Tutorial de interruptores

Os interruptores ou chaves interruptoras são uma parte integrante da eletrônica. Quase todo dispositivo eletrônico tem um interruptor, se não vários interruptores. Isto porque quando os dispositivos estão sendo usados, normalmente há vários modos de operação. Os modos óbvios seriam ligados ou desligados, mas muitas vezes há configurações que podem ser ajustadas. Os vidros dos carros são controlados por interruptores momentâneos que podem levantar e baixar os vidros. As estações de jogos usam interruptores para controlar o jogo. A lista de aplicações dos interruptores é interminável na indústria eletrônica. Existem hoje vários tipos diferentes de interruptores no mercado e várias considerações que são geralmente tomadas quando se escolhe uma chave interruptora. Algumas das perguntas que precisam ser feitas são quantos polos e cursos são necessários, o interruptor precisa ser mantido ou é momentâneo, e quais são as considerações elétricas, tais como os dimensionamentos máximos de corrente e tensão? Esperamos que este artigo possa lançar alguma luz no mundo dos interruptores.

Antes de entrar em cada tipo de interruptor, seria bom passar por cima dos diferentes circuitos que se encontram em cada interruptor. Há dois termos que são usados para descrever o circuito em um interruptor. Estes são "polo" e "curso". Um "polo" se refere a quantos circuitos há em um interruptor. Um interruptor de polo único terá apenas um circuito ativo por vez. O termo "curso" se refere a quantas posições o polo pode ser conectado. A figura um mostra um diagrama de circuito de um interruptor de polo único (SPST).

Figura 1: Diagrama do circuito SPST.

Um interruptor SPST tem um polo; há apenas um circuito possível usando esta configuração. Ou é aberto ou fechado. Um interruptor de polo único poderia ser normalmente aberto ou normalmente fechado. Quando fechado, a corrente pode fluir através do interruptor; quando aberto, não pode. Imagine agora que há apenas um caminho para a corrente fluir em um determinado momento, mas há duas opções para onde a corrente pode fluir. Este seria um polo duplo e curso único (SPDT). A figura 2 ilustra este ponto.

Figura 2: Diagrama do circuito SPDT.

A utilização deste tipo de lógica facilita a compreensão dos interruptores. Outro exemplo semelhante a um SPDT é um polo duplo e curso duplo (DPDT). Se parece exatamente como a Figura 2, mas com dois polos em vez de um. A figura 3 ilustra o circuito para um DPDT.

Figura 3: Diagrama do circuito DPDT.

Uma coisa a ter em mente com os interruptores é que vários circuitos diferentes podem funcionar para atingir um fim semelhante. Um exemplo seria um simples interruptor de ligar/desligar sem função momentânea. Isto pode ser conseguido com um SPST ou um SPDT. Tomemos por exemplo o GRS-2011-2019 da CW Industries. Este dispositivo tem dois terminais no fundo, o que é sinônimo de um interruptor SPST. Quando o interruptor estiver em uma posição, estes serão conectados e a corrente pode fluir. Quando o interruptor estiver na outra posição, ele não será conectado e a corrente não poderá fluir. Se alguém tomasse um SPDT como o GRS-2013A-2000 em vez de um SPST, poderia conseguir a mesma coisa. Isso envolveria simplesmente o uso de apenas dois dos terminais e deixar um aberto. Isto é útil para situações em que um interruptor SPST normalmente aberto ou normalmente fechado for necessário. Um SPDT pode ser uma dessas opções. Olhando para um SPDT, também é importante entender a função do interruptor. Um SPDT pode ter duas ou três posições para o atuador. Para explicar isto, pense em um interruptor que seja ON-OFF-ON. Isto é comum para aplicações motorizadas onde o motor pode girar em um sentido, depois parar, depois girar no outro sentido. Um SPDT pode fazer isso, mas nem todos os interruptores SPDT podem fazer isso. O GRS-2013A-2000 é um interruptor ON-OFF-ON, portanto, seria possível que esse interruptor realizasse essa ação. O D508J12S205QA da C&K não seria capaz de alcançar isto; ele é um interruptor ON-MOM. Isso significa que o interruptor normalmente estará na posição ON e pode momentaneamente desligar-se. Uma aplicação em que isto poderia ser usado seriam as esteiras transportadoras na linha do caixa da mercearia. Simplesmente ligando os fios ao contrário, o motor não funcionará sobre a esteira até que o atuador esteja pressionado. Quando o atuador estiver pressionado, haverá contato momentâneo dentro do interruptor e a corrente será capaz de fluir. Uma vez liberado o atuador, o interruptor volta à sua posição normal de desligado e a corrente pára de fluir.

