Zaloguj
Przełączniki to elementy elektromechaniczne, które łączą, przerywają lub zmieniają kierunek przepływu prądu w obwodzie elektrycznym na drodze zbliżania i oddzielania od siebie powierzchni dwóch (lub więcej) metalicznych styków. Choć przełącznik może być jednym z ostatnich elementów dobieranych w aplikacji, to wybór odpowiedniego modelu z szerokiej oferty rynkowej stanowi istotną część projektowania każdego urządzenia elektronicznego.
Jak dobrać przełącznik?
Odpowiedź na to pytanie jest bardzo złożona, gdyż najczęściej decyzja projektanta okazuje się kompromisem pomiędzy wieloma wymaganiami. Przyjrzyjmy się po kolei, jakie obszary należy rozważyć podczas wybierania przełącznika do urządzenia elektronicznego.
- Po pierwsze, należy rozważyć potrzeby użytkownika końcowego, uwzględniając czynniki takie, jak oświetlenie w miejscu użytkowania urządzenia, wymaganą informację zwrotną oraz konieczność umieszczenia etykiety czy innego oznaczenia, informującego o roli danego przełącznika.
- Następnie należy zapoznać się i zebrać wszystkie wymagania czysto inżynieryjne: maksymalne i typowe obciążenia, napięcie pracy, materiał styków, konieczność pracy chwilowej czy z podtrzymaniem itp. Ponadto należy zidentyfikować sposób podłączenia elektrycznego (lutowane, zaciskane, montowane na PCB) oraz montażu przełącznika, np. w obudowie.
- Po trzecie, należy zadbać o zgodność naszego elementu z określonymi normami: trzeba uwzględnić wymagania RoHS i inne standardy branżowe, jakie obejmują nasze urządzenie - szczególnie jeśli są one bardziej wymagające (jak np. dla urządzeń medycznych czy zabezpieczeń przemysłowych).
- Po czwarte, po upewnieniu się o zgodności z obowiązującymi przepisami, należy określić rodzaj akcji mechanicznej przełącznika. Czy nasza aplikacja wymaga aktuatora w postaci przycisku, pokrętła, kołyski, hebelka, etc.? Może dany system wymaga, aby ten element zabezpieczony był za pomocą klucza lub kłódki itp?
- Finalnie, wybrany przełącznik musi być niezawodny i wystarczająco wytrzymały do pracy w danej aplikacji. Pojęcia te są bardzo ogólne, dlatego na tym etapie należy je sprecyzować w sposób charakterystyczny dla określonego zastosowania. Podstawowym parametrem dla większości przełączników jest liczba cykli pracy, które w swoim życiu może taki element zaoferować, zanim narażony będzie na uszkodzenie. Inne czynniki, jakie są istotne dla jego niezawodności i wytrzymałości, to m.in. odporność na kurz czy wilgoć, zmiany temperatury, czynniki chemiczne, oblodzenie, wibracje czy też uszkodzenia mechaniczne.
Poprzez staranne ocenianie i dobór przełączników na podstawie omówionych czynników projektanci mogą być pewni, że wybiorą najlepszy element do danej aplikacji. Oczywiście na tym nie koniec, gdyż elementy te, szczególnie przy produkcji seryjnej, są też oceniane w innych, mniej „elektronicznych” kategoriach, jak cena jednostkowa, dostępność, a także łatwość montażu w układzie elektronicznym oraz w obudowie - te ostatnie czynniki rzutują na finalną cenę urządzenia.
