O que você precisa saber sobre interruptores

Os interruptores ou chaves são parte integrante de nossas vidas diárias, oferecendo variedade e onipresença. Eles vêm em inúmeras formas, desde botões minúsculos até controles enormes, e abrangem um espectro de funções. Essa diversidade, influenciada por fatores como operação mecânica ou elétrica e controle manual ou eletrônico, muitas vezes pode se resumir a preferências pessoais em termos de estética e interfaces de usuário.

Embora os comutadores eletrônicos, baseados em tecnologias como BJTs, MOSFETs, IGBTs e outros designs de semicondutores, estejam atraindo cada vez mais atenção devido à redução dos custos e à expansão dos recursos, os comutadores operados mecanicamente ainda são a solução de comutação preferida. Este artigo se aprofundará nos conceitos básicos dos interruptores, com foco especial nos modelos operados e acionados fisicamente, para entender como eles unem os domínios da forma e da função.

Noções básicas de interruptores

O ponto de partida para a seleção de qualquer interruptor requer o conhecimento dos conceitos de polos e cursos. Em termos simples, os polos indicam o número de circuitos que um único interruptor pode controlar, enquanto os cursos indicam quantos contatos o interruptor pode selecionar. Essa noção é compreendida de forma mais eficaz por meio de representações visuais diretas.

Figura 1: Diagrama do interruptor SPST. (Fonte da imagem: Same Sky)

No caso de um interruptor que apresenta apenas um único polo e um único curso, apropriadamente chamado de SPST, ele oferece controle sobre um único circuito, com o interruptor sendo capaz de simplesmente abrir e fechar um único contato. Agora, vamos comparar isso com uma chave interruptora que possui um único polo, mas uma configuração de curso duplo, conhecida como SPDT.

Figura 2: Diagrama do interruptor SPDT. (Fonte da imagem: Same Sky)

No interruptor SPDT, há um único circuito sob controle, mas o interruptor pode fazer a transição entre dois contatos distintos. No domínio do SPDT, o interruptor não se limita ao mero ato de abrir e fechar um circuito, mas sim ao redirecionamento do próprio circuito.

Figura 3: Diagrama do interruptor DPDT. (Fonte da imagem: Same Sky)

Quando se trata de um interruptor de polo duplo e curso duplo (DPDT), um único interruptor assume o controle de dois circuitos, e cada interruptor dentro dele navega entre dois contatos. Embora SPST, SPDT, DPST e DPDT representem as configurações de chave mais predominantes, não há nenhuma restrição teórica quanto ao número de polos e de cursos que uma chave pode ter. Quando houver mais de dois polos ou cursos, os rótulos numéricos substituem o "S" ou o "D". Por exemplo, um interruptor que oferece quatro polos e cinco cursos de acionamento pode ser rotulado como um interruptor 4P5T pelo fabricante. Da mesma forma, um polo duplo com seis cursos pode ser representado como DP6T.

Considerações sobre a seleção de interruptores

Além dos polos e dos cursos, há várias outras especificações de interruptores a serem consideradas durante o processo de seleção. A lista abaixo inclui alguns dos recursos mais comuns, mas não é de forma alguma exaustiva.

