Co musíte vědět o přepínačích

Přepínače jsou nedílnou součástí našeho každodenního života, jsou rozmanité a všudypřítomné. Mají nespočet podob, od malých tlačítek po masivní ovládací prvky, a zahrnují spektrum funkcí. Tato rozmanitost ovlivněná faktory, jako je mechanické nebo elektrické ovládání a ruční nebo elektronické ovládání, se může často omezit na osobní preference v oblasti estetiky a uživatelského rozhraní.

Zatímco elektronickým přepínačům, jejichž kořeny sahají do technologií, jako jsou BJT, MOSFET, IGBT a další polovodičové konstrukce, se kvůli klesajícím nákladům a rozšiřujícím se funkcím dostává zvýšené pozornosti, nejpoužívanějším řešením přepínačů jsou stále mechanicky ovládané přepínače. Tento článek se hlouběji zabývá základy přepínačů se zvláštním zřetelem na fyzicky ovládané a spouštěné modely, aby bylo možné pochopit, jak se prolínají formy a funkce.

Základy přepínačů

Výchozím bodem pro výběr jakéhokoli přepínače je pochopit pojmy póly a cesty. Jednoduše řečeno označují póly počet obvodů, které může ovládat jeden přepínač, zatímco cesty označují, z kolika kontaktů může přepínač vybírat. Tento pojem je nejlépe pochopitelný prostřednictvím jednoduchých vizuálních zobrazení.

Obrázek 1: Schéma přepínače SPST. (Zdroj obrázku: společnost Same Sky)

V případě přepínače, který má pouze jeden pól a jednu cestu, výstižně označovaného jako SPST („single pole single throw“), je ovládán jeden obvod, přičemž přepínač je schopen jednoduše rozepnout a sepnout jeden kontakt. Nyní to srovnejme s přepínačem s jedním pólem, ale s dvoucestnou konfigurací, známým jako SPDT („single pole double throw“).

Obrázek 2: Schéma přepínače SPDT. (Zdroj obrázku: společnost Same Sky)

V rámci přepínače SPDT zůstává pod kontrolou jediný obvod, ale přepínač může přecházet mezi dvěma odlišnými kontakty. Ve sféře typu SPDT není přepínač omezen na pouhé rozepnutí a sepnutí obvodu, ale spíše na přesměrování samotného obvodu.

Obrázek 3: Schéma přepínače DPDT. (Zdroj obrázku: společnost Same Sky)

Pokud jde o dvoupólový dvoucestný přepínač („double pole double throw“, DPDT), přebírá jediný přepínač kontrolu nad dvěma obvody a každý přepínač v něm přechází mezi dvěma kontakty. Přestože typy SPST, SPDT, DPST a DPDT představují nejrozšířenější konfigurace přepínačů, neexistuje žádné teoretické omezení počtu pólů a cest, které může přepínač mít. Jsou-li k dispozici více než dva póly nebo cesty, písmena „S“ nebo „D“ nahrazují číselné značky. Například přepínač nabízející čtyři póly a pět cest může být výrobcem označen jako přepínač 4P5T. Podobně by mohl být dvoupólový typ se šesti cestami označen jako DP6T.

Aspekty výběru přepínače

Kromě pólů a cest je třeba při výběru zvážit několik dalších specifikací přepínačů. Níže uvedený seznam obsahuje některé z běžnějších funkcí, ale není v žádném případě vyčerpávající.