Potrzeby użytkownika
Jedną z pierwszych rzeczy, o których musi pomyśleć projektant, wybierając przełącznik, są potrzeby użytkownika końcowego. Nie jest to trywialne i stanowi część większego działu, nazywanego często UX od User eXperience (ang. doświadczenie użytkownika), co często jest używane wymiennie z użytecznością lub inżynierią użyteczności, aczkolwiek terminy te znaczą co innego. Inżynieria użyteczności skupia się na łatwości nauki obsługi sprzętu czy sprawności i intuicyjnej poprawności korzystania z niego. UX to szerszy koncept, który analizuje całą koncepcję interakcji z człowiekiem, zanim w ogóle dotknie on np. przełącznika. W analizie doświadczeń użytkownika istotniejsze jest skupienie się na jego percepcji całej interakcji, a nie rozważanie pojedynczych akcji.
Wiedział o tym Steve Jobs, współzałożyciel firmy Apple, znanej z bardzo dobrych praktyk projektowych, jeśli chodzi o design przemysłowy i UX. „Projekt to nie tylko to, jak coś wygląda i jak się to czuje. Projekt to to, jak to działa” powiedział Jobs, komentując jedną z ówcześnie bardziej nowatorskich koncepcji sterowania, jaką zastosowano we wczesnych iPadach (chodzi o okrągły przycisk, który można było naciskać w czterech kierunkach, obracać etc. - patrz fotografia 1).
Projekt niemalże każdego urządzenia obejmuje jedną fundamentalną i bardzo ważną kwestię: jak użytkownik będzie z nim oddziaływał. Ten aspekt projektu, często nazywany interfejsem człowiek-maszyna, stanowi kluczowy element projektu. Jeśli projektant słabo poradzi sobie z interfejsem człowiek-maszyna, urządzenie będzie trudne w użytku i ostatecznie zawiedzie na arenie komercyjnej, niezależnie od tego, jak doskonałe byłyby inne parametry systemu.
Nie bez powodu temat ten podkreślany jest tak wyraźnie w tym artykule. Dla niektórych inżynierów elektroników, przełącznik to tylko symbol na schemacie. Dla inżyniera systemowego czy konstruktora mechanika jest to fizyczne urządzenie z określoną objętością, masą oraz układem wyprowadzeń a także pewnymi atrybutami - np. DPDT, 12 A, 12 VDC - to są jednak tylko podstawowe specyfikacje parametrów związanych ze sposobem działania i parametry elektryczne, ale dobry projektant systemowy rozważyć musi jeszcze dodatkowe kwestie.
W przypadku parametrów środowiskowych w sukurs przychodzą nam liczne normy branżowe, opisujące metodologię pomiarów i walidacji przełącznika do funkcjonowania w konkretnych, ściśle określonych warunkach. Dużo większym problemem jest stwierdzenie, jaki rodzaj przełącznika jest wymagany w projekcie i dlaczego. Ten ostatni aspekt pozwala na uszczegółowienie wymagań i parametrów elementu.
Zagadnienia estetyki oraz UX są bardziej problematyczne, gdyż tych kwestii nie obejmują normy. W tym aspekcie kluczowe jest doświadczenie inżyniera czy dostawcy przełączników. Projektant powinien zastanowić się nad kwestiami związanymi z interfejsem użytkownika, jak i warunkami otoczenia. Na przykład - czy użytkownik potrzebuje informacji zwrotnej, a jeśli tak, to jakiej? Czy konieczne jest podświetlenie, aby pokazać status? Czy przełącznik obsługiwany jest, w typowym scenariuszu użytkowania, za pomocą gołej dłoni, czy może użytkownik ubrany jest w grube rękawice ochronne? A może w ogóle element ten musi być obsługiwany np. nogą (patrz fotografia 2, która pokazuje typowy, przemysłowy przełącznik nożny, zabezpieczony przed przypadkowym wciśnięciem, czego wymagają m.in. normy medyczne, np. IEC 60601).
Czy przełącznik musi posiadać jakieś dodatkowe zabezpieczenia (patrz fotografia 3) lub odwrotnie, być bardzo łatwy do uruchomienia np. w sytuacji awaryjnej (patrz fotografia 4)?
