Bryter-opplæring

Brytere er en vesentlig del av elektronikk. Nesten alle elektroniske enheter har en bryter, om ikke flere brytere. Dette er fordi det vanligvis er flere driftsmoduser når enheter er i bruk. Åpenbare moduser kan være på eller av, men ofte er det innstillinger som kan justeres. Bilvinduer styres av momentanbrytere som kan heve og senke vinduer. Spillstasjoner bruker brytere til å styre spillet. Listen over bruksområder for brytere er endeløs i elektronikkbransjen. Det finnes flere forskjellige brytertyper på markedet i dag, og det er flere hensyn som vanligvis må tas når en bryter skal velges. Noen av spørsmålene som må stilles, er: Hvor mange poler og veier (throws) trengs? Må bryteren holdes på plass eller være momentan? Hva er de elektriske hensynene som må tas, slik som maksimale strøm- og spenningsverdier? Forhåpentligvis kan denne artikkelen gi et innblikk i bryternes verden.

Før vi ser nærmere på hver brytertype, ser vi først på de forskjellige kretsene som finnes i hver bryter. Det er to begreper som brukes til å beskrive kretsen i en bryter. Disse er «pol» og «vei». En «pol» refererer til hvor mange kretser det er i en bryter. En enpolet bryter vil bare ha én aktiv krets om gangen. Begrepet «vei» refererer til hvor mange posisjoner polen kan kobles til. Figur 1 viser et kretsskjema for en enpolet enveisbryter (SPST – single pole single throw switch).

Figur 1: SPST-kretsskjema.

En SPST-bryter vil ha én pol. Bare én krets er mulig med denne konfigurasjonen. Den er enten åpen eller lukket. En enpolet bryter kan være enten normalt åpen eller normalt lukket. Når den er lukket, kan strømmen flyte gjennom bryteren. Når den er åpen, kan ikke strømmen flyte gjennom bryteren. Forestill deg nå at det bare er én vei for strømmen å flyte på et gitt tidspunkt, men det er to alternativer for hvor strømmen kan flyte. Dette kalles en topolet enveisbryter (SPDT – single pole double throw). Figur 2 illustrerer dette punktet.

Figur 2: SPDT-kretsskjema.

Bruken av denne logikktypen gjør det enkelt å forstå brytere. Et annet eksempel som ligner på en SPDT, er en topolet toveisbryter (DPDT – double pole double throw). Det vil se akkurat ut som figur 2, men med to poler i stedet for en. Figur 3 illustrerer kretsen for en DPDT.

Figur 3: DPDT-kretsskjema.

En ting å huske på med brytere, er at flere forskjellige kretser kan jobbe for å oppnå et lignende sluttresultat. Et eksempel på dette er en enkel på/av-bryter uten momentanfunksjonalitet. Dette kan oppnås med en SPST- eller SPDT-bryter. Se for eksempel på GRS-2011-2019 fra CW Industries. Denne enheten har to terminaler på bunnen, noe som er synonymt med en SPST-bryter. Når bryteren er i én posisjon, vil disse bli koblet til og strømmen kan flyte. Når bryteren er i den andre posisjonen, vil den ikke være tilkoblet, så strømmen kan ikke flyte. Hvis man bruker en SPDT, for eksempel GRS-2013A-2000 i stedet for en SPST, kan man oppnå samme resultat. Det vil ganske enkelt innebære å bruke kun to av terminalene og la én være åpen. Dette er praktisk i situasjoner der en normalt åpen eller normalt lukket SPST-bryter er nødvendig. En SPDT kan være begge disse alternativene. Hvis vi ser tilbake på en SPDT, er det også viktig å forstå funksjonen til bryteren. En SPDT kan ha enten to eller tre posisjoner for aktuatoren. For å forstå dette, forestill deg en bryter som er PÅ-AV-PÅ. Dette er vanlig for motorinstallasjoner der motoren kan bevege seg én vei, deretter stoppe, og så bevege seg den andre veien. En SPDT kan gjøre dette, men ikke alle SPDT-brytere kan gjøre dette. GRS-2013A-2000 er en PÅ-AV-PÅ-bryter, så det er mulig for denne bryteren å fullføre denne handlingen. D508J12S205QA fra C&K vil ikke være i stand til å oppnå dette. Det er en PÅ-MOM-bryter. Dette betyr at bryteren typisk vil være i PÅ-stillingen, og kan slås av momentant. En konstruksjon der dette kan brukes, er transportbåndene ved kassen i en dagligvarebutikk. Ved å ganske enkelt koble ledningene omvendt, vil ikke motoren drive transportbåndet før aktuatoren er nedtrykket. Når aktuatoren er nedtrykket, vil det være momentan kontakt inne i bryteren slik at strømmen er i stand til å flyte. Når aktuatoren er frigjort, beveger bryteren seg tilbake til sin normale AV-tilstand, og strømmen slutter å flyte.

