开关基础知识

开关的基础知识①：开关的定义和分类开关是我们非常熟悉的电气部件之一，从制造车间到日常生活，都离不开开关的使用。

开关受外力作用以机械方式来切换电信号。

具体来说，开关的作用就是进行电路的“ON”“OFF”操作以及电路自身的切换等。

例如图1中所示，在电源和电灯之间连接一个开关，当受到按压开关的外力作用时，就会进行使电灯点亮的“ON”操作或使电灯熄灭的“OFF”操作。

图2是电路切换的应用例。

在开关未按下时，L1电路的灯亮起，按下开关后，电路发生切换，L2电路的灯亮起。

根据接触规格分类开关的接触规格可分为以下三类：(1)a触点、(2)b触点、(3)c触点。

触点规格是指操作状况和触点状态之间的关系，如“按下开关触点闭合”等。

需要根据用途选择触点规格合适的开关。

下面对各类触点规格的开关进行简单介绍。

(1)a触点a触点是指不操作开关时两个触点端子呈分离状态(OFF)，操作开关后则闭合(ON)的触点。

希望通过操作开关来启动负载的情况下可以使用a触点。

上面图1中介绍的电路就是使用a触点的电路，未操作开关(按下)时灯不亮，操作开关后灯点亮(图3)。

(2)b触点b触点的接触规格与a触点相反。

即，不操作开关时两个触点端子呈闭合状态(ON)，操作开关后则分离(OFF)。

在图4所示的电路中，操作开关(按下)时灯熄灭，不操作时灯亮起。

希望通过操作开关停止负载运行时可以使用b触点。

(3)c触点c触点是a触点和b触点组合成一个开关形成的。

c触点的端子有公共端子(COM：公共)、常闭端子(NC：常闭)、常开端子(NO：常开)(图5)。

未操作开关(按下)时，公共端子和常闭端子接触，操作开关(按下)时，公共端子和常开端子接触。

希望通过开关操作进行两个电路的切换时使用c触点。

开关的种类和分类根据应用对象及目的，开关可以分成很多种类。

根据应用对象来分类，有用于大型工业机械及设备的限位开关、按钮开关。

这类开关的特点是尺寸大、结构坚固(图6)。

此外，微动开关、小型检测开关、轻触开关、扭子开关、按键开关、船形开关、拨码开关、DIP开关则用于中小型业务设备及民用设备。

这类开关小巧、低矮的特点可以使设备更小、更薄、更轻。

开关的主要目的可分为检测/操作/设定三类(图7)。

其中，检测开关有检测物体位置的限位开关、微动开关、小型检测开关。

这些开关在各种用途中可以发挥高精度位置检测功能。

通过人的操作向机械、设备输入信号的操作用开关有按钮开关、扭子开关、按键开关、轻触开关、船形开关等。

这些开关具有提高人机界面的功能的作用。

设定用开关有拨码开关及DIP开关。

这些开关可以发挥即使关闭主电源设定值也不会消失的机械式开关的优点，适用于切换机械、设备的功能或动作模式。

开关的基础知识②：微动开关的基础微动开关如果按目的分类，微动开关属于检测用开关，但其中一部分也可以作为操作开关使用。

微动开关的外形尺寸有大有小，产品规格丰富，应用对象的范围也很广。

定义NECA(日本电气控制机器工业会)对微动开关的定义是“具备微小触点间隔和速动机构，以规定动作和规定力进行开闭动作的触点机构由外壳覆盖，在其外部备有驱动杆、外形小巧的开关”。