Nie sposób w ramach jednego artykułu opisać wszystkie aspekty interfejsu użytkownika, z jakimi można spotkać się w praktyce. Tutaj należy zdać się na doświadczenie, a także wyobraźnię projektanta urządzenia i uwzględnić, jeśli występują, standardy branżowe danego sektora.
Istnieje szereg sposobów zapewnienia informacji zwrotnej użytkownikowi. Począwszy od elementów o dwóch, wyraźnie rozróżnialnych pozycjach, (np. w przypadku przełączników hebelkowych), aż po zmianę koloru (czy to na skutek mechanicznego działania elementu, czy też sterowania elektrycznego). Informacja zwrotna dostarcza operatorowi danych o wystąpieniu zmiany stanu przycisku lub obwodu. Podświetlane przełączniki używają wewnętrznego źródła światła, zazwyczaj żarówki, neonówki lub diody LED, aby wskazać swój status. Takie źródło światła może być sterowane z przełączanego obwodu lub mieć dodatkowe zasilanie, zapewniające możliwość implementacji bardziej złożonej kontroli systemu (np. dioda we włączniku, która sygnalizuje nie samo załączenie obwodu, ale np. poprawne uruchomienie układu). Jeśli potrzebne są jeszcze bardziej zaawansowane indykatory, na rynku dostępne są przełączniki z kilkoma diodami o różnych kolorach lub wręcz diodami LED RGB czy nawet mikrowyświetlaczami LCD bądź OLED (patrz fotografia 5).
Wymagania inżynieryjne
Ta część wymagań jest o wiele prostsza do zrozumienia dla inżyniera elektronika. W końcu chodzi tutaj o ściśle określone wartości liczbowe, które da się powiązać z konkretnymi wymaganiami układu.
Parametry elektryczne
Napięcie znamionowe: jest to maksymalne napięcie, które przełącznik może wytrzymać bez przebicia. Jest ono określane przez kilka czynników, w tym wykorzystane materiały dielektryczne, odległość między stykami, ale także tempo rozłączania i wymagania bezpieczeństwa. W żadnym wypadku nie można przekraczać tego napięcia, a najlepiej, aby w projekcie pozostawić margines bezpieczeństwa na wypadek wystąpienia przepięcia, aby zapewnić systemowi odpowiednią niezawodność i akceptowalny poziom bezpieczeństwa. Dla przełączników używanych do łączenia prądu przemiennego typowo podawana jest znamionowa wartość skuteczna napięcia (RMS).
Prąd styków: maksymalny stały prąd, który przełącznik może przenosić po zamknięciu obwodu. Prąd ten głównie determinowany jest przez efekty termiczne (nagrzewanie się, spowodowane stratami mocy na rezystancji styków).
Prąd przełączania: w przypadku przełącznika elektromechanicznego, współpracującego z odbiornikiem o charakterze indukcyjnym lub pojemnościowym, prąd podczas załączania jest znacznie wyższy niż prąd przenoszenia przy zwartych stykach (w stanie stabilnym). Problem polega na tym, że podczas tworzenia i zrywania styku powstawać może łuk elektryczny, a materiał styków jest w stanie wytrzymać te łuki tylko do pewnego stopnia, zanim jego zużycie znacząco zmniejszy żywotność. Dlatego też komponenty elektromechaniczne mają często określony prąd udarowy, którego przekroczenie może skutkować zgrzaniem lub przynajmniej szybszym wypracowaniem styków.
Przy tej okazji należy zauważyć, iż parametry prądowe dla napięć stałych (DC) i przemiennych (AC) są różne. Wynika to z faktu, że inaczej zachowuje się wspomniany łuk przy rozłączaniu styków dla napięcia AC i DC - przy AC napięcie przechodzi przez zero 100 razy na sekundę (przy częstotliwości 50 Hz), co oznacza, że łuk będzie samoczynnie gasł po najwyżej 10 ms; w przypadku napięcia stałego konieczne są inne mechanizmy gaszenia łuku. Dlatego też, dobierając przełącznik, należy zwrócić szczególną uwagę, czy jego specyfikacje podawane są dla AC czy DC.
