Vad du behöver veta om omkopplare

Omkopplare är en integrerad del av vårt dagliga liv och erbjuder både variation och allmän tillgänglighet. De finns i otaliga former, från små knappar till stora reglage, och omfattar en mängd olika funktioner. Denna mångfald, som påverkas av faktorer som t.ex. mekanisk eller elektrisk funktion samt manuell eller elektronisk styrning, kan ofta kokas ner till personliga preferenser när det gäller estetik och användargränssnitt.

Medan elektroniska omkopplare, som bygger på teknik som BJT, MOSFET, IGBT och andra typer av halvledarkonstruktioner, får allt större uppmärksamhet tack vare sjunkande kostnader och utökade funktioner, är mekaniskt manövrerade omkopplare fortfarande den bästa lösningen. Artikeln går igenom grunderna för omkopplare, med ett särskilt fokus på fysiskt manövrerade och aktiverade modeller, för att förstå hur de överbryggar form- och funktionsområden.

Grunderna för omkopplare

Utgångspunkten för att välja en omkopplare är att förstå begreppen poler och lägen. Enkelt uttryckt anger poler antalet kretsar som en enskild omkopplare kan styra, medan lägen anger hur många kontakter omkopplaren kan välja emellan. Begreppet är enklast att förstå genom enkla visuella presentationer.

Figur 1: Kopplingsschema för en enpolig envägsomkopplare. (Bildkälla: Same Sky)

När det gäller en omkopplare med endast en pol och ett läge, som kallas SPST, tillhandahåller den en styrning för en enskild krets, där omkopplaren helt enkelt kan öppna och stänga en enda kontakt. Låt oss nu jämföra detta med en omkopplare som har en pol och en tvåvägsomkopplare, känd som SPDT.

Figur 2: Kopplingsschema för en enpolig tvåvägsomkopplare. (Bildkälla: Same Sky)

I en enpolig tvåvägsomkopplare är det fortfarande en enda krets som styrs, men brytaren kan växla mellan två distinkta kontakter. När det gäller enpoliga tvåvägsomkopplare är omkopplaren inte begränsad till att öppna och stänga en krets, utan snarare till att omdirigera själva kretsen.

Figur 3: Kopplingsschema för en tvåpolig tvåvägsomkopplare. (Bildkälla: Same Sky)

När det gäller en tvåpolig tvåvägsomkopplare (DPDT) tar en enda omkopplare kontroll över två kretsar, och varje omkopplare i den förflyttas mellan två kontakter. Även om enpolig envägsomkopplare, enpolig tvåvägsomkopplare, tvåpolig envägsomkopplare eller tvåpolig tvåvägsomkopplare är de vanligast förekommande omkopplarkonfigurationerna finns det ingen teoretisk begränsning för antalet poler och lägen som en omkopplare kan ha. När det finns fler än två poler eller lägen ersätts ”S” eller ”D” av numeriska etiketter. En omkopplare med fyra poler och fem lägen kan en tillverkare exempelvis märka som en 4P5T-omkopplare. På samma sätt kan en omkopplare med två poler och sex lägen presenteras som DP6T.

Överväganden vid val av omkopplare

Förutom poler och lägen finns det flera andra specifikationer att ta hänsyn till vid val av omkopplare. Nedanstående lista innehåller några av de vanligaste egenskaperna men är på intet sätt uttömmande.

