Výukový program přepínačů

Vypínače jsou nedílnou součástí elektroniky. Téměř každé elektronické zařízení obsahuje jeden nebo více přepínačů. Důvodem je skutečnost, používání zařízení obvykle přináší několik provozních režimů. Obvyklé režimy by byly zapnuto a vypnuto, ale často existují nastavení, která lze upravit. Okna automobilu jsou ovládána momentovými spínači, které mohou okna zvedat a spouštět. Herní stanice používají k ovládání hry přepínače. Seznam aplikací přepínačů je v elektronickém průmyslu nekonečný. Na současném trhu existuje několik různých druhů přepínačů a několik kritérií, které se při výběru přepínače obecně berou v úvahu. Některé z otázek, které je třeba položit, jsou, kolik pólů a cest je potřeba, je potřeba přepínač s trvalou nebo okamžitou polohou, a jaká jsou elektrická kritéria, například maximální jmenovitý proud a napětí? Doufejme, že tento článek může vnést trochu světla do světa vypínačů.

Než se probereme jednotlivé typy přepínačů, je vhodné seznámit se s různými obvody, které se v přepínačích nacházejí. K popisu obvodu v přepínači se používají dva pojmy. Jsou to „pól“ a „cesta“. „Pól“ označuje počet obvodů v přepínači. Jednopólový spínač bude mít vždy pouze jeden aktivní obvod. Pojem „cesta“ se vztahuje k počtu pozic, do kterých lze pól připojit. Obrázek 1 ukazuje schéma zapojení jednopólového jednocestného přepínače (SPST).

Obrázek 1: Schéma zapojení přepínače SPST.

Přepínač SPST bude mít jeden pól; existuje pouze jeden možný obvod využívající tuto konfiguraci. Je buď rozpojený nebo sepnutý. Jednopólový spínač může být spínací nebo rozpínací. V sepnutém stavu může přepínačem protékat proud, v rozepnutém stavu nikoliv. Představte si nyní, že existuje pouze jedna cesta, kterou v daném čase protéká proud , ale existují dvě možnosti, kam může proud vstupovat. Jednalo by se o jednopólový dvoucestný (SPDT) přepínač. Tento bode je znázorněna na obrázku 2.

Obrázek 2: Schéma zapojení SPDT .

Použití tohoto typu logiky usnadňuje pochopení přepínačů. Dalším příkladem podobným přepínači SPDT je dvoupólový dvoucestný přepínač (DPDT). Schéma bude podobné jako na obrázku 2, ale se dvěma póly namísto jednoho. Obrázek 3 znázorňuje zapojení přepínače DPDT.

Obrázek 3: Schéma zapojení přepínače DPDT.

Jeden aspekt, na který je třeba pamatovat u přepínačů, je skutečnost, že na dosažení podobného cíle může spolupracovat několik obvodů. Příkladem může být jednoduchý vypínač bez okamžité funkce. Toho lze dosáhnout pomocí přepínače SPST nebo SPDT. Vezměte si například model GRS-2011-2019 od společnosti CW Industries. Toto zařízení má na spodní straně dvě svorky, které jsou synonymem přepínače SPST. Je-li přepínač v jedné poloze, svorky budou sepnuty a proud může protékat. Je-li přepínač v jiné poloze, svorky nebudou sepnuty a proud nemůže protékat. Stejného výsledku bychom dosáhli, kdybychom namísto přepínače SPST použili přepínač SPDT, například model GRS-2013A-2000. Jednoduše by to znamenalo použití pouze dvou svorek a ponechání jedné z nich rozpojené. Toto řešení je užitečné v situacích, kdy je vyžadován spínací nebo rozpínací SPST přepínač. Jednou z těchto možností může být přepínač SPDT. Při zpětném pohledu na přepínač SPDT je též důležité porozumět jeho funkci. Přepínač SPDT může mít dvě polohy pro akční člen, nebo tři. Pro pochopení si stačí představit přepínač s polohami ZAP-VYP-ZAP. Tento typ se běžně používá u motorových aplikací, kde se motor může otáčet jedním směrem, poté se zastavit a poté otáčet druhým směrem. Některé přepínače SPDT tento způsob ovládání dokáží, nikoli však všechny. Jelikož model GRS-2013A-2000 je spínač typu ZAP-VYP-ZAP, může takovou akci provádět. Model D508J12S205QA od společnosti C&K je přepínačem typu ON-MOM a proto by nebyl schopen takovou akci provádět. To znamená, že spínač bude obvykle v poloze ZAP a může na okamžik vypínat. Aplikace, ve které by se takové přepínače daly používat, by byly dopravníky u pokladní linky v obchodě s potravinami. Pouhým zapojením přívodů obráceně se motor dopravníku nespustí, dokud nedojde ke stisknutí aktuátoru. Při stisknutí aktuátoru vznikne uvnitř přepínače okamžitý kontakt a proud bude moci protékat. Při uvolnění aktuátoru se přepínač vrátí zpět do normální vypnuté polohy a proud přestane protékat.