通俗地讲，就是采用与操作时的速度无关，在特定操作位置瞬间切换触点的机械式“速动机构”，以规定动作和规定力动作的小型开关。

特点＜外形小巧、可开关大电流＞一般情况下，开关电路时触点间会产生被称作“电弧”的火花。

电流越大越容易产生电弧，触点切换速度越慢电弧持续的时间越长，电弧是导致触点老化的主要原因。

由于瞬间切换触点的速动机构可以缩短电弧的持续时间，因此微动开关可以以小巧的外形开关大电流。

＜高精度＞微动开关无论重复多少次ON/OFF，都能以几乎相同的位置和相同的力切换触点。

这也是速度机构特有的性能。

＜耐久性＞通过缩短电弧的持续时间，可以减轻触点受到的损伤，提高开关的耐久性。

＜触感和声音＞操作开关时，速动机构的动作会产生独特的触感，可以通过触感及声音来确认开关的操作。

种类外形尺寸可分为普通型、小型、超小型、极超小型四种。

(图1)普通型用于大型工业机械及设备，小型、超小型、极超小型则用于业务设备及家电、小型薄型民用设备。

此外，根据耐环境性，还可分为采取了密封措施的密封型及普通型。

构造如图2所示，微动开关由①驱动杆部分、②速动机构部分、③触点部分、④端子部分、⑤外壳部分构成。

①驱动杆部分具有将从操作元件等外部受到的力及动作向内部机构传递的功能，可根据操作元件的形状及动作使用不同的驱动杆。

具有代表性的驱动杆形状有针状按钮型、铰接式摆杆型、铰接式滚珠摆杆型。

(图3)②速动机构部分速动机构由活动弹簧、活动片、公共端子、支承件等各部件构成。

③触点部是微动开关的心脏部分，通过触点进行电路的ON/OFF。

根据ON/OFF的电压及电流，采用不同的触点材料及形状。

材料主要以金、银及其合金以及金银电镀为主。

形状有交叉式触点、铆接触点等。

(图4)④端子部具有连接开关和外部电路的作用，根据连接方法，可以分为焊接端子、接线片端子、螺钉紧固端子、印刷基板用端子。

(图5)⑤外壳部分外壳部分的主要作用是保护触点及速动机构。

外壳材料大致分为可循环利用的热塑性树脂和不能循环利用的热固性树脂。

一般使用热塑性树脂，但要求有机械强度、耐热性及阻燃性的情况下，则使用热固性树脂外壳。

主要应用示例检测用开关用途•复印机门开关检测、打印机盖开关检测通过开关检测门及机盖是否正确关闭，确保机器正确、安全运行。

将形状自由的驱动杆与小尺寸微动开关组合在一起，通过调整动作力及行程来准确检测有限空间下门及机盖的动作。

•洗碗机及洗衣机盖、罩的开关检测通过开关检测盖、罩是否正确关闭，确保机器正确、安全运行。

开关除了安装空间及动作力、行程，还具有防水性能，即使在有水的环境下也能正确检测。

操作用开关的用途•鼠标操作输入用于人操作开关向PC输入的用途。

根据操作时的触感(动作力、行程)、声音及耐久性，选择使用微动开关。

开关的基础知识③：轻触开关的基础2014-05-04轻触开关轻触开关也叫触推开关、触摸开关，安装在形成电路的印刷线路板上。

为了操作机器而输入信号是最常用的使用方法。

轻触开关产品种类繁多，在用于家电产品、OA设备、业务设备、工业机械等时，可以从外形尺寸、安装方式、密封性能等方面来选购。

定义轻触开关的定义是“有触感的开关”。

是通过人按压操作部使电路通电的开关。

这种开关的动作为瞬时动作，按下操作部时ON，放开时OFF，因此可以通电的电压、电流较小，应用范围有所限制。

特点＜触感＞触感的最大特点是在操作时可以感觉到开关的反应，主要通过开关内部的反转弹簧产生。

反转弹簧的材料及形状决定了操作行程的大小及感觉的敏锐程度。

＜耐久性＞轻触开关的反转弹簧兼作活动触点使用，其材质及表面处理、形状均经过特别设计，可以使开关ON时与固定触点间产生的电阻值(接触电阻)稳定，获得10～1000万次的高耐久性。

