Тактовые переключатели: почему электрическая высота важнее электрического хода

При внедрении тактовых переключателей в электронные устройства одним из критически важных факторов, влияющих на производительность и надёжность, является различие между электрической высотой и электрическим ходом.

Упрощение интеграции электромеханических компонентов

Хотя благодаря доступности 3D-файлов размещение электронных компонентов на печатной плате стало относительно простым, интеграция электромеханических элементов, таких как переключатели, по-прежнему остаётся сложной задачей. Физическое крепление может быть несложным, но обеспечение корректной механической активации — особенно в интерфейсах "человек-машина" (HMI) — требует более тщательной инженерной проработки. Эта сложность возрастает, если переключатель активируется не напрямую пальцем пользователя, а через промежуточные механизмы, например, рычаги или тумблеры.

Необходимо учитывать полный набор допусков, чтобы обеспечить надёжную активацию во всех рабочих условиях, а также предотвратить повреждения из-за чрезмерного хода или перегрузки.

Производители, как правило, указывают два параметра, помогающие инженерам в процессе проектирования.

Определение электрического хода и электрической высоты

Электрический ход (Te)

Этот параметр описывает расстояние перемещения привода, необходимое для срабатывания электрического контакта (включённого состояния).

Электрическая высота (He)

Эта величина указывает высоту переключателя, измеренную от поверхности печатной платы до точки срабатывания электрического контакта. При этом предполагается, что выводы переключателя напрямую касаются платы, без учёта толщины припоя.

Традиционно проектировщики полагались на данные о электрическом ходе и механический анализ допусков, чтобы определить точку срабатывания переключателя. Однако такой метод приводит к накоплению допусков из разных источников, что часто приводит к вариациям порядка ±0,4 мм. В результате, чтобы гарантировать надёжную активацию, проектировщики вынуждены закладывать избыточный ход привода, что увеличивает риск превышения допустимого хода и ухудшает тактильную обратную связь — важнейший фактор для удовлетворённости пользователя.

Переход к электрической высоте как стандарту

Для упрощения интеграции и устранения неопределённостей, связанных с суммированием допусков, компания C&K (в настоящее время входит в состав Littelfuse) изменила подход к спецификации продуктов, не изменяя саму работу переключателя. Они перешли от указания точки срабатывания по ходу привода к определению её через высоту от поверхности печатной платы, на которой происходит электрическое замыкание.

Сравнение двух методов: числовой пример

В типичной ситуации:

• Высота изделия может составлять 3,5 мм с допуском ±0,2 мм.
• Электрический ход (Te) указывается как 0,5 мм ±0,2 мм.

При традиционном методе проектировщики рассчитывали бы эквивалентную электрическую высоту (He) как 3,0 мм ±0,4 мм с учётом накопленных допусков. В отличие от этого, новый подход напрямую указывает электрическую высоту (He) как 3,0 мм ±0,2 мм, устраняя необходимость учитывать допуски как по высоте изделия, так и по ходу.

Преимущества метода электрической высоты

Этот переход даёт очевидные преимущества. Обычно допуски по высоте изделия составляют ±0,2 мм, а допуски по электрическому ходу могут достигать ±0,2 мм или даже ±0,3 мм для переключателей с высокой силой нажатия. В предыдущем методе эти допуски складывались, увеличивая неопределённость в точном положении точки срабатывания.

Указание электрической высоты (He) позволяет избежать подобных накопленных отклонений. Стандартный допуск составляет ±0,2 мм, но C&K также предлагает версии с ещё более строгими допусками ±0,1 мм или ±0,08 мм по запросу.

Для версий с указанием электрической высоты рекомендуется использовать J-выводы, однако G-выводы не затрагиваются этим изменением. Аналогично, в этих спецификациях механический ход был заменён на механическую высоту. Важно отметить, что, хотя метод электрической высоты теперь является предпочтительным, номинальные значения электрического и механического хода по-прежнему включены в документацию продукта для справки.