Základy dotykových přepínačů

Dotykový přepínač je velmi známý typ elektrického spínače, který stejně jako ostatní mechanické spínače uzavírá nebo přerušuje elektrický obvod pomocí ručního ovládání. Tyto typy přepínačů, které původně začínaly na počátku 80. let jako membránové nebo sítotiskové spínače pro klávesnice, se zpočátku kvůli svému špatnému výkonu a nedostatku dotykové zpětné vazby setkaly s odporem. Nicméně na konci 80. let získaly verze s kovovými kopulemi začleněnými do designu širší přijetí díky své vylepšené zpětné vazbě, robustnímu ovládání a delší životnosti. Tyto změny nám přinesly dotykové přepínače, které jsou dnes běžně používané a které jsou k vidění v široké řadě spotřebitelských a komerčních aplikací.

Jak bylo zmíněno výše, klíčový rozdíl mezi dotykovými přepínači spočívá v tom, že když je na ovládač vyvíjen tlak, způsobí znatelné „cvaknutí“ nebo haptický náraz v reakci na znamení, že přepínač úspěšně zafungoval. Jde o zařízení s okamžitou akcí, a jakmile přestane uživatel vyvíjet tlak, spínač se uvolní a tok proudu se přeruší. I když se dotykové přepínače běžně vyskytují jako spínací zařízení, jsou k dispozici také v rozpínacích verzích, kde se proud při stisknutí ovládače vypne a po uvolnění začne opět téci.

Obrázek 1: Příklad běžných dotykových přepínačů (zdroj obrázku: společnost Same Sky)

Dotykové nebo tlačítkové?

Dva typy přepínačů, které se často zaměňují nebo mají zaměnitelné názvy, jsou dotykové přepínače a tlačítkové přepínače. I když jsou svojí povahou a funkcí podobné, tlačítkové přepínače fungují tak, že stlačí ovládač o specifikovanou dráhu, aby se spustil tok proudu. Tok proudu se zastaví opětovným stisknutím přepínače. Naproti tomu dotykové přepínače spouštějí/zastavují tok proudu, když je ovládač stisknut a držen s minimální drahou ovládače.

Ačkoli některá tlačítka mohou fungovat jako přepínače s okamžitou akcí, všechny dotykové přepínače jsou okamžité. Dotykové přepínače obvykle nabízejí spolu s obecně nižším jmenovitým napětím a proudem i menší velikosti pouzder než tlačítkové přepínače. Klíčovým rozdílem ve srovnání s tlačítky je také jejich zvuková nebo haptická zpětná vazba, a zatímco tlačítka nabízejí typ montáže na panel nebo desku plošných spojů, dotykové přepínače jsou určeny pouze pro přímou montáž na desku plošných spojů. Chcete-li se dozvědět více o tlačítkových přepínačích, přečtěte si blog Tlačítkové přepínače 101 společnosti Same Sky.

Základní struktura a fungování

Jednou z klíčových oblastí, která vede k jednoduchosti a robustnosti dotykového přepínače ve srovnání s jinými mechanickými spínači, je omezený počet vnitřních součástek pro dosažení zamýšlené funkce. Typický návrh dotykového přepínače obvykle zahrnuje čtyři níže uvedené části:

1. Horní kryt: Chrání vnitřní mechanismus přepínače a může v závislosti na zamýšlené funkci sestávat z kovu nebo jiných materiálů. Kryty mohou dále nabízet zemnicí svorku pro ochranu přepínače před statickým výbojem.
2. Čep: Čep se nachází pod krytem a na horní části kontaktní kopule a je tou součástkou, kterou uživatel stlačí, aby prohnul kopuli, čímž se přepínač aktivuje. Čepy mohou být ploché nebo zvýšené.
3. Kontaktní kopule: Tato součást svým klenutým tvarem zapadá do základny a při kontaktu s čepem se vychyluje nebo obrací tvar. Tento proces ohýbání vytváří slyšitelné a hmatové cvaknutí při spojení dvou pevných kontaktů v základně pro uzavření obvodu. Jakmile síla pomine, kontaktní kopule se vrátí do svého původního tvaru a odpojí obvod. Materiál použitý pro kontaktní kopuli a čep (kov, pryž atd.) pomůže vytvořit hmatový dojem a zvuk přepínače.
4. Základna z lisované pryskyřice: Poslední část přepínače obsahuje svorky a kontakty k připojení přepínače k desce plošných spojů.