As características elétricas também são importantes para ter em mente ao escolher um interruptor. Se um circuito exige 50 amperes, um interruptor dimensionado para 10 amperes não funcionará. É sempre importante observar as tensões e correntes nominais em um interruptor. Há até mesmo uma distinção entre tensões e correntes CA versus correntes CC. Muitas vezes os fabricantes mostram os dimensionamentos para ambos, mas nem sempre. Ao avaliar a tensão de comutação, veja o que o fabricante está chamando para o tipo de tensão. Se um dimensionamento diz 125 V_CA, então está chamando de tensão CA. Se o dimensionamento diz 125 V, então está chamando de tensão CC. Este vernáculo será chamado na ficha técnica ou no desenho do produto. No site da DigiKey, uma outra distinção pode ser feita. O produto PS1024ARED da E-Switch tem um dimensionamento CA; entretanto, a DigiKey diz 125 V online. Isto porque a coluna em que está o dimensionamento é para "Tensão nominal - CA". A Figura 4 mostra isto do site da DigiKey e a Figura 5 mostra o dimensionamento no PS1024ARED.

Figura 4: Atributos do produto para PS1024ARED.

Figura 5: Desenho para especificações elétricas do PS1024A.

Algo que não é evidente no site da DigiKey, mas óbvio nas notas de desenho é que há um par de dimensionamentos diferentes para este interruptor. O primeiro dimensionamento é 3 A a 125 V_CA e o segundo dimensionamento é 1,5 A a 250 V_CA. Como é possível ter dois dimensionamentos para o mesmo interruptor? Isto porque a potência é uma função da tensão e da corrente. Ambos os dimensionamentos têm a mesma potência nominal. Se alguém associasse os seguintes números à potência nominal, eles obteriam os mesmos números.

Muitas vezes um interruptor terá apenas um dimensionamento CA e nenhum dimensionamento CC. Há uma regra básica que pode ser usada para determinar o dimensionamento CC para um interruptor CA. Qualquer que seja a maior corrente nominal para o interruptor, a corrente permanecerá a mesma e a tensão CC será definida para 30 volts. O PS1024A tem dois dimensionamentos, 3 A a 125 V_CA e 1,5 A a 250 V_CA. Esta regra significa que o interruptor poderia ter um dimensionamento de 3 A e usar isso para até 30 V_CC. Esta é uma regra geral extraída da Carling Technologies chamada "Regra empírica da corrente contínua". Muitas vezes os interruptores também terão um dimensionamento de potência em cavalo-vapor. Isto se deve ao fato de que as cargas indutivas podem ter correntes de partida extremamente altas. O dimensionamento HP é concebido aos interruptores que são usados com motores CA. Isso não significa que um desses interruptores não possa ser usado em outros dispositivos, mas é por isso que esse dimensionamento é colocado no interruptor.

Interruptor pushbutton

Um tipo de interruptor é o de pushbutton ou botão de pressão. Estes interruptores têm um atuador. O atuador também poderia ser referido como um botão que utiliza um vernáculo menos formal. Estes são frequentemente montados em painéis ou colocados em uma placa. A figura 6 ilustra o KB16CKW01-5F-JF da NKK Switches.

Figura 6: KB16CKW01-5F-JF.

Um ponto interessante sobre o KB16CKW01-5F-JF é a quantidade de terminais que ele possui. Este é um SPDT que deveria ter apenas 3 terminais, mas este dispositivo tem 5 terminais. Isto porque este dispositivo tem iluminação. Muitos interruptores possuem iluminação e têm uma tensão nominal de iluminação. Este interruptor em particular tem uma tensão de iluminação de 2,1 V_CC. A documentação indica que o terminal número 2 é o terminal comum e o LED será desligado nos terminais L (+) e L (-), como mostrado na Figura 7.