＜印刷基板安装＞轻触开关的端子形状使之可以直接焊接在印刷基板上。

除了可以焊接在印刷基板上的普通端子，还有适合高密度封装的表面封装用端子。

包装不但提供单独包装，还提供将开关排列在条形包装盒中以便于自动封装的杆状包装、以及将开关按一定间隔固定在袋装包装胶带上的带状包装。

种类轻触开关首先可以分为标准型(无密封型)和密封型。

和微动开关一样，密封型轻触开关采取了防尘、防水措施，在环境恶劣的场所也能使用。

其次，端子形状可以分为两种，一种是可以将端子插入印刷基板上的孔中的基板开孔插入端子，另一种是可以焊接在基板表面的基板表面封装端子。

还有根据用途加工成特殊形状及规格的产品，比如从侧面进行操作的侧按型，操作行程较长的长行程型、外形只有米粒大小的超小型等等。

(图2)构造轻触开关的基本结构如图3所示，由(1)触点／端子、(2)基座、(3)反转弹簧、(4)顶块、(5)罩盖五个部件构成。

(1)触点／端子触点/端子是在基座底部一体成形的金属零件。

两个固定触点分别与突出到开关外侧的端子连接。

这些端子焊接在印刷基板上，将开关与印刷基板以电气或机械方式连接。

(2)基座基座为塑料材质，通过成形将固定触点及端子合为一体，作为组装其他部件的基底。

基座使用的塑料应能够耐焊接时的热。

(3)反转弹簧反转弹簧兼具活动触点的作用，在顶块受到的一定操作力的作用下发生反转，将两个固定触点以电气方式连接，从而使电路通电。

解除操作力后，弹簧恢复原状，开关变为OFF状态。

材质有金属和橡胶两种，前者的操作行程短，可以获得较强的触感。

后者操作行程长，触感不明显。

(4)顶块顶块是人进行操作(按压)的零件。

起着将受到的压力传递给反转弹簧的作用。

操作部分的形状主要有扁平型和凸型，可以根据情况进行选择。

(图４)顶块大部分为塑料成型品，希望加大行程时也使用橡胶材质。

(图5)(5)罩盖罩盖是保护内部机构的零件。

大多为金属制品，铆接固定在基座上。

有些罩盖采取了引出接地端子的防静电措施。

(图6)主要应用示例■业务设备、工业机械的运行条件设定及运行操作用于温控器、空调机、变频器的控制面板及测量仪器、医疗器械的操作部等，用来输入设定及进行启动、停止操作。

■家电产品、OA设备的动作设定及启动、停止操作用于打印机、复合机等的操作面板部，用来进行动作模式及条件的设定以及启动、停止操作。

用于使用水的洗碗机、洗衣机等时，使用具有防水性的密封型产品可以提高耐环境性能。

开关的基础知识④：DIP开关的基础2014-05-04定义DIP开关是直接封装到电路的印刷基板上，进行电子设备各种设定的小型开关。

由于其端子形状和排列与集成电路(IC)的DIP相同，因此被命名为DIP开关。

DIP开关有滑动操作部进行ON/OFF切换的滑动型和按压操作部进行切换的琴键型。

还有旋转操作部进行二进制及BCD代码设定的旋转型。

主要内置于通信设备等业务设备及工业机械中使用，拥有安装方式、极数、操作部形状、密封性能等各不相同的丰富的产品种类。

特点＜小型•薄型＞DIP开关相邻端子间的标准距离(间距)为2.54mm。

还有为缩小基板上的安装面积，将间距缩小到1.27mm 的半间距型。

高度方面，除了普通的3.5mm以外，伴随着电子部件的低矮化，还推出了高度为2.2mm及1.55mm的低矮型产品可供用户选择。

＜接触可靠性高＞还具有自清洁功能、降低了触点间电阻值(接触电阻)的产品，可以在进行ON/OFF切换时通过使触点间瞬间摩擦的动作清除触点表面的氧化膜及异物。

DIP开关一般不频繁操作，因此厂家会采取很多提高长时间放置时的接触可靠性的措施，如采用可在操作时对触点表面进行摩擦的特殊自清洁机构、采用提高触点间接触压力的构造、为触点镀金等等。

＜可自动封装＞DIP开关除了单独包装外，还提供杆状包装、带状包装，与基板上安装的其他电子零件一样，可以自动封装。