Při výběru přepínače je důležité pamatovat také na elektrické vlastnosti. Pokud obvod vyžaduje 50 A, přepínač, který je dimenzován na 10 A, nebude fungovat. Vždy je důležité podívat se na jmenovité napětí a proud na přepínači. Existuje dokonce rozdíl mezi střídavým a stejnosměrným napětím a proudem. Výrobci často uvádějí hodnoty pro oba parametry, nikoli však vždy. Při hodnocení jmenovitého napětí spínačů zjistěte, jaký typ napětí je označen výrobcem. Jmenovitý parametr 125 V_AC označuje střídavé napětí. Jmenovitý parametr 125 V označuje stejnosměrné napětí. Tento název bude uveden v technickém listu nebo na výkresu produktu. Na webových stránkách DigiKey jsou uvedeny další odlišnosti. Produkt PS1024ARED od společnosti E-Switch je klasifikován na střídavé napětí; společnost DigiKey však uvádí 125 V online. Důvodem je skutečnost že sloupec, ve kterém je uvedena hodnota, platí pro „Jmenovité napětí - AC“. Obrázek 4 znázorňuje tuto tabulku na webových stránkách DigiKey, obrázek 5 ukazuje parametry na modelu PS1024ARED.

Obrázek 4: atributy produktu pro model PS1024ARED .

Obrázek 5: Výkres elektrických specifikací PS1024A .

Co není zřejmé z webových stránek společnosti DigiKey, ale z poznámek k výkresu je skutečnost, že pro tento přepínač existuje několik různých jmenovitých parametrů. První jmenovité parametry jsou 3 A při 125 V_AC, druhé jmenovité parametry jsou 1,5 A při 250 V_AC. Jak je možné mít sady parametrů pro stejný přepínač? Důvodem je skutečnost, že výkon je funkcí napětí a proudu. Obě tyto jmenovité hodnoty mají stejný jmenovitý výkon. Pokud bychom měli jmenovitý výkon stanovit pomocí součinu následujících hodnot, obdrželi bychom stejný výsledek.

Často bude mít přepínač pouze střídavé parametry a žádné stejnosměrné parametry. Existuje praktické pravidlo, které lze použít k určení jmenovitého stejnosměrného proudu pro střídavý přepínač. Ať je nejvyšší jmenovitý proud přepínače jakýkoli, proud zůstane stejný a stejnosměrné napětí bude nastaveno na 30 V. Model PS1024A má dvě sady jmenovitých parametrů, a sice, 3 A při 125 V_AC a 1,5 A při 250 V_AC. Toto pravidlo znamená, že přepínač může mít jmenovitý proud 3 A a používat jej až do napětí 30 V_DC. Toto obecné pravidlo převzaté od společnosti Carling Technologies se nazývá „orientační pravidlo stejnosměrného proudu“. Přepínače budou mít často také výkon uvedený v koňských silách. Důvodem je skutečnost, indukční zátěže mohou mít extrémně vysoké zapínací proudy. Jmenovitá hodnota HP bude navržena pro přepínače, které se používají se střídavými motory. To neznamená, že jeden z těchto přepínačů nelze použít na jiných zařízeních, ale jedná se o důvod, proč je tento jmenovitý parametr není uveden na přepínači.

Tlačítkový přepínač

Jedním typem přepínače je tlačítkový přepínač. Tyto přepínače budou mít aktuátor. Aktuátor by v méně formálním jazyce mohl být také označován jako tlačítko. Ty budou často namontovány na panel nebo umístěny na desku. Obrázek 6 znázorňuje model KB16CKW01-5F-JF od společnosti NKK Switches.

Obrázek 6: KB16CKW01-5F-JF.