Charakter obciążenia: dla przełączników przeznaczonych do napięcia przemiennego istotne jest to, czy jego obciążenie ma charakter indukcyjny, czy nie. Obciążenia indukcyjne powodować będą zwiększenie narażenia styków przełącznika na zapalenie się łuku elektrycznego podczas rozłączania. Ponieważ indukcyjność w obwodzie będzie przeciwdziałać wszelkim zmianom, to po włączeniu prądu trudno będzie zatrzymać jego przepływ, ponieważ spowoduje ona powstanie dużych sił elektromotorycznych (EMF) w momencie otwarcia obwodu. Impuls napięcia może doprowadzić do zapalenia łuku elektrycznego na rozłączanych kontaktach, co z kolei może prowadzić do szybkiego ich wypalenia i finalnie wzrostu oporu elementu oraz jego uszkodzenia. Elementy elektromechaniczne przeznaczone do pracy z obciążeniem indukcyjnym (takimi, jak transformatory, silniki czy solenoidy) muszą posiadać styki o znacznie wyższej specyfikacji niż dla obciążeń rezystancyjnych lub pojemnościowych.
Rezystancja styków: ponieważ styki przełącznika nie są ciągłym przewodnikiem, ale mogą być rozłączane i ponownie łączone, występuje pewien opór kontaktu - większy niż w przypadku przewodnika ciągłego o tych samych wymiarach. Duża rezystancja styków zwiększa straty mocy, utrudnia też przełączanie sygnałów w precyzyjnych układach pomiarowych.
Parametry mechaniczne
Rodzaj przełącznika wiąże się z liczbą pozycji, definicją liczby pozycji chwilowych/stabilnych, liczbą obwodów, które naraz łączyć może element, a także trajektorią ruchu aktuatora (ruch liniowy, obrotowy, etc.). Warto rozważyć też kolejność łączenia ze sobą obwodów, tj. czy element ten przy przełączaniu dwóch lub więcej obwodów najpierw rozłącza jeden obwód, potem zwiera drugi, czy odwrotnie.
Siła przełączania, wymagana do zmiany jego pozycji - oczywiście, w wielu przypadkach parametr ten przyjmuje postać bardziej złożoną niż pojedyncza wartość. W szczególności, rozważając siłę potrzebną do przełączania, należy uwzględnić, na ile przełącznik ma uniemożliwiać przypadkowe przełączenie (wymagana jest wtedy większa siła) oraz jaka ma być charakterystyka siły - ciągła (tj. przykładana przez cały czas przełączania) czy też chwilowa (gdy przyłożenie pewnej, na ogół większej, siły, powoduje, że dalsza akcja mechaniczna postępuje automatycznie). Oprócz siły określić można jeszcze dystans, mówiący o tym, jak duży musi być ruch, aby przełączyć dany element.
Sposób montażu - również wielkość i ograniczenia montażowe wpływają na wybór przełącznika. Należy rozważyć, jak wiele miejsca jest dostępne w systemie - czy wymagany jest standardowy, miniaturow, czy też subminiaturowy przełącznik? Czy przycisk montowany jest na panelu, czy na płytce drukowanej?
Jeśli jest do montażu w obudowie, to w jaki sposób podłączane mają być do niego obwody? Często dostępne są połączenia lutowane, skręcane, ale spotkać można się również z innymi. Przełączniki, które wymagają naprawy lub wymiany na miejscu, powinny mieć prostszy typ montażu, ułatwiający serwis w warunkach polowych.
Materiał styków - większość elementów tego rodzaju wykorzystuje na stykach srebro lub złoto. Kontakty złote są zazwyczaj konieczne przy przełączaniu na poziomie logicznym, typowo określanym jako zakres od jednego mikroampera do 100 mA. Inne stopy (o wyższej wytrzymałości termicznej) lepiej sprawdzają się przy dużych obciążeniach.