Elektriske egenskaper er også viktig å ta hensyn til når man skal velge en bryter. Hvis en krets krever 50 ampere, vil ikke en bryter som er klassifisert til 10 ampere fungere. Det er alltid viktig å ta i betraktning spennings- og strømklassifiseringene til en bryter. Det er til og med et skille mellom spenning og strøm for AC (vekselstrøm) og DC (likestrøm). Produsenter vil ofte tilby klassifiseringer for begge disse, men ikke alltid. Når du evaluerer spenningen til en bryter, se på hva produsenten krever for spenningstypen. Hvis en klassifisering sier 125 V_AC, krever den AC-spenning. Hvis klassifiseringen sier 125 V, krever den DC-spenning. Dette fagspråket vil brukes i databladet eller på tegningen for produktet. På DigiKey-nettstedet kan enda en forskjell gjøres. Produktet PS1024ARED fra E-Switch har en AC-klassifisering, men DigiKey sier 125 V på nettet. Dette er fordi kolonnen som klassifiseringen befinner seg i, er for «Spenningsklassifisering – AC». Figur 4 viser dette fra DigiKey-nettstedet, og figur 5 viser klassifiseringen på PS1024ARED.

Figur 4: Produktegenskaper for PS1024ARED.

Figur 5: Tegning for PS1024A sine elektriske spesifikasjoner.

Noe som ikke er tydelig på DigiKey-nettstedet, men som er åpenbart på tegningsmerknadene, er at det er et par forskjellige klassifiseringer for denne bryteren. Den første klassifiseringen er 3 A ved 125 V_AC, og den andre klassifiseringen er 1,5 A ved 250 V_AC. Hvordan er det mulig å ha to klassifiseringer for samme bryter? Det er fordi effekt er en funksjon av spenning og strøm. Begge disse klassifiseringene har samme effektklassifisering. Hvis man benytter de følgende tallene for strømklassifiseringen, vil de samme tallene oppnås.

Ofte vil en bryter kun ha AC-klassifisering og ingen DC-klassifisering. Det finnes en tommelfingerregel som kan brukes til å fastsette DC-klassifiseringen for en AC-bryter. Uansett hva den høyeste strømklassifiseringen er for bryteren, vil strømmen forbli den samme, og likespenningen vil bli satt til 30 volt. PS1024A har to klassifiseringer, 3 A ved 125 V_AC og 1,5 A ved 250 V_AC. Denne regelen betyr at bryteren kan håndtere 3 A-klassifiseringen og bruke den for opptil 30 V_DC. Dette er en generell regel hentet fra Carling Technologies som kalles «tommelfingerregel for likestrøm». Ofte vil brytere også ha en klassifisering for hestekrefter. Dette skyldes at induktive laster kan ha ekstremt høye innkoblingsstrømstøt. HP-klassifiseringen vil utvikles for brytere som brukes med vekselstrømsmotorer. Dette betyr ikke at en av disse bryterne ikke kan brukes på andre enheter, men det er dette som er grunnen til at denne klassifiseringen er angitt for bryteren.

Trykknappbryter

Én brytertype er trykknappbryteren. Disse bryterne vil ha en aktuator. Aktuatoren kan også bli referert til som en knapp, hvis mindre formelt fagspråk brukes. Disse vil ofte være panelmonterte eller plassert på et kort. Figur 6 illustrerer KB16CKW01-5F-JF fra NKK Switches).

Figur 6: KB16CKW01-5F-JF.

En interessant egenskap for KB16CKW01-5F-JF, er hvor mange terminaler den har. Dette er en SPDT som bare skal ha 3 terminaler, men denne enheten har 5 terminaler. Dette er fordi denne enheten er opplyst. Mange brytere er belyst, så de vil ha en nominell belysningsspenning. Denne spesielle bryteren har en DC-belysningsspenning på 2,1 V_DC. Dokumentasjonen viser at terminal nummer 2 er fellesterminalen (common), og at lysdioden vil bli slått av fra terminal L (+) og L (–), som vist på figur 7.