Figura 7: Documentação para KB16CKW01-5F-JF.

Muitas vezes os interruptores terão acessórios listados na parte inferior da página de seus produtos. Olhando na parte inferior da página do produto para o KB16CKW01-5F-JF no site da DigiKey é possível ver quatro acessórios que combinam com o interruptor.

Estes acessórios podem ser encontrados na parte inferior da página KB16CKW01-5F-JF no site da DigiKey, ou através da documentação na ficha técnica da série. Muitas vezes os fabricantes criam uma série inteira de interruptores. Este é um grupo de produtos proprietários que vão juntos. O KB16CKW01-5F-JF foi projetado especificamente para aceitar certos acessórios que são chamados na documentação. O acessório de guarda protetora pode ser encontrado na página D34 da ficha técnica da série. A figura 8 demonstra a guarda protetora com seu número de peça ordenável do AT494.

Figura 8: Documentação para KB16CKW01-5F-JF.

Muitas vezes, os fabricantes de interruptores colocam uma série inteira em uma ficha técnica porque algumas das mudanças de uma parte para outra podem ser triviais. Muitas vezes, os diferentes números de peça serão apenas uma mudança de cor. O acessório do LED AT635F é um bom exemplo disso. Na documentação haverá apenas o número AT635 listado como uma opção. O produto mencionado anteriormente tem um sufixo de "F". A figura 9 mostra o esquema de pedido que chama o sufixo "F" como sendo um LED verde. No lado esquerdo do esquema de pedido está o número básico do LED AT635. Na coluna do meio há opções para vermelho, âmbar e verde. A caixa rotulada como "verde" diz 5F abaixo dela. Isto significa que para a AT635F, o LED será verde.

Figura 9: Documentação para KB16CKW01-5F-JF.

Interruptor tátil

Os interruptores táteis são similares aos botões de pressão, mas normalmente são muito menores. Imagine um roteador doméstico pessoal que tenha um interruptor de reset. O interruptor é normalmente rebaixado no plástico para que não possa ser empurrado acidentalmente. Normalmente é necessário o uso de um clipe de papel ou palito de dente para pressionar esse tipo de interruptor. Estes tipos de interruptores serão tipicamente interruptores táteis, interruptores momentâneos e normalmente não serão usados como um interruptor de ligar ou desligar. Muitas vezes estes serão usados para reiniciar algo, contar algo, parar algo, ou qualquer função dessa natureza. Estes terão tipicamente tensões e correntes nominais muito baixas. O MJTP1230 da APEM Inc. é um exemplo de interruptor tátil. Este interruptor é um SPST-NA, ou polo único e curso único em circuito normalmente aberto. Isto significa que a corrente não pode fluir através deste interruptor até que o atuador tenha sido pressionado. Assim que o atuador for liberado, o interruptor abrirá automaticamente novamente e a corrente não poderá fluir. A figura 10 é uma ilustração do MJTP1230.

Figura 10: MJTP1230.

Há quatro pernas neste interruptor. Este será muitas vezes o caso dos interruptores táteis. Não é porque existem dois circuitos diferentes que podem ser conectados, mas sim porque a adição de duas pernas adicionais acrescenta suporte físico ao interruptor quando este é soldado em uma placa. As duas pernas de um lado estarão permanentemente conectadas, independentemente da posição do interruptor. O outro lado do interruptor seguirá a mesma regra onde as pernas estão sempre conectadas. Quando o atuador é pressionado, então há continuidade entre as duas metades do interruptor. No que diz respeito ao circuito, este interruptor seguirá o diagrama de circuito da Figura 1.