Zajímavostí na přepínači KB16CKW01-5F-JF je počet svorek. Jedná se o přepínač typu SPDT, který by měl mít pouze 3 svorky, tato součástka má však 5 svorek. Přepínač je totiž osvětlený. Mnoho spínačů používá osvětlení, které má také své napájecí napětí. Tento konkrétní spínač má napětí osvětlení 2,1 V_DC. Podle dokumentace je svorka č. 2 je společná svorka a LED dioda bude napájena ze svorek L (+) a L (-), jak je znázorněno na obrázku 7.

Obrázek 7: dokumentace přepínače KB16CKW01-5F-JF.

Přepínače mají často příslušenství uvedená v dolní části produktové stránky. V dolní části produktové stránky přepínače KB16CKW01-5F-JF na webových stránkách společnosti DigiKey naleznete čtyři příslušenství, která jsou součástí přepínače.

Tato příslušenství naleznete v dolní spodní části stránky přepínače KB16CKW01-5F-JF na webových stránkách společnosti DigiKey nebo v katalogovém listu dokumentace. Výrobci často dodávají celou řadu přepínačů. Jedná se o skupinu speciálních produktů, které vždy patří k sobě. Přepínač KB16CKW01-5F-JF byl speciálně navržen tak, aby pojal určité příslušenství uvedené v dokumentaci. Příslušenství ochranného krytu naleznete na straně D34 katalogového listu. Obrázek 8 znázorňuje ochranný kryt společně s objednacím číslem dílu AT494.

Obrázek 8: dokumentace přepínače KB16CKW01-5F-JF.

Výrobci přepínačů často uvádějí celou řadu v jediném katalogovém listu, protože některé změny z jedné části na druhou mohou být triviální. Různá objednací čísla budou často znamenat pouze změnu barvy. Typickým příkladem je LED příslušenství AT635F. V dokumentaci bude uvedeno pouze číslo AT635 jako možnost. Výše zmíněný produkt má příponu „F“. Obrázek 9 znázorňuje objednávkové schéma, kde přípona „F“ znamená zelenou LED diodu. Na levé straně objednávkového schématu je uvedeno základní číslo LED diody AT635. Ve středním sloupci jsou uvedeny možnosti pro červenou, jantarovou a zelenou LED diodu. Pod názvem pole „Zelená“ je uvedeno 5F. Znamená to, že LED dioda AT635F bude svítit zeleně.

Obrázek 9: dokumentace přepínače KB16CKW01-5F-JF.

Dotykový přepínač

Dotykové přepínače jsou podobné tlačítkovým přepínačům, obvykle jsou však mnohem menší. Představte si osobní domácí router, který má resetovací spínač. Spínač je obvykle zapuštěn v plastu, takže jej nelze náhodně stisknout. Ke stisknutí tohoto typu spínače je obvykle potřeba použít kancelářskou sponku nebo párátko. Přepínače těchto typů budou typicky dotykové/okamžité, které neslouží k zapínání a vypínání. Často se používají k resetování, počítání, zastavení nebo k jakékoli podobné funkci tohoto druhu. Ty budou mít obvykle velmi nízké napětí a proud. Příkladem dotykového přepínače je model MJTP1230 od společnosti APEM Inc.. Tento přepínač je typu SPST-NO, tedy jednopólový jednocestný spínací obvod. Znamená to, že proud nemůže tímto spínačem protékat, dokud nedojde ke stisknutí aktuátoru. Jakmile se aktuátor uvolní, spínač se automaticky znovu rozepne a proud nebude moci protékat. Obrázek 10 znázorňuje model MJTP1230.

Obrázek 10: MJTP1230.

Tento přepínač má čtyři vývody. Toto řešení se často používá u dotykových přepínačů. Důvodem nejsou dva různé obvody, které lze připojit, ale spíše skutečnost, že přidání dvou dalších vývodů slouží jako fyzická podpora přepínače v případě jeho připájení na desku. Dva vývody na jedné straně budou trvale spojeny bez ohledu na polohu přepínače. Druhá strana přepínače se bude řídit stejným pravidlem, kde jsou vývody vždy spojeny. Při stisknutí aktuátoru vzniká mezi oběma polovinami přepínače kontinuita. Pokud jde o obvod, tento přepínač se bude řídit schématem na obrázku 1.