• Velikost: Jak již bylo zmíněno, přepínače se dodávají v mnoha tvarech a velikostech. Velikost obvykle závisí na zamýšlené aplikaci a možnosti jsou od přepínačů, které jsou menší než zrnko rýže, až po ty, které jsou příliš velké na to, aby se jimi dalo pohybovat ručně. V průmyslovém prostředí jsou často implementovány větší přepínače tam, kde se používají rukavice nebo je jemný pohyb obtížný, zatímco u kompaktních vestavěných zařízení se obvykle hledají co nejmenší přepínače.
• Výchozí stav: Většina přepínačů postrádá předdefinovaný stav, ale existují ovládače („momentary switches“), které obvykle vykazují přednastavený stav, buď normálně rozpojený (NO), nebo normálně sepnutý (NC).
• Polohy: Tento parametr určuje počet přepínačů začleněných do samostatné jednotky. Mohou se vyskytnout případy, kdy je tento koncept omylem zaměňován s „cestami“, ale je důležité si uvědomit, že polohy označují diskrétní přepínače v rámci stejné jednotky, z nichž každý je schopen nezávislého ovládání.
• Montáž: Jako každá elektronická součástka i přepínače nabízejí různé montážní konfigurace. Povrchová a průchozí montáž jsou obvykle spojeny s menšími přepínači na deskách plošných spojů, zatímco přepínače pro montáž na panel a lištu DIN bývají větší. Stěžejním faktorem jak při povrchové montáži, tak při průchozím osazení je parametr známý jako „rozteč“, který označuje vzdálenost vodičů. V souvislosti s přepínači v průchozích otvorech má rozteč zvláštní význam, protože vhodná rozteč umožňuje použití s nepájivými poli.

Obrázek 4: Použití přepínače v průchozím otvoru na nepájivém poli. (Zdroj obrázku: společnost Same Sky)

• Ovládání: Kromě rozlišení mezi ručním a elektronickým ovládáním nabízejí přepínače různé způsoby ovládání. To může zahrnovat ovládání ručně nebo pomocí malých šroubováků nebo nástrojů. Nejběžnější možností však bude výběr mezi zvednutým nebo plochým ovládačem.
• Jmenovitý proud a napětí: Přepínače vykazují široké spektrum hodnot napětí a proudu od několika voltů a ampérů až po stovky nebo dokonce i tisíce. Vždy je nezbytně nutné ověřit, že přepínač může vyhovovat očekávaným jmenovitým hodnotám jak proudu, tak napětí zamýšlené aplikace.
• Faktory prostředí: Obvykle se jedná o ochranu proti vniknutí nebo krytí IP používané k označení úrovně ochrany přepínačů před prachem a kapalinami. Některé přepínače však mohou mít zvýšenou citlivost na vibrace nebo vlastnosti odolné proti vandalismu.

Typy mechanických přepínačů

Níže uvedené typy přepínačů se ovládají a spouštějí mechanicky a běžně se s nimi, i když ne výhradně, setkáváme v menších, přenosných nebo vestavěných systémech.

• DIP přepínače: DIP přepínače jsou k dispozici v pouzdrech pro montáž do průchozích otvorů nebo pro povrchovou montáž a jsou nejčastěji polem přepínačů SPST. Dobře se hodí na nepájivá pole a do hotových výrobků, což umožňuje částečně stálý výběr. Dodávají se ve formě „piano“, posuvné a otočné formě používané pro nastavení možností v zařízeních, zejména v průmyslových aplikacích a vývojových sadách. DIP přepínače nabízejí více možností než propojky a jsou uživatelsky přívětivé, ale nejsou určeny pro časté nastavování.

Obrázek 5: Příklad DIP přepínače. (Zdroj obrázku: společnost Same Sky)

• Otočné DIP přepínače: Jako podmnožina DIP přepínačů mají tyto přepínače otočný formát pro výběr diskrétních možností (obvykle 4 až 16 poloh) a mají buď plochý, nebo vystouplý knoflík. Stejně jako lineární DIP přepínače jsou k dispozici s montáží do průchozího otvoru nebo s povrchovou montáží. Na rozdíl od lineárních DIP přepínačů však mohou mít výstup BCD nebo hex. Přestože jsou kompaktní a uživatelsky přívětivé, nabízejí jeden výstup a nejsou určeny pro nepřetržité používání.

Obrázek 6: Příklad otočného DIP přepínače. (Zdroj obrázku: společnost Same Sky)

• Posuvné přepínače: Posuvné přepínače, běžně známé jako vypínače, se ovládají posunutím ovládače. Typicky jsou typu SPST a zvládnou časté používání. Některé mají více pólů nebo cest, což může ztěžovat přesné umístění. Přestože mají vyšší kapacitu než DIP přepínače, zůstávají nízkopříkonové a běžně se montují na povrch nebo do průchozích otvorů na deskách plošných spojů. Příležitostně slouží jako dostupnější DIP přepínače ve spotřební elektronice, i když vyvážení snadného použití a zabránění náhodnému ovládání může být problém.

