Information om omkopplare

Omkopplare är en integrerad del av elektroniken. Nästan alla elektroniska apparater innehåller en omkopplare, om inte flera. Det beror på att när enheter används, finns det vanligtvis flera olika driftlägen. De uppenbara lägena är på och av, men ofta finns det inställningar som kan justeras. Bilfönster styrs av momentana omkopplare som kan höja och sänka fönstren. Spelkonsoler använder omkopplare för att styra spelet. Listan över tillämpningar för omkopplare är oändlig inom elektronikindustrin. Det finns flera olika typer av omkopplare på marknaden i dag, och det finns ett antal saker man i allmänhet måste tänka på när man väljer en omkopplare. Några av de frågor som måste ställas är hur många poler och lägen som behövs, behöver omkopplaren vara kvarhållande eller momentan, och vilka elektriska överväganden finns det, t.ex. maximal märkström och märkspänning? Förhoppningsvis kan den här artikeln kasta lite ljus över omkopplarnas värld.

Innan vi fördjupar oss i varje typ av omkopplare är det bra att gå igenom de olika kretsar som finns i respektive omkopplare. Det finns två termer som används för att beskriva kretsen i en omkopplare. Det är "poler" och "lägen". Med "poler" avses hur många kretsar det finns i en omkopplare. En enpolig strömbrytare har bara en aktiv krets åt gången. Termen "lägen" avser hur många positioner som polen kan anslutas till. Figur ett visar ett kretsschema för en enpolig omkopplare med ett läge (SPST).

Figur 1: Kretsschema för SPST.

En SPST-omkopplare har en pol, det finns bara en möjlig krets med denna konfiguration. Den är antingen sluten eller bruten. En enpolig omkopplare kan vara normalt bruten eller normalt sluten. När den är sluten kan strömmen passera genom omkopplaren, när den är bruten kan den inte det. Föreställ dig nu att det bara finns en väg för strömmen att flyta vid en viss tidpunkt, men att det finns två alternativ för vart strömmen kan flyta. Detta skulle vara en SPDT (två poler, ett läge). Figur 2 illustrerar detta.

Figur 2: Kretsschema för SPDT.

Med denna typ av logik är det lätt att förstå omkopplare. Ett annat exempel som liknar en SPDT är en DPDT (två poler, två lägen). Den kommer att se ut som i figur 2, men har två poler i stället för en. Figur 3 visar kretsen för en DPDT.

Figur 3: Kretsschema för DPDT.

En sak att tänka på när det gäller omkopplare är att flera olika kretsar kan fungera för att uppnå liknande mål. Ett exempel är en enkel av-/på-omkopplare utan momentan funktion. Detta kan uppnås med en SPST eller SPDT. Ta exempelvis GRS-2011-2019 från CW Industries. Den här enheten har två anslutningar på undersidan, vilket är synonymt med en SPST-omkopplare. När strömbrytaren är i ett läge är de slutna och ström kan flöda. När strömbrytaren är i det andra läget är de brutna och ström kan inte flöda. Om man använder en SPDT som GRS-2013A-2000 i stället för en SPST kan man uppnå samma sak. Det skulle helt enkelt innebära att man bara använder två av anslutningarna och lämnar en utan anslutning. Detta är praktiskt i situationer där en normalt bruten eller normalt sluten SPST-omkopplare behövs. En SPDT kan vara något av dessa alternativ. När vi tittar tillbaka på en SPDT är det även viktigt att förstå omkopplarens funktion. En SPDT kan antingen ha två eller tre lägen för manöverdonet. För att förklara detta kan du tänka dig en omkopplare som är PÅ-AV-PÅ. Detta är vanligt i motortillämpningar där motorn kan rotera åt ena hållet, sedan stanna och sedan rotera åt andra hållet. En SPDT kan göra detta, men det är inte alla SPDT-omkopplare som kan det. GRS-2013A-2000 är en PÅ-AV-PÅ-omkopplare, så det vore möjligt för den omkopplaren att utföra åtgärden. D508J12S205QA från C&K skulle inte kunna åstadkomma detta, eftersom det är en PÅ-MOM-omkopplare. Det innebär att brytaren vanligtvis är i läge PÅ och kan stängas av tillfälligt. En tillämpning som detta skulle kunna användas i är transportbanden vid kassan i livsmedelsbutiken. Genom att bara koppla in kablarna baklänges kommer transportbandets motor inte att köras förrän manöverdonet trycks ned. När manöverdonet trycks ned kommer det att finnas en momentan kontakt i omkopplaren och strömmen kommer att kunna flöda. När manöverdonet släpps går omkopplaren tillbaka till sitt vanliga avstängda läge och strömmen slutar att flöda.