Figur 7: Dokumentasjon for KB16CKW01-5F-JF.

Ofte vil brytere ha tilbehør som er oppført nederst på produktsiden. Når du ser nederst på produktsiden for KB16CKW01-5F-JF på DigiKey-nettstedet, vil du se fire tilbehør som er kompatible med bryteren.

Dette tilbehøret finner du nederst på KB16CKW01-5F-JF-siden på nettstedet til DigiKey, eller i dokumentasjonen for databladet til serien. Produsenter vil ofte lage en hel serie med brytere. Dette er en gruppe med proprietære produkter som passer sammen. KB16CKW01-5F-JF ble spesielt utviklet for å være kompatibel med visse tilbehør som er nevnt i dokumentasjonen. Det beskyttende vernet finnes på side D34 i databladet for serien. Figur 8 viser det beskyttende vernet og dets delenummer, AT494.

Figur 8: Dokumentasjon for KB16CKW01-5F-JF.

Ofte vil produsenter av brytere legge en hel serie på ett datablad, fordi noen av forskjellene fra én del til en annen kan være trivielle. Ofte vil de forskjellige delenumrene bare være en fargeendring. LED-tilbehøret AT635F er et godt eksempel på dette. I dokumentasjonen vil kun nummeret AT635 være oppført som et alternativ. Produktet som ble nevnt tidligere, har et «F»-suffiks. Figur 9 viser bestillingsskjemaet, som forteller at «F»-suffikset betyr en grønn lysdiode. På venstre side av bestillingsskjemaet finner vi basislysdiodenummeret til AT635. På den midterste kolonnen er det alternativer for rød, ravgul (gulbrun) og grønn. Boksen som er merket «Grønn» har teksten «5F» under seg. Dette betyr at lysdioden vil være grønn for AT635F.

Figur 9: Dokumentasjon for KB16CKW01-5F-JF.

Taktilbryter

Taktilbrytere ligner på trykknappbrytere, men de er vanligvis mye mindre. Forestill deg en personlig hjemmeruter som har en nullstillingsbryter. Bryteren er vanligvis innfelt i plasten slik at den ikke kan trykkes ved et uhell. Vanligvis er det nødvendig å bruke en binders eller tannpirker for å trykke denne brytertypen. Disse brytertypene vil typisk være taktilbrytere eller momentbrytere, og de vil vanligvis ikke brukes som en på- eller av-bryter. Disse vil ofte brukes til å nullstille noe, telle noe, stoppe noe eller en annen lignende funksjon. Disse vil vanligvis ha svært lave spennings- og strømklassifiseringer. MJTP1230 fra APEM Inc. er et eksempel på en taktilbryter. Denne bryteren er en SPST-NO, eller enpolet enveisbryter med normalt åpen krets. Dette betyr at strømmen ikke kan flyte gjennom denne bryteren inntil aktuatoren har blitt nedpresset. Når aktuatoren er frigjort, åpnes bryteren automatisk igjen, slik at strømmen ikke er i stand til å flyte. Figur 10 er en illustrasjon av MJTP1230.

Figur 10: MJTP1230.

Det er fire ben på denne bryteren. Dette vil ofte være tilfellet for taktilbrytere. Det er ikke fordi det er to forskjellige kretser som kan kobles til, men heller fordi det å legge til to ekstra ben gir fysisk støtte til bryteren når den er loddet på et kort. De to bena på den ene siden vil være permanent tilkoblet, uavhengig av posisjonen til bryteren. Den andre siden av bryteren vil følge samme regel, der bena alltid er koblet til. Når aktuatoren er nedpresset, er det kontinuitet mellom begge halvdelene til bryteren. Når det gjelder kretsen, vil denne bryteren følge kretsskjemaet i figur 1.