Inne wymagania mechaniczne - czy w danej aplikacji przełącznik wymaga zabezpieczenia kluczem? Czy potrzebne jest miejsce na kłódkę, a jeśli tak, to w której pozycji? Czy istotny jest dźwięk przełączania? Czy konieczna jest praca w niestandardowym zakresie temperatur otoczenia? Takie zagadnienia również powinny być uwzględnione podczas doboru tego elementu.
Odporność, czas życia i niezawodność
Klasa IP odnosi się do stopnia odporności na wnikanie pyłów i wilgoci, jest oznaczona dwoma cyframi po znaku „IP”. Pierwsza cyfra określa poziom ochrony przed wnikaniem ciał stałych, takich jak pyły, a druga przed wilgocią. Standard ten, często używany do określania odporności różnych urządzeń (w tym także przełączników elektrycznych), był już niejednokrotnie opisywany na łamach „Elektroniki Praktycznej”, dlatego tym razem nie będziemy już szerzej omawiać poszczególnych klas - informacje można bez trudu znaleźć w zasobach sieciowych oraz literaturze.
Liczba operacji (cykli łączeniowych) uzależniona jest od wielu czynników. Jednym z kluczowych parametrów jest obciążenie - jego charakter, jak opisano powyżej, a takaże wartość prądu. Czas życia dla obciążenia rezystancyjnego jest najdłuższy. Wczesna erozja kontaktu może wynikać z obciążeń indukcyjnych - z tego powodu istotne jest również uwzględnienie prądu udarowego lub rozruchowego obciążenia. Należy także wziąć po uwagę napięcie przy określaniu maksymalnego obciążenia, jakie przełącznik może obsłużyć. Zastosowanie elementów o parametrach przekraczających przewidywane udary zmniejszy problem spowodowany łukiem przy rozłączaniu, ale zwiększy koszty.
Normy branżowe
W zależności od miejsca zastosowania urządzenia oraz charakteru jego pracy, objęte może być ono szczególnymi normami. Większość przepisów, mających wpływ na wybór przełącznika, dotyczy materiałów używanych do jego produkcji. Od ponad dziewięciu lat amerykańska EPA prowadzi badania nad wpływem rtęci na środowisko i zdrowie, co zaowocowało wprowadzeniem kilku regulacji ograniczających stosowanie jej w celu zapobiegania zagrożeniom. Takie regulacje obejmują Ustawę o Ochronie Zasobów i Recyklingu (RCRA), Ustawę o Czystym Powietrzu (CAA) oraz Ustawę o Czystej Wodzie. Kraje europejskie również wprowadziły regulacje ograniczające stosowanie substancji chemicznych w wyrobach i podzespołach, takie jak RoHS oraz Ustawa o Odpadach Elektrycznych i Elektronicznych (WEEE). Dyrektywa RoHS, obowiązująca od 1 lipca 2006 roku, ma na celu ograniczenie, a nawet wyeliminowanie stosowania ołowiu, rtęci, kadmu, chromu heksawalentnego, polibromowanych bifenyli (PBB) i polibromowanych difenyloeterów (PBDE) w urządzeniach elektronicznych oraz podzespołach elektrycznych. Regulacje te mocno dotknęły niektóre konstrukcje. Na przykład czujniki przechyłu, kiedyś wytwarzane głównie z użyciem ciekłej rtęci, wraz z wprowadzeniem nowych przepisów musiały zostać wyeliminowane z rynku.
Konfiguracja styków
Określenie to odnosi się do liczby biegunów (pole) oraz stabilnych położeń (throw) przełącznika (rysunek 1). Termin „biegun” mówi o liczbie obwodów sterowanych przez przełącznik: elementy single pole (SP) sterują tylko jednym obwodem elektrycznym; double pole (DP) sterują dwoma niezależnymi obwodami - działają jak dwa identyczne łączniki, które są ze sobą zintegrowane, ale tylko mechanicznie. Nie należy mylić liczby obwodów z liczbą przyłączy.