Elektriska egenskaper är också viktiga att tänka på när man väljer en omkopplare. Om en krets kräver 50 A fungerar inte en omkopplare som är dimensionerad för 10 A. Det är alltid viktigt att titta på märkspänning och märkström på en omkopplare. Det finns till och med en skillnad mellan AC-spänningar och strömmar kontra DC. Ofta anger tillverkarna märkningar för båda dessa, men inte alltid. När du utvärderar en omkopplares märkspänning måste du titta på vad tillverkaren anger för typ av spänning. Om märkningen säger 125 V_AC, är det en växelspänning som anges. Om märkningen säger 125 V är det en likspänning som anges. Detta språkbruk anges i databladet eller på produktens ritning. På Digi-Keys webbplats kan man göra ytterligare en åtskillnad. Produkten PS1024ARED från E-Switch har en AC-märkning, men DigiKey anger 125 V online. Det beror på att kolumnen som värderingen står i är till för "Märkspänning - AC". Figur 4 visar detta från Digi-Keys webbplats och figur 5 visar märkningen på PS1024ARED.

Figur 4: Produktattribut för PS1024ARED.

Figur 5: Ritning med elektriska specifikationer för PS1024A.

Något som inte framgår på Digi-Keys webbplats, men som är uppenbart på ritningsnoteringarna, är att det finns ett par olika märkningar för denna omkopplare. Den första är 3 A vid 125 V_AC och den andra är 1,5 A vid 250 V_AC. Hur är det möjligt att ha två märkningar för samma omkopplare? Det beror på att effekten är en funktion av spänning och ström. Båda dessa märkningar har samma märkeffekt. Om man skulle sätta in följande siffror för effektmärkningen skulle man få samma siffror.

Ofta har en omkopplare endast en AC-märkning och ingen DC-märkning. Det finns en tumregel som kan användas för att bestämma DC-värdet för en AC-omkopplare. Oavsett vilken den högsta märkströmmen är för omkopplaren så kommer strömmen att förbli densamma och likspänningen kommer att ställas in på 30 V. PS1024A har två märkningar, 3 A vid 125 V_AC och 1,5 A vid 250 V_AC. Denna regel innebär att omkopplaren har märkningen 3 A och använder det upp till 30 V_DC. Detta är en allmän regel från Carling Technologies som kallas "tumregel för DC". Ofta har omkopplarna även en hästkraftsmärkning (HP). Det beror på att induktiva belastningar kan ha extremt höga strömrusningar. HP-värdet är avsett för omkopplare som används med AC-motorer. Det betyder inte att en sådan omkopplare inte kan användas på andra enheter, men det är därför som märkningen finns på omkopplaren.

Tryckomkopplare

En typ av omkopplare är tryckomkopplaren. Dessa omkopplare har ett manöverdon. Man kan även kalla den för en knapp med ett mindre formellt språkbruk. De är ofta monterade i en panel eller på en tavla. Figur 6 visar KB16CKW01-5F-JF från NKK Switches.

Figur 6: KB16CKW01-5F-JF.

En intressant sak med KB16CKW01-5F-JF är hur många anslutningar den har. Detta är en SPDT som bara borde ha 3 anslutningar, men den här enheten har 5 anslutningar. Det beror på att enheten har belysning. Många omkopplare har belysning och har en nominell belysningsspänning. Den här omkopplaren har en belysningsspänning på 2,1 V_DC. I dokumentationen anges att anslutning 2 är den gemensamma anslutningen och att lysdioden kommer att strömförsörjas via anslutningarna L (+) och L (-) enligt figur 7.