Obrázek 2: Typická struktura dotykového přepínače (zdroj obrázku: společnost Same Sky)

Klíčové výhody a technické údaje

Správný výběr dotykového přepínače zahrnuje více než jen vyhodnocení technických údajů na katalogovém listu. Kromě několika obecných funkcí a výhod, jako je okamžitá aktivace, nižší výkon a jmenovité proudy, robustnost díky menšímu počtu pohyblivých částí a nižší cena, může mít na výběr součástek velký vliv vnímaný dojem a zvuk dotykového přepínače. To může být obtížné kvantifikovat, protože síla potřebná k aktivaci přepínače i jeho haptická zpětná vazba se budou lišit v závislosti na zamýšleném použití a funkci. Například dotykový přepínač používaný v automobilových aplikacích může ve srovnání s přepínačem používaným v domácím nebo kancelářském prostředí vyžadovat větší ovládací sílu, aby se zabránilo náhodným vstupům z vibrací. Nejlepším způsobem, jak určit správné vlastnosti přepínače, je často prototypování a testování.

Vzhledem k tomu, co bylo řečeno, je zde několik klíčových technických údajů, které je třeba mít při výběru na paměti:

• Jmenovité napětí: maximální napětí, které spínač vydrží, když je sepnutý nebo rozepnutý.
• Jmenovitý proud: maximální proud v ampérech, který může přepínač nést předtím, než se poškodí.
• Aktivační síla (nebo provozní síla): velikost síly nebo tlaku (vyjádřené v gramech nebo gf), které je potřeba k pohybu ovládače na přepínači.
• Vychýlení (nebo dráha ovládače): celková dráha stlačeného přepínače.
• Kontaktní síla: velikost síly nebo tlaku (vyjádřená v gramech), kterou přepínač potřebuje k propojení svorek.
• Výška ovládače: výška ovládače nad tělem přepínače. (Viz obrázek 3.)
• Rozsah životního cyklu: očekávaná doba životnosti přepínače za normálních provozních podmínek.
• Teplotní rozsah: provozní teploty, ve kterých bude přepínač fungovat podle technických údajů.
• Typ montáže: metoda použitá k montáži přepínače na desku plošných spojů, buď průchozí, nebo povrchová montáž.
• Krytí IP: mezinárodní standard, který klasifikuje stupně ochrany přepínače (nebo jiného produktu) proti vnikání prachu a kapalin. Viz dotykové přepínače s krytím IP67 společnosti Same Sky.

Obrázek 3: Běžné výšky ovládačů dotykových přepínačů (zdroj obrázku: společnost Same Sky)

Kabeláž dotykového přepínače

Většina dotykových přepínačů obsahuje čtyři piny, které pomáhají zajistit stabilitu během montáže na desku plošných spojů. Tyto čtyři piny jsou vnitřně spojeny do dvou sad. Zatímco technicky jsou k zapojení potřeba pouze dva vodiče, je nejlepší použít všechny možné piny. Existují také modely dotykových přepínačů s pouze dvěma dostupnými piny a také 5pinové verze, které umožňují ovládání podobné joysticku ve velmi minimálním pouzdru.

Obrázek 4: Běžná konfigurace 4pinového dotykového přepínače (zdroj obrázku: společnost Same Sky)

Závěr

Díky své malé velikosti, nízké výšce a dlouhé životnosti vyhovují dotykové přepínače mnoha potřebám v různých spotřebitelských a průmyslových produktech, včetně novějších aplikací v nositelné elektronice a dalších. Když je potřeba okamžitá aktivace s nízkou spotřebou energie, zůstanou dotykové přepínače řešením přepínačů s přidanou výhodou dotykové a sluchové zpětné vazby. K usnadnění procesu výběru nabízí společnost Same Sky řadu dotykových přepínačů obsahující kompaktní pouzdra, řadu výšek ovládačů a různé možnosti konfigurace.