Obrázek 7: Příklad posuvného přepínače. (Zdroj obrázku: společnost Same Sky)

• Dotykové přepínače: Dotykové přepínače, známé svým výrazným cvaknutím, jsou malá ovládací tlačítka určená pro nízkonapěťové a nízkoproudé signály. Své skromné elektronické možnosti kompenzují robustností a nabízejí dlouhou životnost ve stovkách tisíc nebo dokonce desítkách milionů. Přestože jsou typicky jednopólové, mohou mít také více cest a vysoké krytí IP. Jejich široké použití ve spotřební elektronice, jako jsou herní ovladače, dálkové ovladače, garážová vrata a různé průmyslové aplikace, podtrhuje jejich oblíbenost díky malé velikosti a odolnosti.

Obrázek 8: Příklad dotykového přepínače. (Zdroj obrázku: společnost Same Sky)

• Kolébkové přepínače: Kolébkové přepínače se otáčí uprostřed a přepínají se mezi dvěma možnostmi, obvykle ne ovládacími. Běžně slouží jako výkonové spínače pro vysokonapěťové obvody a některé jsou vybaveny LED osvětlením nebo osvětlením žárovkou indikujícími stav přepínače. Mohou nabízet krytí IP pro náročná prostředí. Díky jejich jednoduchému rozhraní a ovládání jsou oblíbené ve spotřební elektronice, a to navzdory mírně vyšším nákladům kvůli své velikosti a funkcím. V průmyslovém prostředí doplňují páčkové přepínače a mohou mít kryty, aby se zabránilo jejich náhodnému spuštění.

Obrázek 9: Příklad kolébkového přepínače. (Zdroj obrázku: společnost Same Sky)

• Tlačítkové přepínače: Tlačítkové přepínače, často nazývané tlačítka nebo tlačítkové spínače, mají jednoduché ovládání dovnitř a ven. Mohou být ovládací, mít různé tvary a často mají integrovány LED diody pro osvětlení nebo indikaci stavu přepínače. Zvládají široký rozsah napětí a proudů a obvykle se montují na desky plošných spojů nebo panely. Jejich uživatelská přívětivost vyhovuje veřejným prostorům se stálými uživateli. Tlačítka mohou být robustní, mít funkce proti vandalismu a vysoké krytí IP, díky čemuž jsou ideální pro náročná prostředí, jako jsou výtahy nebo metro. Jejich velikost, možnosti LED a materiály však mohou vést k vyšším nákladům ve srovnání s jednoduššími, menšími modely tlačítkových přepínačů.

Obrázek 10: Příklad tlačítkového přepínače. (Zdroj obrázku: společnost Same Sky)

• Páčkové přepínače: Páčkové přepínače jsou známé pro svou prodlouženou páčku, takže jsou vhodné pro ovládání s rukavicemi nebo v situacích s omezeným ovládáním jemné motoriky. Výrazná páčka nabízí jasnou vizuální zpětnou vazbu, čímž eliminuje potřebu dalších LED diod, a velký pohyb páčkou zajišťuje nezaměnitelné přepínání. Dodávají se s různými póly a cestami, i když jsou méně často konfigurovány jako ovládače. Páčkové přepínače jsou ceněné pro snadné ovládání, rychlou zpětnou vazbu a bezpečnostní integraci, díky čemuž jsou vhodné pro průmyslové nebo vědecké aplikace. Vzhledem k jejich kriticky důležitému použití v letadlech, řídicích přístrojích a lékařských zařízeních bývají dražší.

Obrázek 11: Příklad páčkového přepínače. (Zdroj obrázku: společnost Same Sky)

Souhrn

Přepínače jsou základní součástky, které hrají v elektronice a elektrických systémech klíčovou roli. V tomto článku je uveden komplexní přehled klíčových aspektů přepínačů, včetně jejich typů, ovládání, aplikací a aspektů. Ať už navrhujete zařízení spotřební elektroniky, nebo pracujete na složitém průmyslovém projektu, výběr vhodného přepínače může výrazně ovlivnit funkčnost a spolehlivost systému. Společnost Same Sky nabízí řadu řešení přepínačů, která jsou připravena splnit různé potřeby přepínání.