Interruptor DIP

Os interruptores DIP são chaves que estão em um "invólucro duplo em linha". Estes são projetados para poder caber em uma matriz de contatos. Estes interruptores são um conglomerado de pequenos interruptores SPST. Um exemplo de onde estes são usados é no controle DMX para iluminação de palco. Cada luminária terá um endereço que pode ser atribuído a ela. Nas modernas luzes controladas por DMX, isto pode ser programado por um microcontrolador e simplesmente movendo um número para cima ou para baixo em um display. Nas luzes mais antigas controladas por DMX, havia um interruptor que era trocado para dar o endereço binário adequado para aquela luminária. Estes tipos de interruptores são frequentemente montados em superfície ou através de furos passantes, mas também há opções de montagem em painel. A figura 11 ilustra o 208-4, um interruptor DIP da CTS Electrocomponents.

Figura 11: 208-4.

Interruptor de balancim

Os interruptores de balancim também são muito populares no mercado. Este tipo de interruptor tem um atuador côncavo que balança para frente e para trás a partir de cada posição. Muitos interruptores ON/OFF são balancins para produtos eletrônicos de consumo. Estes serão normalmente montados em painéis, mas também podem ser montados diretamente em uma placa. A figura 12 mostra a CRE22F2BBRLE da ZF Electronics.

Figura 12: CRE22F2BBRLE.

Esta chave é um interruptor SPST, portanto ele só ligará ou desligará. Há um terminal central neste interruptor porque ele é iluminado. Os interruptores SPST com iluminação geralmente terão três terminais. Os terminais externos serão responsáveis por permitir que a corrente flua da fonte para o terra. O terminal do meio é utilizado para a luz. Quando o interruptor estiver aberto, a corrente não pode fluir nem passar pela luz. Quando o interruptor estiver fechado, a corrente fluirá da fonte, através da luz, para o terra.

Outra coisa a ser notada com um interruptor de balancim é o tamanho físico real do terminal. Estes são muitas vezes montados em painéis, de modo que muitas vezes são terminados com fios discretos usando terminais em estilo de conectores de engate. O CRE22F2BBRLE possui terminais de 6,35 mm de largura. Isto é indicado no site da DigiKey abaixo dos atributos do produto como "estilo da terminação". Os tamanhos comuns para terminais são 2,79 mm, 4,75 mm e 6,35 mm. Conectores de engate para estes podem ser encontrados na página "Terminais - Conectores de engate e desengate rápido" no site da DigiKey.

Chave fim de curso de ação rápida

Muitas vezes, na fabricação, há a necessidade de um interruptor para contar as coisas. Imagine uma linha de produção que tem que contar quantos produtos passam por ela em um determinado ponto. O produto pode pesar uma certa quantidade e ser capaz de acionar um interruptor. Esta aplicação poderia exigir um interruptor que só precisava se mover um pouco para contar alguma coisa. O D2VW-5L2-1HS da Omron é um exemplo de chave fim de curso de ação rápida que poderia ser usada para realizar algo como isto. A Figura 13 mostra como o D2V2-5L2-1HS tem um braço estendido que poderia ser usado para tal processo.

Figura 13: D2VW-5L2-1HS.

Há chaves fim de curso de ação rápida que mantêm seu circuito como um interruptor ON/OFF; a maioria delas são momentâneas. É muito comum encontrar chaves fim de curso de ação rápida SPST-NA ou SPST-NF. Um belo truque que havia sido mencionado um pouco antes é o uso de um circuito SPDT no lugar do SPST normalmente aberto ou normalmente fechado. Este é um bom truque, pois se a aplicação exigir normalmente aberto ou normalmente fechado, o interruptor será capaz de executar a tarefa.

O acessório mais comum para uma chave fim de curso de ação rápida seria o braço atuador. Muitas vezes haverá roletes sobre elas, às vezes apenas uma barra plana, há vários tipos diferentes de configurações. A figura 14 ilustra alguns dos estilos de atuadores para a série D2VW.

Figura 14: Estilos de atuadores.

Chave alavanca

As chaves alavancas são outro estilo popular de interruptor. Estas são frequentemente montadas em painéis como os interruptores de balancim. Podem ser usadas para funções momentâneas, mas geralmente são usadas para funções mantidas. Normalmente têm um atuador que parece um pequeno taco de beisebol e uma bucha roscada para fins de montagem em painel. A figura 15 mostra o 200MSP3T1B1M2QEH da E-Switch.