Przy elementach wielobiegunowych, które łączą wiele obwodów, pamiętać należy, że jakkolwiek obwody te są rozdzielone wewnątrz elementu, to obowiązuje je specyfikowana dla przycisku izolacja galwaniczna, to znaczy, że w dokumentacji przycisku określone jest maksymalne napięcie pomiędzy tymi obwodami, dla którego dany komponent zapewnia izolację.
Drugi parametr przełącznika dotyczy liczby skrajnych, stabilnych położeń jego aktuatora: przełączniki single throw (ST) zamykają obwód tylko w jednym położeniu. Druga pozycja uchwytu to rozwarty obwód. Double throw (DT) zamykają obwód w dwóch stabilnych pozycjach, to jest, są w stanie łączyć wspólny pin z dwoma stykami przełącznymi. W takim przypadku zwrócić uwagę należy na sposób łączenia ze sobą tych obwodów. Przyciski typu brake before make najpierw rozłączają pin wspólny z jednego obwodu, a następnie zwierają go z kontaktami drugiego obwodu. Z kolei przyciski make before brake najpierw zwierają drugi obwód, a następnie rozłączają pierwszy z nich. Oznacza to, że podczas przełączania występuje moment, w którym oba wyjściowe obwody przełącznika zwarte są z pinem wspólnym, a co za tym idzie - ze sobą.
Przełączniki jednobiegunowe i dwubiegunowe są zdecydowanie najpopularniejszymi elementami łączącymi na rynku, ale dostępne są również konfiguracje potrójne i poczwórne i większe. Są one powszechnie oznaczane jako 3PST, 3PDT, 4PDT itd. Dodatkowo są też dostępne przyciski z większą liczbą obwodów wyjściowych, na przykład przełącznik opisany jako SP3T łączyć będzie wspólne wyprowadzenie z jednym z trzech wyjść.
Mono-, bi- i wielostabilne
Mechaniczne działanie przycisków można opisać także pod kątem liczby i położenia stabilnych pozycji. Pozycja stabilna to taka, w której przełącznik pozostanie, po odjęciu od niego siły, którą na niego oddziałujemy.
Na przykład popularny przełącznik dzwonkowy to łącznik monostabilny (chwilowy) - zwiera on obwód tak długo, jak go trzymamy. Gdy go puścimy, wróci on w swoje domyślne i jedyne stabilne położenie, tj. gdy obwód jest rozwarty. Innym dobrym przykładem jest stacyjka w samochodzie, która ma kilka pozycji - typowo cztery - z czego trzy z nich są pozycjami stabilnymi, a czwarta, odpowiadająca za zapłon, jest pozycją chwilową - gdy puścimy przekręcony kluczyk, powróci on do wcześniejszej pozycji.
Sposób mechanicznego oddziaływania z przełącznikiem
Ten aspekt jest chyba najszerszą częścią zagadnienia związanego z przełącznikiem. Istnieje ogromna ilość różnych sposobów przełączania i brak jest tutaj oficjalnych i ścisłych podziałów, przyjęło się jednak dzielić przełączniki na rodzaje takie, jak:
- przyciski,
- przełączniki obrotowe,
- przełączniki kołyskowe,
- przełączniki hebelkowe (dźwigienkowe),
- przełączniki suwakowe,
- przełączniki kluczykowe (stacyjki).
Dodatkowo często wyróżnia się takie przełączniki, jak:
- mikroprzyciski,
- przełączniki bezpieczeństwa,
- przełączniki kodujące,
- przełączniki typu „dip-switch”.
Przyciski to przełączniki, które do aktywacji potrzebują siły skierowanej normalnie do powierzchni, czyli wciśnięcia jakiegoś elementu. Przykład takiego elementu pokazano na fotografii 6.
