitos de confiabilidade exigidos por produtos de controlador premium, como drones comerciais de ponta, periféricos de jogos e controladores industriais.
Slides
Os interruptores deslizantes são identificados por seu atuador deslizante horizontal, que abre ou fecha o interruptor. Esses tipos de interruptores vêm em todas as formas e tamanhos, desde modelos ultraminiatura a modelos maiores de alta potência. Eles também podem incorporar várias funções de switch, desde as funções básicas single pull / single throw (SPST) a SPDT, SP3T, DPST, DPDT, 3PDT, 4PDT e 4P3T.
Eles também podem ser construídos para vários métodos de instalação, incluindo montagem em superfície, montagem em painel, PCB através do orifício ou variantes em ângulo reto. Outras opções de personalização, dependendo da aplicação, incluem retenção positiva, vedação e contatos de curto ou não curto.
Os interruptores deslizantes são fáceis de integrar em um projeto e fornecem aos engenheiros mais flexibilidade de projeto e opções de tamanho, estilos de montagem, tipos de atuação, classificações e pacotes. Muitos interruptores deslizantes em miniatura agora são compatíveis com o padrão UL61058-1 mais recente. Esses dispositivos podem ser usados em uma variedade de aplicações, como eletrônicos de consumo, controles HVAC, equipamentos de áudio e sistemas de segurança.
Rotativo
Chaves rotativas fornecem acionamento rotacional, geralmente com 4, 8, 12 ou até 16 posições uniformemente espaçadas em torno do invólucro circular. Eles podem ser bem pequenos para caber em pequenas aplicações ou um pouco maiores para acomodar cargas de alta potência. É possível incorporar vários pólos com base no número de posições que a chave rotativa oferece, incluindo contatos de curto e não curto. Os interruptores rotativos são adequados para aplicações automotivas, eletrodomésticos, equipamentos industriais, equipamentos médicos, eletrônicos de consumo e em qualquer lugar que seja necessário um botão rotativo para controlar a funcionalidade.
Fechaduras
Os interruptores combinam contatos elétricos de comutação com mecanismos de bloqueio de segurança com chave em aplicações onde a comutação segura é crítica. As chaves são oferecidas em opções multipolares e multiposições, detenção positiva e podem operar em um nível de baixa potência.
Essas chaves são construídas com invólucros de plástico ou metal e usam de quatro a seis chaves para atender a uma variedade de necessidades de segurança. Eles podem incorporar funções antiestáticas e momentâneas conforme necessário com buchas ou opções de montagem de encaixe para atender a uma ampla gama de aplicações, incluindo terminais de ponto de venda, caixas registradoras, computadores, equipamentos de rede, máquinas de venda automática, elevadores, equipamentos médicos, e sistemas de segurança.
Conclusão
Em última análise, os switches moldam a experiência do usuário final. Os interruptores eletromecânicos vêm em uma ampla variedade de formas, tamanhos, atuadores, materiais e opções de terminação para atender às demandas da aplicação, e cada uma dessas opções afeta a sensação, o som e a resposta ao usuário conforme o produto é acionado. Ao selecionar a chave eletromecânica certa, o design do seu produto pode ser elevado e usado para aprimorar a experiência do usuário final. De interruptores iluminados padrão a interruptores selados e interruptores montados na superfície, ou interruptores em miniatura personalizados com uma ampla gama de forças operacionais e estilos de alavanca, os interruptores podem fazer ou destruir o sucesso de seu produto.
Termos Comuns
Força de atuação: A força necessária para mudar um atuador de chave de uma posição para outra. Medido exatamente quando um switch muda de estado.
Viagem mecânica: O curso (movimento do atuador) da posição inicial até a parada mecânica.
Viagem elétrica: Curso da posição inicial até o contato elétrico.
Efeito tátil: A diferença entre a força de atuação e a força na posição de parada mecânica.
Háptico: Uma combinação de força de atuação, som, deslocamento e efeito tátil.
sobrecarga: A força máxima aplicável no interruptor sem danos.
Expectativa de vida: O número de ciclos de operação que uma chave executará.
UL / ENEC: Padrões globais de segurança.
Atuador do: Uma parte móvel de uma chave que causa uma mudança na configuração elétrica da chave.
Atuação: Operar ou liberar uma chave pressionando ou liberando seu atuador ou girando seu eixo.
Ação alternativa: Um estilo de interruptor de botão de pressão no qual o estado elétrico do interruptor é mantido entre as atuações do êmbolo.
Contato de resistência: A resistência de junção entre dois contatos, normalmente medida nos terminais de contato. É a resistência total baseada na construção e nas resistências do filme.
Marca: Indica que um interruptor fechou um circuito elétrico.
Fazer e quebrar contatos: Contatos que fazem / interrompem o fluxo da corrente. Eles são diferenciados daqueles que operam principalmente em modo deslizante.
Fazer antes do intervalo: O contato móvel estabelece um novo circuito antes de interromper o circuito previamente estabelecido, ao transferir para outra posição.
Contatos sem curto: Quebre antes de fazer.
Contatos de curto prazo: Faça antes do intervalo. Referido a interruptores rotativos e deslizantes.
Normalmente fechado: Contatos que se tocam e estabelecem um circuito quando em sua posição normal.
Normalmente aberto: Contatos que não tocam e interrompem o circuito quando em sua posição normal.