Figur 7: Dokumentation för KB16CKW01-5F-JF.

Ofta finns tillbehör för omkopplarna listade längst ner på produktsidan. När man tittar längst ner på produktsidan för KB16CKW01-5F-JF på Digi-Keys webbplats finner man fyra tillbehör som hör till omkopplaren.

Tillbehören finns längst ner på sidan för KB16CKW01-5F-JF på Digi-Keys webbplats eller i seriens datablad. Ofta skapar tillverkarna en hel serie av omkopplare. Det är en grupp av egenutvecklade produkter som hör ihop. KB16CKW01-5F-JF är särskilt utformad för att passa med vissa tillbehör som anges i dokumentationen. Tillbehöret till skyddskåpan finns på sidan D34 i seriens datablad. I figur 8 visas skyddskåpan tillsammans med det beställningsbara artikelnumret för AT494.

Figur 8: Dokumentation för KB16CKW01-5F-JF.

Ofta placerar tillverkare av omkopplare en hel serie på ett datablad eftersom vissa av skillnaderna mellan en komponent och en annan kan vara triviala. Ofta är de olika artikelnumren bara en skillnad i färg. Lysdiodstillbehöret AT635F är ett bra exempel på detta. I dokumentationen finns endast numret AT635 angivet som ett alternativ. Den tidigare nämnda produkten har suffixet "F". I figur 9 visas beställningsschemat där suffixet "F" anges som en grön lysdiod. På vänster sida av beställningsschemat finns lysdiodens basnummer AT635. I den mellersta kolumnen finns alternativ för röd, orange och grön. I rutan "Grön" står det 5F under den. Detta innebär att i AT635F kommer lysdioden att vara grön.

Figur 9: Dokumentation för KB16CKW01-5F-JF.

Taktila omkopplare

Taktila omkopplare liknar tryckomkopplare, men de är vanligtvis mycket mindre. Tänk dig en router i hemmet som har en återställningsknapp. Omkopplaren är vanligtvis infälld i plasten så att den inte går att trycka in av misstag. Vanligtvis behövs ett gem eller en tandpetare för att trycka på denna typ av omkopplare. Dessa typer av omkopplare är vanligtvis taktila momentana omkopplare, och används vanligtvis inte som en omkopplare för på eller av. Ofta används de för att återställa något, räkna något, stoppa något eller någon annan funktion av liknande slag. De har vanligtvis en mycket låg märkspänning och märkström. MJTP1230 från APEM Inc. är ett exempel på en taktil omkopplare. Denna omkopplare är en SPST-NO, dvs. en enpolig, normalt bruten krets med ett läge. Det innebär att strömmen inte kan flöda genom omkopplaren förrän manöverdonet trycks ned. När manöverdonet släpps kommer omkopplaren automatiskt att brytas igen och strömmen kommer inte att kunna flöda. Figur 10 är en bild på MJTP1230.

Figur 10: MJTP1230.

Det finns fyra ben på denna omkopplare. Det är ofta fallet för taktila omkopplare. Det beror inte på att det finns två olika kretsar som kan anslutas, utan snarare på att två extra ben ger brytaren fysiskt stöd när den löds fast på ett kretskort. De två benen på ena sidan kommer att vara permanent anslutna oavsett omkopplarens läge. Den andra sidan av omkopplaren följer samma princip där benen alltid är anslutna. När manöverdonet trycks ned finns det en koppling mellan omkopplarens båda sidor. När det gäller kretsen kommer omkopplaren att följa kretsschemat i figur 1.

Dipswitch

Dipswitchar är omkopplare som ingår i en "Dual Inline Package". De konstrueras för att passa på ett kopplingsdäck. Omkopplarna består av en samling små SPST-omkopplare. Ett exempel på användning av dessa är DMX-styrning för scenbelysning. Varje belysningsarmatur har en adress som den kan tilldelas. I moderna DMX-styrda belysningar kan detta programmeras med en microcontroller, genom att helt enkelt ändra ett nummer upp eller ner på en display. På äldre DMX-styrda belysningar fanns det en dipswitch som kunde ändras för att ge den rätta binära adressen för belysningsarmaturen. Dessa typer av omkopplare är ofta ytmonterade eller hålmonterade, men det finns även panelmonterade alternativ. Figur 11 visar 208-4, en dipswitch från CTS Electrocomponents.