Figura 15: 200MSP3T1B1M2QEH.

Acessórios comuns para chaves alavancas são arruelas de travamento e porcas sextavadas para montagem. Podem ser encontradas normalmente na parte inferior da página do produto no site da DigiKey na área "Produto Associado". O 200MSP3T1B1B1M2QEH tem ambos listados em sua página de produto, como mostrado na Figura 16.

Figura 16: Arruela de travamento e porca sextavada associadas.

Outros acessórios comuns para interruptores táteis são tampas e luvas de segurança. As figuras 17 e 18 ilustram estes acessórios, respectivamente. A tampa de segurança é um acessório para o GTS447A101HR da CW Industries e a luva é um acessório para o M2012SS1W01 da NKK Switches.

Figura 17: Tampa de segurança para GTS447A101HR.

Figura 18: Luva para M2012SS1W01.

Interruptor giratório

Muitas vezes há a necessidade de um interruptor que pode selecionar entre vários modos de operação. Essas aplicações podem, às vezes, exigir um interruptor giratório. Estes terão de um a vários polos, mas muitas vezes podem ter bastante cursos. O C7D0124N-C da Electroswitch é um exemplo de interruptor giratório. Este é um interruptor SP24T. Isto significa que há 24 opções diferentes para a corrente fluir, mas a corrente fluirá apenas uma de cada vez. Os acessórios comuns para interruptores giratórios são botões, placas seletoras, arruelas de travamento e porcas sextavadas. Como os produtos anteriores, estes acessórios geralmente podem ser encontrados na guia "Produto Associado" no site da DigiKey. A figura 19 ilustra o C7D0124N-C.

Figura 19: C7D0124N-C.

Outra distinção que pode ser feita para um interruptor giratório é se ele é do tipo MBB "Make-Before-Break" ou BBM "Break-Before-Make". Outro tipo de vernáculo que pode ser usado para descrever isto é "curto-circuitar" ou "não curto-circuitar". O termo "curto-circuitar" se refere a "Fechar antes de abrir" ou MBB. Isto significa que quando o interruptor se move de uma posição para outra, nunca há um circuito aberto. O interruptor terá temporariamente dois circuitos ativos até que ele se mova completamente para sua posição desejada. O 212T0111S332RA da CTS Electrocomponents é um exemplo de interruptor giratório MBB. O oposto disto é "não curto-circuitar" ou "Abrir antes de fechar", BBM. Isto significa que o primeiro circuito será interrompido inteiramente antes que o interruptor esteja em posição para seu novo circuito. O KC52A30.001NPS da E-Switch é um exemplo de um interruptor giratório BBM.

Interruptor de chave

Os interruptores de chave são uma forma muito comum de interruptor. A ignição de um carro é um exemplo de um interruptor OFF-ON-MOM. Quando a chave é inserida na ignição de um carro, o interruptor está na posição ON, mas não fará nada até que se dê partida no veículo. A posição MOM é o que dá partida ao veículo, momento em que a chave é devolvida à posição ON. Para desligar o veículo, é necessário girar a chave para a posição OFF. Um exemplo de um interruptor de chave é o 84829-07 da Honeywell Sensing and Productivity Solutions representado na Figura 20.

Figura 20: 84829-07.

Conclusão

Existem hoje muitos tipos diferentes de interruptores no mercado. Todos eles trabalham para alcançar o mesmo fim, conectando circuitos. Há funções mantidas e momentâneas dos interruptores. Um interruptor com uma função mantida sustentará sua posição até que seja mudado manualmente. Por outro lado, um interruptor com uma função momentânea retornará automaticamente ao seu estado padrão. A aplicação restringirá o tipo de interruptor que é necessário. O circuito de comutação, junto com parâmetros físicos como a máxima corrente e tensão permitidas, serão alguns dos maiores fatores determinantes na escolha de um interruptor. O estilo do interruptor pode ser intercambiável; um circuito eletrônico funcionará tão bem com uma chave alavanca quanto com um interruptor de balancim. O estilo do interruptor será em grande parte determinado pela preferência pessoal do engenheiro, e o ambiente em que o interruptor será colocado.