Dip-bryter

Dip-brytere er brytere som er i en «dobbel in-line-kapsling». Disse vil være konstruert slik at de passer på et koblingsbrett (breadboard). Disse bryterne vil være en sammenhoping av små SPST-brytere. Et eksempel på hvor disse brukes, er i DMX-styring for scenebelysning. Hver enkel lysarmatur vil ha en adresse som kan tilordnes til den. I moderne DMX-styrte lys kan dette programmeres av en mikrokontroller og ved å enkelt flytte et nummer opp eller ned på en skjerm. På eldre DMX-styrte lys var det en dip-bryter som kunne endres for å gi den riktige binære adressen for den aktuelle armaturen. Disse brytertypene er ofte overflate- eller hullmonterte, men de kommer også i panelmonterte varianter. Figur 11 illustrerer 208-4, en dip-bryter fra CTS Electrocomponents.

Figur 11: 208-4.

Vippebryter

Vippebrytere er også svært populære på markedet. Denne brytertypen har en konkav aktuator som vipper frem og tilbake fra hver posisjon. Mange PÅ/AV-brytere er vippebrytere for forbrukerelektronikk. Disse vil vanligvis være panelmonterte, men de kan også monteres direkte på et kort. Figur 12 avbilder CRE22F2BBRLE fra ZF Electronics.

Figur 12: CRE22F2BBRLE.

Denne bryteren er en SPST-bryter, så den vil bare slå seg på eller av. Det er en terminal i midten på denne bryteren, fordi den er opplyst. SPST-brytere med belysning vil vanligvis ha tre terminaler. De utvendige terminalene vil gjøre det mulig for strøm å flyte fra kilde til jord. Den midtre terminalen brukes for lyset. Når bryteren er åpen, kan ikke strømmen flyte gjennom lyset. Når bryteren er lukket, vil strømmen flyte fra kilden, gjennom lyset og til jord.

En annen ting å være på utkikk etter med en vippebryter, er den faktiske fysiske størrelsen til terminalen. Disse er ofte panelmonterte, så de termineres ofte med diskrete ledninger ved å bruke hurtigkoblingsterminaler. CRE22F2BBRLE har terminaler som er 6,35 mm (0,25 tommer) brede. Dette beskrives på DigiKey-nettstedet under produktegenskapene for «Termineringstype». Vanlige størrelser for terminaler, er: 2,79 mm (0,110 tommer), 4,75 mm (0,187 tommer) og 6,35 mm (0,250 tommer). Du finner hurtigkoblinger for disse på siden «Terminaler – hurtigkoblinger, hurtigfrakoblinger» på nettstedet til DigiKey.

Kippbrytere

Innen produksjon er det ofte behov for en bryter for å telle ting. Forestill deg en produksjonslinje som må telle hvor mange produkter som beveger seg gjennom den på et bestemt tidspunkt. Produktet kan veie en viss mengde og være i stand til å aktivere en bryter. Denne konstruksjonen kan ha behov for en bryter som bare trenger å bevege seg litt for å telle noe. D2VW-5L2-1HS fra Omron er et eksempel på en kippbryter (snap action limit switch) som kan brukes til å oppnå noe som ligner på dette. Figur 14 viser hvordan D2V2-5L2-1HS har en forlenget arm som kan brukes for en slik prosess.

Figur 13: D2VW-5L2-1HS.

Det er kippbrytere som opprettholder kretsen som en PÅ/AV-bryter, der flesteparten av disse vil være momentane. Det er veldig vanlig å finne SPST-NO- eller SPST-NC-kippbrytere. Et smart triks som ble nevnt tidligere, er å bruke en SPDT-krets i stedet for den normalt åpne eller normalt lukkede SPST-en. Dette er et bra triks fordi, hvis konstruksjonen har behov for normalt åpen eller normalt lukket, vil bryteren være i stand til å utføre denne oppgaven.

Det vanligste tilbehøret for en kippbryter, er aktuatorarmen. De vil ofte ha ruller, noen ganger bare en flat stang, og det er flere forskjellige konfigurasjonstyper. Figur 15 illustrerer noen av aktuatortypene for D2VW-serien.

Figur 14: Aktuatortyper.

Vekslebryter

Vekslebrytere er en annen populær brytertype. Disse vil ofte være panelmonterte, på samme måte som vippebryterne. Disse kan brukes for momentane funksjoner, men de brukes vanligvis for vedvarende funksjoner. De har vanligvis en aktuator som ser ut som et lite balltre og en gjenget bøssing for panelmontering. Figur 16 viser 200MSP3T1B1M2QEH fra E-Switch.

Figur 15: 200MSP3T1B1M2QEH.