• Tamanho: Conforme mencionado anteriormente, os interruptores existem em vários formatos e tamanhos. Desde interruptores menores que um grão de arroz até aqueles que são grandes demais para serem movidos com a mão, o tamanho geralmente depende da aplicação pretendida. As configurações industriais geralmente implementam interruptores maiores quando há o uso de luvas ou quando o movimento fino é difícil, enquanto os dispositivos compactos e incorporados geralmente buscam o menor interruptor possível.
• Estado padrão: A maioria dos interruptores não tem um estado predefinido, mas há interruptores momentâneos que geralmente exibem uma condição predefinida, normalmente aberta (NA) ou normalmente fechada (NF).
• Posições: Esse parâmetro determina a quantidade de interruptores incorporados em uma única unidade. Pode haver casos em que esse conceito seja erroneamente trocado por "cursos", mas é fundamental reconhecer que as posições significam interruptores discretos dentro da mesma unidade, cada um deles capaz de atuar de forma independente.
• Montagem: Como qualquer componente eletrônico, os interruptores oferecem uma variedade de configurações de montagem. Os estilos de montagem em superfície e passantes geralmente estão associados a interruptores menores em PCIs, enquanto os interruptores de montagem em painel e em trilho DIN tendem a ser maiores. Uma consideração fundamental nas configurações de montagem em superfície e de furo passante é o parâmetro conhecido como "passo", que significa a distância de separação dos terminais condutores. No contexto de interruptores de furo passante, o passo é particularmente importante, pois o passo adequado permite o uso em matrizes de contato.

Figura 4: Uso do interruptor de furo passante em uma matriz de contato. (Fonte da imagem: Same Sky)

• Atuação: Além de distinguir entre acionamento manual e eletrônico, os interruptores oferecem vários métodos de acionamento. Isso pode incluir a atuação manual ou a utilização de pequenas chaves de fenda ou ferramentas. No entanto, a opção mais comum é escolher entre um nível de atuador elevado ou plano.
• Corrente e tensão nominais: Os interruptores apresentam um amplo espectro de tensão e corrente nominais, desde alguns volts e amperes até centenas ou até milhares. É imperativo sempre verificar se um interruptor pode acomodar as correntes e tensões nominais esperadas para a aplicação pretendida.
• Fatores ambientais: Normalmente, isso se refere à proteção de entrada ou às classificações de IP usadas para indicar o nível de proteção dos interruptores contra poeira e líquidos. Entretanto, alguns interruptores podem ter maior sensibilidade à vibração ou recursos à prova de vandalismo.

Tipos de chaves mecânicas

Os tipos de chave fornecidos abaixo são operados e acionados mecanicamente e são comumente encontrados, embora não exclusivamente, em sistemas menores, portáteis ou incorporados.

• Chaves DIP: Disponíveis em invólucros com furo passante ou montagem em superfície, as chaves DIP são mais comumente um conjunto de interruptores SPST. Se encaixam bem em matrizes de contato e em produtos acabados, permitindo seleções semipermanentes. São fornecidas nas formas de piano, deslizante e giratória, usadas para configurações de opções em dispositivos, especialmente em aplicações industriais e kits de desenvolvimento. As chaves DIP oferecem mais opções do que os jumpers e são fáceis de usar, mas não para ajustes frequentes.

Figura 5: Exemplo de chave DIP. (Fonte da imagem: Same Sky)

• Chaves DIP giratórias: Como um subconjunto das chaves DIP, elas têm um formato rotativo para selecionar opções discretas (geralmente de 4 a 16 posições) e apresentam um botão plano ou elevado. Assim como as chaves DIP lineares, elas estão disponíveis nas opções de montagem em furo passante ou em superfície. No entanto, diferentemente das chaves DIP lineares, elas podem gerar códigos em BCD ou hexadecimal. Embora sejam compactas e fáceis de usar, oferecem uma única saída e não se destinam ao uso contínuo.

Figura 6: Exemplo de chave DIP giratória. (Fonte da imagem: Same Sky)

• Interruptores deslizantes: Comumente reconhecidos como chaves de energia, os interruptores deslizantes são operados pelo deslizamento de um atuador. Normalmente, são SPST e podem suportar o uso frequente. Embora possam ter vários polos ou cursos, isso pode tornar o posicionamento preciso um desafio. Apesar de ter maior capacidade do que as chaves DIP, permanecem com baixo consumo de energia e são comumente montados na superfície ou através de furos nas PCIs. Ocasionalmente, servem como chaves DIP mais acessíveis em produtos eletrônicos de consumo, embora seja um desafio equilibrar a facilidade de uso com a prevenção do acionamento acidental.