Figur 11: 208-4.

Lägesomkopplare

Lägesomkopplare är också mycket populära på marknaden. Den här typen av omkopplare har ett konkavt manöverdon som vippas fram och tillbaka från respektive läge. Många PÅ-/AV-omkopplare är lägesomkopplare för konsumentelektronik. De är vanligtvis monterade i en panel, men kan även monteras direkt på ett kretskort. Figur 12 visar CRE22F2BBRLE från ZF Electronics.

Figur 12: CRE22F2BBRLE.

Den här omkopplaren är en SPST-omkopplare, så den kan bara slås på eller av. Det finns en anslutning i mitten på omkopplaren eftersom den har belysning. SPST-omkopplare med belysning har vanligtvis tre anslutningar. De yttre anslutningarna ser till att strömmen kan flöda från källan till jord. Anslutningen i mitten används för belysningen. När omkopplaren är bruten kan strömmen inte passera genom lampan. När omkopplaren är sluten flödar strömmen från källan genom lampan till jord.

En annan sak att tänka på när det gäller en lägesomkopplare är den fysiska storleken på anslutningen. De är ofta panelmonterade och kopplas därför ofta in med separata ledningar som använder snabbanslutningar. CRE22F2BBRLE har anslutningar som är 0,25" breda. Detta anges på Digi-Keys webbplats under produktattributen för "Anslutningstyp". Vanliga storlekar på anslutningarna är 0,110", 0,187" och 0,250". Snabbanslutningar för dessa finns på sidan "Anslutningar - snabbkontakter, snabbkopplingskontakter" på Digi-Keys webbplats.

Mikrobrytare med klickfunktion

Inom tillverkningsindustrin behövs ofta en omkopplare för att räkna saker. Tänk dig en produktionslinje som måste räkna hur många produkter som passerar genom den vid en viss punkt. Produkten kan väga en viss mängd och kunna aktivera en omkopplare. I denna tillämpning kan det handla om en omkopplare som bara behöver röra sig en liten bit för att räkna något. D2VW-5L2-1HS från Omron är ett exempel på en mikrobrytare med klickfunktion som kan användas för att åstadkomma något liknande. Figur 13 visar hur D2V2-5L2-1HS har en förlängd arm som kan användas för en sådan process.

Figur 13: D2VW-5L2-1HS.

Det finns mikrobrytare med klickfunktion som håller kvar sin krets som en PÅ-/AV-omkopplare, men de flesta av dem är momentana. Det är mycket vanligt att hitta mikrobrytare med klickfunktion som SPST-NO- eller SPST-NC. Ett smart knep som nämndes lite tidigare är att använda en SPDT-krets istället för en normalt bruten eller normalt sluten SPST-krets. Det är ett bra knep för om programmet kräver normalt bruten eller normalt sluten, kommer omkopplaren att kunna utföra uppgiften.

Det vanligaste tillbehöret för en mikrobrytare med klickfunktion är manöverarmen. Ofta finns det rullar på dem, ibland är bara en platt stång, det finns flera olika typer av konfigurationer. Figur 14 visar några av manöverdonen för serien D2VW.

Figur 14: Typer av manöverdon.

Vippomkopplare

Vippomkopplare är en annan populär typ av omkopplare. De är ofta monterade i en panel på samma sätt som lägesomkopplare. De kan användas för momentana funktioner, men används vanligtvis för kvarhållande funktioner. De har vanligtvis ett manöverdon som ser ut som ett litet basebollträ och en gängad bussning för montering på panelen. Figur 15 visar 200MSP3T1B1M2QEH från E-Switch.

Figur 15: 200MSP3T1B1M2QEH.