DIP přepínač

DIP přepínače jsou součásti umístěné v pouzdru „Dual Inline Package“. Ty budou navrženy tak, aby je bylo možné umístit na nepájivou desku. Tyto přepínače budou seskupením malých přepínačů SPST. Příkladem jejich použití je ovládání osvětlení scény systémem DMX. Každé svítidlo bude mít adresu, kterou mu lze přiřadit. U moderních světel řízených systémem DMX může být toto přiřazení naprogramováno mikrokontrolérem s jednoduchým posouváním čísel nahoru nebo dolů na displeji. U starších světel řízených systémem DMX se používal DIP přepínač, jehož nastavení určovalo správnou binární adresu příslušného svítidla. Tyto typy přepínačů jsou často instalovány na povrch nebo do průchozího otvoru, ale existují také možnosti montované na panel. Obrázek 11 znázorňuje DIP přepínač 208-4 od společnosti CTS Electrocomponents.

Obrázek 11: 208-4.

Kolébkový přepínač

Kolébkové přepínače jsou na trhu také velmi oblíbené. Tento typ spínače má konkávní aktuátor, který se vychyluje dopředu a dozadu z každé polohy. Mnoho kolébkových přepínačů ZAP/VYP se používá u spotřební elektroniky. Ty budou obvykle namontovány na panel, ale lze je také namontovat přímo na desku. Obrázek 12 znázorňuje přepínač CRE22F2BBRLE od společnosti ZF Electronics.

Obrázek 12: CRE22F2BBRLE.

Tento přepínač je typu SPST a proto má pouze stav zapnuto a vypnuto. Přepínač je osvětlený a proto používá střední svorku. SPST přepínače s osvětlením budou mít obvykle tři svorky. Vnější svorky budou zajišťovat průchod proudu od zdroje do země. Prostřední svorka se používá pro osvětlení. Je-li přepínač rozpojený, proud nemůže světlem protékat. Je-li přepínač sepnutý, proud bude protékat od zdroje přes světlo do země.

Dalším aspektem, na který je u kolébkového spínače třeba pamatovat, je skutečná fyzická velikost svorky. Svorky přepínače se často montují na panel a proto se do nich obvykle zapojují diskrétní vodiče pomocí rychlospojek. Přepínač CRE22F2BBRLE používá svorky o šířce 0,25”. Tento parametr je uveden na webových stránkách DigiKey pod produktovými atributy v kategorii „Provedení svorek“. Běžné velikosti svorek jsou 0,110”, 0,187” a 0,250”. Rychlospojky pro tyto položky naleznete v části „Svorky - konektory pro rychlé spojení a odpojení“ na webových stránkách DigiKey.

Mžikový koncový spínač

Ve výrobě je často potřeba přepínač pro počítání věcí. Představte si výrobní linku, která musí počítat, kolik výrobků jí v určitém okamžiku projde. Výrobek může mít určitou hmotnost a být schopen aktivovat přepínač. Tato aplikace by mohla vyžadovat přepínač, který by prováděl počítání jen malým pohybem. Příkladem mžikového koncového spínače, který by bylo možné využívat k dosažení podobných výsledků, je model D2VW-5L2-1HS od společnosti Omron. Obrázek 14 znázorňuje prodloužené rameno přepínače D2V2-5L2-1HS, který by bylo možné pro takové řešení využít.

Obrázek 13: D2VW-5L2-1HS.

Existují mžikové koncové přepínače, které udržují svůj obvod jako spínač ZAP/VYP; většina z nich používá okamžitý kontakt. Mžikové koncové spínače se často vyskytují v provedení SPST-NO nebo SPST-NC. Zajímavým trikem, který byl zmíněn o něco dříve, je použití obvodu SPDT namísto spínacího nebo rozpínacího přepínače SPST. Jedná se o praktický trik, protože pokud aplikace požaduje spínací nebo rozpínací kontakt, přepínač schopný bude takový úkol provádět.

Nejběžnějším příslušenstvím pro mžikový koncový spínač by bylo rameno aktuátoru. Existuje několik různých typů konfigurací, takové přepínače však bývají často opatřeny válečkem, někdy jen plochou tyčkou. Obrázek 15 znázorňuje několik provedení aktuátorů pro řadu D2VW.

Obrázek 14: provedení aktuátorů.

Páčkový přepínač

Dalším oblíbeným typem přepínačů jsou páčkové přepínače. Ty budou často namontovány na panelu podobně jako kolébkové spínače. Lze je používat pro okamžité funkce, ale obvykle se používají pro udržované funkce. Obvykle mají aktuátor, který vypadá jako malá baseballová pálka, a závitové pouzdro pro montáž na panel. Obrázek 16 znázorňuje model 200MSP3T1B1M2QEH od společnosti E-Switch.

Obrázek 15: 200MSP3T1B1M2QEH.