Figura 7: Exemplo de interruptor deslizante. (Fonte da imagem: Same Sky)

• Interruptores táteis: Conhecidos por seu clique perceptível, os interruptores táteis são botões pequenos e momentâneos projetados para sinais de baixa tensão e baixa corrente. Eles compensam seus modestos recursos eletrônicos com robustez, oferecendo longos ciclos de vida de centenas de milhares ou até dezenas de milhões. Embora normalmente sejam de polo único, também podem apresentar vários cursos e altas classificações de IP. Seu uso generalizado em produtos eletrônicos de consumo, como controladores de jogos, controles remotos, controles de garagem e várias aplicações industriais, ressalta sua popularidade devido ao seu tamanho pequeno e durabilidade.

Figura 8: Exemplo de interruptor tátil. (Fonte da imagem: Same Sky)

• Interruptores de balancim: Os interruptores de balancim se articulam no meio para alternar entre duas opções, geralmente não momentâneas. Eles geralmente servem como chaves de energia para circuitos de alta tensão, sendo que alguns possuem iluminação por LED ou lâmpada incandescente para indicar o status do interruptor. Podem ter classificação IP para ambientes severos. Sua interface e atuação simples os tornam populares em produtos eletrônicos de consumo, apesar de um custo um pouco mais alto devido ao tamanho e aos recursos. Em ambientes industriais, eles complementam as chaves de alavanca e podem ter tampas para evitar acionamento acidental.

Figura 9: Exemplo de interruptor de balancim. (Fonte da imagem: Same Sky)

• Interruptores pushbutton: Os interruptores pushbutton, geralmente chamados de botões de pressão ou pushbuttons, apresentam acionamento simples de entrada e saída. Eles podem ser momentâneos, têm vários formatos e os LEDs geralmente são integrados para iluminação ou indicação do estado do interruptor. Lidam com uma ampla gama de tensões e correntes, normalmente montados em PCIs ou painéis. Sua facilidade de uso é adequada para áreas públicas com usuários constantes. Os pushbuttons podem ser robustos, com séries antivandalismo e altas classificações de IP, ideais para ambientes severos, como elevadores ou metrôs. No entanto, o tamanho, as opções de LED e os materiais podem levar a custos mais altos em comparação com modelos mais simples e menores de interruptor pushbutton.

Figura 10: Exemplo de interruptor pushbutton. (Fonte da imagem: Same Sky)

• Chaves alavanca: As chaves alavanca são reconhecidas por sua alavanca estendida, o que as torna adequadas para o uso de luvas ou situações com controle limitado e fino do motor. A alavanca proeminente oferece resposta visual clara, eliminando a necessidade de LEDs adicionais, e seus movimentos amplos garantem uma alternância inconfundível. São fornecidas em vários polos e cursos, embora sejam menos comumente configuradas como interruptores momentâneos. As chaves alavanca são valorizadas por sua fácil atuação, resposta rápida e integração de segurança, o que as torna adequadas para aplicações industriais ou científicas. Devido ao seu uso de missão crítica em aeronaves, instrumentação de controle e equipamentos médicos, tendem a ser mais caras.

Figura 11: Exemplo da chave alavanca. (Fonte da imagem: Same Sky)

Resumo

Os interruptores são componentes fundamentais que desempenham um papel essencial nos sistemas eletrônicos e elétricos. Este artigo apresentou uma visão geral abrangente dos principais aspectos das chaves interruptoras, incluindo seus tipos, operação, aplicações e considerações. Seja projetando um dispositivo eletrônico de consumo ou trabalhando em um projeto industrial complexo, a escolha do interruptor adequado pode afetar muito a funcionalidade e a confiabilidade de um sistema. A Same Sky tem uma variedade de soluções de interruptores prontas para atender a uma variedade de necessidades de comutação.