Vanlig tilbehør for vekslebrytere er låseskiver og sekskantmuttere for montering. Disse finner du nederst på produktsiden på DigiKey-nettstedet, i «Tilknyttet produkt»-området. 200MSP3T1B1M2QEH har begge disse oppført på produktside sin, som vist på figur 17.

Figur 16: Tilhørende låseskive og sekskantmutter.

Andre vanlige tilbehør for taktilbrytere, er sikkerhetsdeksler og hetter. Figurene 18 og 19 illustrerer dette tilbehøret. Sikkerhetsdekselet er et tilbehør for GTS447A101HR fra CW Industries, og hetten er et tilbehør for M2012SS1W01 fra NKK Switches.

Figur 17: Sikkerhetsdeksel for GTS447A101HR.

Figur 18: Hette for M2012SS1W01.

Rotasjonsbryter

Det er ofte behov for en bryter som kan veksle mellom flere driftsmoduser. Disse konstruksjonene kan noen ganger kreve en rotasjonsbryter. Disse vil ha én til flere poler, men kan ofte ha ganske mange veier (throws). C7D0124N-C fra Electroswitch er et eksempel på en rotasjonsbryter. Dette er en SP24T-bryter. Dette betyr at den har 24 forskjellige måter strømmen kan flyte gjennom den på, men strømmen vil kun flyte gjennom én av gangen. Vanlig tilbehør for rotasjonsbrytere er knotter, tallskiver, låseskiver og sekskantmuttere. I likhet med de tidligere produktene, finner du vanligvis dette tilbehøret i «Tilknyttet produkt»-fanen på nettstedet til DigiKey. Figur 20 illustrerer C7D0124N-C.

Figur 19: C7D0124N-C.

En annen distinksjon som kan gjøres for en rotasjonsbryter, er om den er en «lukke-før-åpne»-kontakt (bruddfri vekselkontakt) eller en «åpne-før-lukke»-kontakt (vekselkontakt med brudd). En annen type fagspråk som kan brukes til å beskrive dette, er «kortslutning» eller «ikke-kortslutning». Begrepet «kortslutning» refererer til «lukke-før-åpne». Dette betyr at det aldri vil være noen åpen krets når bryteren beveger seg fra én posisjon til en annen. Bryteren vil midlertidig ha to aktive kretser inntil den beveger seg fullstendig til ønsket posisjon. 212T0111S332RA fra CTS Electrocomponents er et eksempel på en «lukke-før-åpne»-rotasjonsbryter. Det motsatte av dette er «ikke-kortslutning» eller «åpne-før-lukke». Dette betyr at den første kretsen vil lukkes helt før bryteren er i posisjon for sin nye krets. KC52A30.001NPS fra E-Switch er et eksempel på en «åpne-før-lukke»-rotasjonsbryter.

Låsebryter

Låsebrytere er en svært vanlig brytertype. En biltenning er et eksempel på en AV-PÅ-MOMENTAN-bryter. Når nøkkelen er satt inn i en biltenning, er bryteren i PÅ-posisjonen, men den vil ikke gjøre noe i PÅ-posisjonen før kjøretøyet har startet. Kjøretøyet vil startes i MOMENTAN-posisjonen, og nøkkelen vil deretter returneres til PÅ-posisjonen. For å slå av kjøretøyet, må nøkkelen vris til AV-posisjonen. Et eksempel på en låsebryter er 84829-07 fra Honeywell Sensing and Productivity Solutions, avbildet i figur 21.

Figur 20: 84829-07.

Konklusjon

Det finnes mange forskjellige brytertyper på markedet i dag. Alle disse har som mål å gjøre samme jobb – koble samme kretser. Det er bryterfunksjoner for vedvarende handling og momentanhandling. En bryter med vedvarende handling, vil opprettholde posisjonen sin inntil den flyttes manuelt. Vekselvis vil en bryter med momentanfunksjon automatisk returnere til standardtilstanden. Konstruksjonen vil begrense hvilken brytertype som er nødvendig. Bryterkretsen, kombinert med fysiske parametere som maksimal tillatt strøm og spenning, vil være noen av de største faktorene når en bryter skal velges. Brytertypen kan være utskiftbar. En elektronisk krets vil fungere like godt med en vekslebryter som den vil med en vippebryter. Brytertypen vil i stor grad bestemmes av de personlige preferansene til teknikeren og omgivelsene bryteren skal plasseres i.