Běžným příslušenstvím pro páčkové přepínače jsou pojistné podložky a šestihranné montážní matice. Obvykle je nalezneme ve spodní části stránky produktu na webových stránkách společnosti DigiKey v oblasti „Přidružený produkt“. Model 200MSP3T1B1M2QEH má oba typy příslušenství uvedená na produktové stránce, jak je znázorněno na obrázku 17.

Obrázek 16: související pojistná podložka a šestihranná matice .

Dalším běžným příslušenstvím pro dotykové přepínače jsou bezpečnostní kryty a návleky. Tato příslušenství jsou uvedena na obrázcích 18 a 19. Bezpečnostní kryt je příslušenstvím přepínače GTS447A101HR od společnosti CW Industries, návlek je příslušenstvím přepínače M2012SS1W01 od společnosti NKK Switches.

Obrázek 17: Bezpečnostní kryt přepínače GTS447A101HR.

Obrázek 18: návlek pro přepínač M2012SS1W01.

Otočný přepínač

Často je potřeba přepínač, který může volit několik provozních režimů. Tyto aplikace mohou někdy vyžadovat otočný přepínač. Takové přepínače budou mít jeden nebo několik pólů, často však mohou používat poměrně mnoho cest. Příkladem otočného přepínače je model C7D0124N-C od společnosti Electroswitch. Jedná se o přepínač typu SP24T. Znamená to, že existuje 24 různých možností průtoku proudu, ale proud bude vždy protékat pouze jednou cestou. Běžným příslušenstvím pro otočné přepínače jsou knoflíky, číselníky, pojistné podložky a šestihranné matice. Stejně jako předchozí produkty toto příslušenství obvykle naleznete na kartě „Přidružený produkt“ na webových stránkách společnosti DigiKey. Obrázek 20 znázorňuje přepínač C7D0124N-C.

Obrázek 19: C7D0124N-C.

Dalším jedinečným rysem otočného přepínače je „přepnutí bez přerušení“ nebo „přepnutí s přerušením“. Jiným žargonem, který lze k popisu tohoto jevu použít, je „zkratování“ nebo „nezkratování“. Termín „zkratování“ se vztahuje k „přepnutí bez přerušení“. Znamená to, že pokud se přepínač přesune z jedné polohy do druhé, nikdy nedojde k přerušení obvodu. Přepínač bude mít dočasně dva aktivní obvody, dokud se zcela nepřesune do požadované polohy. Příkladem otočného přepínače typu „přepnutí bez přerušení“ je model 212T0111S332RA od společnosti CTS Electrocomponents. Opakem toho typu je „nezkratování“ neboli „přepnutí s přerušením“. Znamená to, že první obvod bude zcela přerušen dříve, než bude přepínač v poloze pro nový obvod. Příkladem otočného přepínače typu „přepnutí s přerušením“ je model KC52A30.001NPS od společnosti E-Switch.

Přepínač s klíčem

Přepínače s klíčem jsou velmi běžnou formou přepínačů. Příkladem takového přepínače je typ OFF-ON-MOMENTARY používaný v zapalování automobilu. Po zasunutí klíče do zapalování automobilu je spínač v poloze ZAP, ale v zapnuté poloze neprovádí žádnou akci, dokud vozidlo nenastartujete. Poloha MOMENTARY je ta, ve které dojde k nastartování vozidla, v tomto okamžiku se však klíč vrátí do polohy ZAP. Pro vypnutí vozidla je nutné otočit klíčkem do polohy VYP. Příkladem přepínače s klíčem je model 84829-07 od společnosti Honeywell Sensing and Productivity Solutions znázorněný na obrázku 21.

Obrázek 20: 84829-07.

Závěr

Na současném trhu existuje mnoho různých druhů přepínačů. Všechny z nich jsou určeny k dosažení stejného cíle, tedy propojování obvodů. Existují funkce udržovaného a okamžitého (mžikového) spínání. Spínač s udržovanou funkcí si uchovává polohu, dokud nebude ručně posunut. Naopak spínač s okamžitou funkcí se automaticky navrátí do výchozího stavu. Aplikace typ požadovaného přepínače zužují. Obvod spínače spolu s fyzickými parametry, jakými jsou maximální povolený proud a napětí, budou jedny z největších určujících faktorů při výběru spínače. Provedení přepínače může být zaměnitelné; elektronický obvod bude fungovat stejně dobře s páčkovým jako s kolébkovým přepínačem. Provedení přepínače bude do značné míry určeno osobními preferencemi konstruktéra a prostředím, do kterého bude přepínač instalován.