Grunderna kring taktila omkopplare

Den taktila omkopplaren är en välkänd typ av elektrisk omkopplare som, på samma sätt som sin mekaniska motpart, sluter eller bryter en elektrisk krets genom manuell aktivering. De började användas i början av 1980-talet som membran- eller screentryckta omkopplare för tangentbord och knappsatser, men dessa typer av omkopplare möttes till en början av motstånd på grund av deras dåliga prestanda och brist på taktila återkoppling. I slutet av 1980-talet fick dock versioner med metallkupoler i konstruktionen en mer utbredd användning tack vare den förbättrade återkopplingen, den robusta aktiveringen och den ökade livslängden. Förändringarna gav oss de taktila omkopplare som idag används och syns i ett stort antal konsumenttillämpningar och kommersiella tillämpningar.

En viktig skillnad med taktila omkopplare, som nämnts ovan, är att när tryck appliceras på omkopplaren ger det ett märkbart "klick" eller ett haptiskt gupp som återkoppling för att markera att omkoppling har skett. På samma sätt som med momentana enheter, frigörs omkopplaren och strömflödet bryts, så snart användaren inte längre trycker på omkopplaren. Även om de vanligtvis finns som normalt brutna enheter, finns det även taktila omkopplare i normalt slutna versioner där strömmen stängs av när omkopplaren trycks in och börjar flöda när den släpps.

Figur 1: Exempel på vanliga taktila omkopplare (bildkälla: Same Sky)

Taktil omkopplare eller tryckknappsomkopplare?

Två typer av omkopplare som ofta blandas ihop eller vars namn används ombytligt är taktila omkopplare och tryckknappsomkopplare. Även om de är lika varandra till natur och funktion fungerar tryckknappsomkopplare genom att trycka ned ett manöverdon en viss sträcka för att starta strömflödet och genom att trycka ned den igen stoppas strömflödet. I motsats till det startar/stoppar taktila omkopplare strömflödet när omkopplaren trycks ner och hålls kvar med minimal rörelse av manöverdonet.

Även om vissa tryckknappsomkopplare kan fungera som momentana omkopplare är alla taktila omkopplare momentana. Taktila omkopplare har vanligtvis mindre kapslingsstorlekar än tryckknappsomkopplare, tillsammans med generellt lägre spännings- och strömvärden. Deras återkoppling med ljud eller haptisk återkoppling är även en viktig skillnad jämfört med tryckknappsomkopplare, och medan tryckknappsomkopplare kan monteras i en panel eller på ett kretskort, är taktila omkopplare endast avsedda för direkt montering på ett kretskort. Om du vill veta mer om tryckknappsomkopplare kan du läsa Same Sky blogg om tryckknappsomkopplarens grunder.

Grundläggande struktur och funktion

En viktig sak som medför att en taktil omkopplare är enkel och robust jämfört med andra mekaniska omkopplare är det begränsade antalet interna komponenter som krävs för att uppnå den avsedda funktionen. En typisk konstruktion av en taktil omkopplare består vanligtvis av fyra delar som listas nedan:

1. Täcklock: Detta skyddar omkopplarens inre mekanism och kan bestå av metall eller andra material, beroende på vilken funktion den är avsedd för. Locket kan dessutom agera som jordningspunkt för att skydda omkopplaren från statiska urladdningar.
2. Pistong: Pistongen är placerad under locket och ovanpå kontaktkupolen, och är den komponent som användaren trycker på för att böja kupolen och därigenom aktivera omkopplaren. Pistongen kan vara antingen platt eller upphöjd.
3. Kontaktkupol: Denna komponent med sin välvda form passar in i sockeln och böjs eller inverterar sin form när den kommer i kontakt med pistongen. Denna böjningsprocess skapar det hörbara och haptiska klicket samtidigt som den ansluter två fasta kontakter i sockeln för att sluta kretsen. När kraften försvinner återgår kontaktkupolen till sin ursprungliga form och bryter kretsen. Materialet som används för både kontaktkupolen och pistongen (metall, gummi etc.) är avgörande för hur omkopplaren känns och hur den låter.
4. Sockel av gjuten harts: Den sista delen av omkopplaren innehåller de anslutningar och kontakter som ansluter omkopplaren till kretskortet.