• Storlek: Som tidigare nämnts finns omkopplare i många olika former och storlekar. Från omkopplare som är mindre än ett riskorn till sådana som är för stora för att manövreras för hand - storleken beror oftast på den avsedda tillämpningen. I industriella miljöer används oftast större omkopplare där handskar används eller när det är svårt att utföra små rörelser, medan kompakta, inbyggda enheter vanligtvis behöverså små omkopplare som möjligt.
• Standardläge: De flesta omkopplare saknar ett standardläge, men det finns momentana omkopplare som normalt uppvisar ett standardläge, antingen normalt öppen (NO) eller normalt sluten (NC).
• Position: Denna parameter anger hur många omkopplare som finns i en enda enhet. Det kan finnas fall där detta begrepp felaktigt förväxlas med "läge", men det är viktigt att inse att positioner betecknar diskreta brytare inom samma enhet, som var och en kan aktiveras oberoende av varandra.
• Montering: Som alla elektroniska komponenter erbjuder omkopplare en mängd olika monteringalternativ. Ytmontering och genomgående hålmontering förknippas vanligtvis med mindre omkopplare på kretskort, medan panelmontering och omkopplare monterade på DIN-skenor tenderar att vara större. En avgörande faktor för både ytmontering och hålmontering är den parameter som kallas "avstånd", vilket innebär avståndet mellan ledarna. När det gäller omkopplare för hålmontering är avståndet av särskild betydelse, eftersom ett lämpligt avstånd gör det möjligt att använda dem med ett kopplingsdäck.

Figur 4: Omkopplare för hålmontering för användning med ett kopplingsdäck. (Bildkälla: Same Sky)

• Aktivering: Förutom att skilja mellan manuell och elektronisk aktivering, tillhandahåller omkopplare olika aktiveringsmetoder. De kan omfatta manövrering för hand eller användning av små skruvmejslar eller verktyg. Det vanligaste alternativet är dock att välja mellan upphöjd eller plan manövreringsnivå.
• Märkström och märkspänning: Det finns omkopplare för många olika spännings- och strömstyrkor, från några få volt och ampere upp till hundratals eller till och med tusentals. Det är viktigt att alltid kontrollera att en omkopplare kan användas för den avsedda tillämpningens förväntade märkström och märkspänning.
• Miljöfaktorer: Detta avser vanligtvis ett inträngningsskydd eller IP-klassificering som används för att ange omkopplarens skyddsnivå för damm och vätska. Vissa omkopplare kan dock ha ökad vibrationskänslighet eller vandalsäkra egenskaper.

Olika typer av mekaniska omkopplare

Omkopplarna nedan är mekaniskt manövrerade och aktiverade, och de förekommer ofta, men inte uteslutande, i mindre, bärbara eller inbäddade system.

• DIP-omkopplare: DIP-omkopplare finns för hål- eller ytmontering och är oftast en uppsättning av enpoliga envägsomkopplare. De passar bra på kopplingsdäck och i färdiga produkter, vilket möjliggör halvpermanenta val. De finns i stående-, skjut- och vridutförande och används för alternativa inställningar i enheter, särskilt i industriella tillämpningar och utvecklingssatser. DIP-omkopplare erbjuder fler alternativ än byglar och är användarvänliga, men inte för frekventa justeringar.

Figur 5: Exempel på en DIP-omkopplare. (Bildkälla: Same Sky)

• Vridbar DIP-omkopplare: Som en undergrupp till DIP-omkopplare har dessa en vridbar funktionsväljare för att välja diskreta alternativ (vanligtvis 4 till 16 positioner) och har antingen en platt eller upphöjd ratt. Precis som linjära DIP-omkopplare finns de för hål- eller ytmontering. Men, till skillnad från linjära DIP-omkopplare kan utmatning ske som BCD eller hex. De är kompakta och användarvänliga, tillhandahåller en enda utgång men är inte avsedda för kontinuerlig användning.

Figur 6: Exempel på en vridbar DIP-omkopplare. (Bildkälla: Same Sky)

• Skjutomkopplare: Skjutomkopplare, som ofta kallas strömbrytare, manövreras genom att förflytta ett ställdon. De är vanligtvis enpoliga envägsomkopplare och klarar av frekvent användning. Vissa har flera poler eller lägen, vilket kan göra det svårt att placera dem exakt. Även om de har högre kapacitet än DIP-omkopplare är de strömsnåla och är ofta yt- eller hålmonterade på kretskort. Ibland fungerar de som mer lättåtkomliga DIP-omkopplare i hemelektronik, även om det kan vara svårt att balansera användarvänlighet med att undvika oavsiktlig aktivering.