Vanliga tillbehör för vippomkopplare är låsbrickor och sexkantsmutter för montering. Dessa finns vanligtvis längst ner på produktsidan på Digi-Keys webbplats eller i området för "associerad produkt". 200MSP3T1B1M2QEH har båda dessa på sin produktsida som visas i figur 16.

Figur 16: Tillhörande låsbricka och sexkantsmutter.

Andra vanliga tillbehör för taktila omkopplare är skyddskåpor och skyddsöverdrag. I figur 17 och 18 visas dessa tillbehör. Skyddskåpan är ett tillbehör till GTS447A101HR från CW Industries och skyddsöverdraget är ett tillbehör till M2012SS1W01 från NKK Switches.

Figur 17: Skyddskåpa för GTS447A101HR.

Figur 18: Skyddsöverdrag för M2012SS1W01.

Vridomkopplare

Ofta finns det ett behov av en omkopplare som kan välja mellan flera olika driftlägen. Dessa tillämpningar kan ibland kräva en vridbar omkopplare. De har en eller flera poler, men kan ofta ha ganska många lägen. C7D0124N-C från Electroswitch är ett exempel på en vridomkopplare. Detta är en SP24T-omkopplare. Detta innebär att det finns 24 olika alternativ för strömmen att flöda genom, men strömmen kan bara flöda genom ett i taget. Vanliga tillbehör för vridbara omkopplare är vred, vredplattor, låsbrickor och sexkantsmuttrar. På samma sätt som för de tidigare produkterna kan du vanligtvis hitta dessa tillbehör under fliken "Associerad produkt" på Digi-Keys webbplats. Figur 19 visar C7D0124N-C.

Figur 19: C7D0124N-C.

En annan skillnad för vridbara omkopplare är om den "sluter-före-brytning" eller "bryter-före-slutning". En annan typ av språkbruk som kan användas för att beskriva detta är "slutande" eller "icke-slutande". Termen "Slutande" avser "sluter-före-brytning". Det innebär att det aldrig finns en bruten krets när kontakten flyttas från ett läge till ett annat. Omkopplaren kommer tillfälligt att ha två aktiva kretsar tills den flyttats helt till det önskade läget. 212T0111S332RA från CTS Electrocomponents är ett exempel på en vridomkopplare som "sluter-före-brytning". Motsatsen till detta är "Icke-slutande" eller "bryter-före-slutning". Det innebär att den första kretsen bryts helt och hållet innan omkopplaren är i läget för den nya kretsen. KC52A30.001NPS från E-Switch är ett exempel på en vridomkopplare som "bryter-före-slutning".

Nyckelomkopplare

Nyckelomkopplare är en mycket vanlig form av omkopplare. Tändningen i en bil är ett exempel på en AV-PÅ-MOMENTAN-omkopplare. När nyckeln sätts i tändningen är omkopplaren i läge PÅ, men den gör ingenting i detta läge förrän bilen startas. Läget MOMENTAN startar fordonet och nyckeln återgår då till läge PÅ. För att stänga av fordonet måste du vrida nyckeln till läge AV. Ett exempel på en nyckelomkopplare är 84829-07 från Honeywell Sensing and Productivity Solutions som visas i figur 20.

Figur 20: 84829-07.

Sammanfattning

Det finns många olika typer av omkopplare på marknaden idag. De arbetar alla för att uppnå samma mål, nämligen att koppla ihop kretsar. Det finns omkopplare med kvarhållande funktion och momentan funktion. En omkopplare med kvarhållande funktion behåller sitt läge tills den flyttas manuellt. Omvänt återgår en omkopplare med momentan funktion automatiskt till sitt standardläge. Tillämpningen begränsar den typ av omkopplare som krävs. Omkopplarkretsen, tillsammans med fysiska parametrar som t.ex högsta tillåtna ström och spänning, är några av de viktigaste faktorerna vid val av omkopplare. Det är möjligt att byta ut olika typer av strömbrytare; en elektronisk krets fungerar lika bra med en lägesomkopplare som med en vippomkopplare. Vilken typ av omkopplare man väljer beror till stor del på ingenjörens personliga preferenser och den miljö som omkopplaren ska placeras i.