Są szeroko stosowane do konstrukcji paneli sterujących, klawiatur itp. Mogą działać na różne sposoby, na przykład jako przełączniki chwilowe (typowe dla klawiatur) lub bistabilne z zapadką - pierwsze naciśnięcie aktywuje przycisk, a kolejne pozwala powrócić mu do pierwotnej pozycji. Taki mechanizm pozwala na oszczędzenie miejsca na panelu, gdyż jeden przycisk pełni funkcję załączającego i wyłączającego dany obwód.
Wyróżnioną grupą pośród przycisków monostabilnych są tzw. microswitche, czyli miniaturowe i subminiaturowe przyciski, charakteryzujące się nie tylko małym rozmiarem, ale także bardzo niewielką siłą, potrzebną do przełączenia. Realizowane są na różne sposoby, typowo wyposażone są w naprężoną sprężynę, która ułatwia przełączanie przycisku niewielką siłą i następnie gwarantuje powrót elementu do stabilnego stanu, gdy już siła nie będzie do niego przykładana. Elementy te charakteryzują się na ogół dużą trwałością - rzędu nawet miliona cykli i więcej - oraz niską ceną. Z uwagi na swoje niewielkie rozmiary, nie są one zaprojektowane do przenoszenia większych obciążeń.
Przełączniki obrotowe (fotografia 7) to elementy, w których potrzebny jest pewien moment obrotowy, przyłożony do aktywnego elementu przełącznika do akwtyacji. Typowy przełącznik obrotowy posiada oś, do której umocowany jest wspólny kontakt, oraz nieruchomy „wianuszek” kontaktów dookoła. Typowo elementy takie wybiera się, gdy konieczne jest posiadanie kilku stabilnych pozycji - dostępne są przełączniki obrotowe nawet z 36 pozycjami (i więcej w wykonaniu specjalnym).
Przełączniki kołyskowe mają, jak sama nazwa wskazuje, kołyskę, która poruszana jest w czasie aktywacji. Widać ją na fotografii 8. Zmieniając jej pozycję, łączy się i rozłącza styki w układzie. Przełączniki tego rodzaju mają jeden lub rzadziej dwa bieguny i dwie lub trzy pozycje, przy czym często nie wszystkie z nich są stabilne. Typowym przykładem takiego elementu mogą być włączniki świateł w domowej sieci energetycznej, często wykorzystywane są również jako przełączniki zasilania w urządzeniach elektrycznych. Z uwagi na swoją konstrukcję łatwo jest wyposażyć je w podświetlenie, które funkcjonować może jako wskaźnik załączenia obwodu.
Przełączniki hebelkowe (dźwigienkowe - fotografia 9) są chętnie stosowane z uwagi na intuicyjność oraz łatwość obsługi, szczególnie w pośpiechu czy podczas pracy w grubych rękawiczkach.
Od strony mechanicznej przełączniki te działają podobnie do przełączników kołyskowych i także mają 2..3 pozycje, z których nie wszystkie muszą być pozycjami stabilnymi. Przełączniki hebelkowe, mimo swoich zalet, należy stosować z rozwagą, gdyż ich wystająca dźwigienka łatwa jest do przypadkowego przełączenia, np. poprzez zaczepienie elementem odzieży. Aby tego uniknąć, stosuje się często wraz z nimi różnego rodzaju zabezpieczenia, mające za zadanie utrudnić przypadkową aktywację. Zabezpieczenia te mają postać zarówno prostych, metalowych elementów (fotografia 10a), jak i bardziej złożonych, plastikowych kapturków (fotografia 10b).
Przełączniki suwakowe to takie, w których obwody łączone są poprzez przesuwanie ruchomego styku. Tego rodzaju łączniki typowo używane są w aplikacjach, gdzie nie ma zbyt wiele miejsca na instalację innych rodzajów komponentów. Tym bardziej że dostępne są one w wykonaniach normalnych, jak i subminiaturowych, jak pokazano na fotografii 11. Tego rodzaju elementy mają zwykle co najmniej dwie stabilne pozycje.