Figur 2: Typisk konstruktion för en taktil omkopplare (bildkälla: Same Sky)

Viktiga fördelar och specifikationer

Ett korrekt val av taktila omkopplare består av mer än att bara utvärdera specifikationerna i ett produktdatablad. Förutom flera allmänna egenskaper och fördelar, t.ex. momentan aktivering, lägre effekt- och strömvärden, robusthet på grund av färre rörliga delar och lägre kostnad, kan en taktil omkopplares känsla och ljud ha ett stort inflytande på valet av komponenter. Detta kan vara svårt att kvantifiera eftersom kraften som krävs för att aktivera omkopplaren och den haptiska återkopplingen varierar beroende på användningsområde och funktion. En taktil omkopplare som används i en fordonsapplikation kan exempelvis behöva mer kraft för att undvika oavsiktliga inmatningar orsakade av vibrationer jämfört med en omkopplare som används i hemmet eller på kontoret. Ofta är det bästa sättet att fastställa en omkopplares rätta egenskaper, genom prototyptillverkning och testning.

Med allt detta sagt finns det flera viktiga specifikationer som du bör tänka på i urvalsprocessen:

• Märkspänning: Den högsta spänning som omkopplaren tål när den är sluten eller bruten.
• Märkström: Den högsta ström i ampere som en omkopplare tål utan att skadas.
• Aktiveringskraft (eller manöverkraft): den kraft eller det tryck (uttryckt i gramkraft eller gf) som behövs för att förflytta ett manöverdon i en omkopplare.
• Böjningsgrad (eller manöverdonets rörelse): total rörelsesträcka för en nedtryckt omkopplare.
• Kontaktkraft: den kraft eller det tryck (uttryckt i gram) som krävs för att omkopplaren ska koppla samman anslutningarna.
• Manöverdonets höjd: manöverdonets höjd över omkopplarens sockel. (se figur 3)
• Livscykelintervall: förväntad hållbarhet för en omkopplare vid normala driftsförhållanden.
• Temperaturområde: de driftstemperaturer inom vilka omkopplaren fungerar enligt specifikationerna.
• Monteringssätt: den metod som används för att montera omkopplaren på kretskortet, antingen med genomgående hål eller med ytmontering.
• IP-klassificering: En internationell standard som klassificerar en omkopplare (eller annan produkt) mot inträngning av damm och vätskor. Se IP67-klassificerade taktila omkopplare från Same Sky.

Figur 3: Vanliga manöverdonshöjder för taktila omkopplare (bildkälla: Same Sky)

Anslutning av taktila omkopplare

De flesta taktila omkopplare har fyra stift för att ge stabilitet vid kretskortsmontering. Dessa fyra stift är internt förbundna som två uppsättningar. Tekniskt sett behövs bara två av ledningarna för anslutning, men det är bäst att använda alla de stift som finns. Det finns även modeller med taktila omkopplare med endast två stift samt versioner med fem stift som möjliggör styrspaksliknande styrning i en mycket liten kapsling.

Figur 4: Vanlig konfiguration av en taktil omkopplare med fyra stift (bildkälla: Same Sky)

Sammanfattning

Tack vare det lilla formatet, den låga höjden och den långa livslängden passar taktila omkopplare för många behov i en mängd olika konsument- och industriprodukter, inklusive nyare tillämpningar inom bärbar teknik med mera. När det behövs en tillfällig aktivering med låg effekt kommer taktila omkopplare att förbli standardlösningen för omkopplare med den extra fördelen av taktil återkoppling och ljud. För att underlätta urvalsprocessen erbjuder Same Sky en serie taktila omkopplare med kompakta kapslingar, olika höjd på manöverdonet och flera konfigurationsalternativ.