Figur 7: Exempel på en skjutomkopplare. (Bildkälla: Same Sky)

• Taktila omkopplare: Taktila omkopplare är kända för sitt märkbara klick och är små, momentana knappar avsedda för signaler med låg spänning och ström. Den anspråkslösa elektroniska kapaciteten kompenseras av robusthet och långa livscykler i hundratusentals eller till och med tiotals miljoner exemplar. De är vanligtvis enpoliga, men kan också ha flera utgångar och höga IP-klassificeringar. Den utbredda användningen i hemelektronik, i t.ex. spelkontroller, fjärrkontroller, garageportar och olika industriella tillämpningar, understryker deras popularitet tack vare deras lilla storlek och hållbarhet.

Figur 8: Exempel på en taktil omkopplare. (Bildkälla: Same Sky)

• Vippomkopplare: Vippomkopplare utgår från centrum för att växla mellan två alternativ, vanligtvis inte momentana. De används ofta som omkopplare i högspänningskretsar och vissa har lysdiods- eller glödlampsbelysning som visar omkopplarens status. De kan vara IP-klassificerade för tuffa miljöer. Deras enkla gränssnitt och aktivering gör dem populära i hemelektronik, trots en något högre kostnad, på grund av storlek och funktioner. I industriella miljöer kompletterar de lägesomkopplare och kan ha skydd för att förhindra oavsiktlig aktivering.

Bild 9: Exempel på vippomkopplare. (Bildkälla: Same Sky)

• Tryckknappsomkopplare: Tryckknappsomkopplare, som ofta kallas för knappar eller tryckknappar, har enkel in-och-ut-aktivering. De kan vara momentana, finns i olika former och lysdioder är ofta integrerade för belysning eller indikering av omkopplarens läge. De hanterar en mängd olika spännings- och strömstyrkor och monteras vanligtvis på kretskort eller i paneler. Deras användarvänlighet lämpar sig för offentliga utrymmen med frekventa användare. Tryckknappar kan göras robusta, bland annat i vandalsäkra serier och med höga IP-klassificeringar, vilket är idealiskt för tuffa miljöer som t.ex. hissar eller tunnelbanor. Deras storlek, lysdiodsalternativ och material kan dock leda till högre kostnader jämfört med enklare, mindre modeller av tryckknappar.

Figur 10: Exempel på tryckknappsomkopplare. (Bildkälla: Same Sky)

• Lägesomkopplare: Lägesomkopplare är kända för sin förlängda spak, vilket gör dem lämpliga för användning med handskar eller situationer med begränsad finmotorisk styrning. Den framträdande spaken ger tydlig visuell feedback, vilket eliminerar behovet av extra lysdioder, och deras stora rörelser säkerställer uppenbar växling. De finns med olika poler och lägen, men de är sällan konfigurerade som momentana omkopplare. Lägesomkopplare är uppskattade för sin enkla aktivering, snabba återkoppling och säkerhetsintegrering, vilket gör dem väl lämpade för industriella eller vetenskapliga tillämpningar. På grund av deras uppdragskritiska användning i flygplan, kontrollinstrument och medicinsk utrustning tenderar de att vara dyrare.

Figur 11: Exempel på en lägesomkopplare. (Bildkälla: Same Sky)

Sammanfattning

Omkopplare är grundläggande komponenter som spelar en avgörande roll i elektronik och elektriska system. Artikeln tillhandahåller en omfattande översikt över de viktigaste aspekterna kring omkopplare, inklusive deras typ, funktion, tillämpning och överväganden. Oavsett om man konstruerar en elektronisk konsumentprodukt eller arbetar med ett komplicerat industriprojekt kan valet av rätt omkopplare ha stor betydelse för systemets funktionalitet och tillförlitlighet. Same Sky tillhandahåller en rad olika omkopplarlösningar som står redo att uppfylla en mängd olika omkopplingsbehov.