Przełączniki kluczykowe (stacyjki), jak sama nazwa wskazuje, do aktywacji potrzebują klucza. Na ogół przekręcanie klucza we wbudowanym zamku nie tylko pełni funkcję zabezpieczającą, ale jednocześnie mechanicznie aktywuje styki przełącznika. Tego rodzaju elementy stosuje się jako zabezpieczenia przed niepowołanym użyciem. Przykładowy element tego rodzaju pokazano na fotografii 12. Typowe stacyjki zabezpieczające mają dwie stabilne pozycje. Nierzadko spotyka się też przełączniki kluczykowe niejako wbudowane w inne przełączniki. W takiej sytuacji klucz pełni funkcję jedynie zabezpieczenia i trzeba najpierw go przekręcić, aby umożliwić aktywację właściwego elementu.
Oprócz powyższych wymieniono również kilka węższych kategorii (z uwagi na docelową aplikację i/lub konstrukcję). Są to między innymi:
- Przełączniki bezpieczeństwa przeznaczone są do awaryjnego wyłączania urządzeń przemysłowych. Łączą w sobie kilka rodzajów akcji mechanicznej. Typowo, aby je aktywować (i rozłączyć obwód), należy je wcisnąć, zaś w celu dezaktywacji - obrócić lub przekręcić kluczyk. Zagadnienia konstrukcyjne przełączników z tej grupy mają umocowanie prawne w normie EN 60204-1.
- Wspominane już wcześniej przełączniki kodujące są używane głównie do zadawania dyskretnych wartości liczbowych. Oprócz wykorzystania w tej roli wielopozycyjnych przełączników obrotowych, istnieją specjalne elementy wyposażone w zestaw przycisków „+” oraz „-” (dla każdej dekady ustawionej liczby) oraz wskaźnik mechaniczny. Naciskanie tych przycisków powoduje, odpowiednio, inkrementację lub dekrementację wyświetlanej wartości i łączenie odpowiednich obwodów ze sobą. Przełączniki takie składają się na ogół z modułów - każdy moduł to jedna pozycja dziesiętna (fotografia 13).
- Przełączniki typu „dip-switch” to rodzaj miniaturowych przełączników suwakowych, połączonych w pakiety, umieszczane w obudowie DIP (najczęściej). Zazwyczaj zastępują zworki, wykorzystywane do konfiguracji na płytach głównych (częściej kiedyś, obecnie coraz rzadziej, z uwagi na programowe konfigurowanie sprzętu w BIOSie) czy innych urządzeniach elektronicznych. Przełącznik tego rodzaju pokazano na fotografii 14.
Podsumowanie
W niniejszym artykule potraktowano tematykę przełączników tylko powierzchownie, jednakże podane informacje powinny być wystarczające, aby samodzielnie kontynuować zgłębianie zagadnień konstrukcyjnych i użytkowych. W opisie intencjonalnie pominięto elementy inne niż aktywowane przez człowieka. Spełniają one wiele definicji przycisków, jednakże odróżniają się od nich faktem, że naciskane są przez maszynę i w związku z tym są zoptymalizowane do takiego działania. Przykładem tego rodzaju elementu mogą być na przykład mechaniczne wyłączniki krańcowe - wykraczają one jednak poza ramy tego opracowania.
Nikodem Czechowski
Źródła
- „Selecting a Switch: Managing the process of choosing the perfect switch” NKK Whitepapers
- „Switches & Controls: How to select the right one” Carlingtech
- Frances Amoss „Selecting a switch” Electronic Products 3.11.2008
- www.littelfuse.com/technical-resources/technical-centers/commercial-vehicle-technical-center/poles-and-throws.aspx
- www.littlebirdelectronics.com.au
- www.ckswitches.com
- www.mgispeedware.com
