Afbryderens ABC

Afbrydere er en integreret del af elektronikken. Næsten alle elektroniske apparater har en afbryder, hvis ikke flere afbrydere. Det skyldes, at når enhederne anvendes, er der typisk flere forskellige driftsformer. Det er indlysende, at den er tændt eller slukket, men ofte er der indstillinger, der kan justeres. Bilvinduer styres af momentane afbrydere, der kan hæve og sænke vinduer. Spillestationer bruger afbrydere til at styre spillet. Listen over afbryder-applikationer er uendelig i elektronikindustrien. Der findes flere forskellige slags afbrydere på markedet i dag, og der er flere overvejelser, der generelt tages i betragtning, når du vælger en afbryder. Nogle af de spørgsmål, der skal stilles, er, hvor mange poler og udslag der er behov for og skal de være fastholdt eller momentan, og hvad er de elektriske overvejelser, f.eks. maksimal strøm- og spændingsværdier? Forhåbentlig kan denne artikel kaste lidt lys over afbryderens verden.

Før vi går ind på de enkelte typer af afbrydere, vil det være godt at gennemgå de forskellige kredsløb, der findes i hver enkelt afbryder. Der er to udtryk, der bruges til at beskrive kredsløbet i en afbryder. Det drejer sig om "pole" og "throw". En "pol" henviser til, hvor mange kredsløb der er i en afbryder. En enpolet afbryder har kun ét aktivt kredsløb ad gangen. Udtrykket "throw" henviser til, hvor mange positioner polen kan tilsluttes. Figur 1 viser et kredsløbsdiagram af en enkeltpolet enkelt afbryder (SPST).

Figur 1: SPST-kredsløbsdiagram.

En SPST-afbryder har én pol; der er kun ét muligt kredsløb med denne konfiguration. Den er enten åben eller lukket. En enpolet afbryder kan være normalt åben eller normalt lukket. Når afbryderen er lukket, kan strømmen løbe gennem afbryderen, mens den ikke kan løbe gennem afbryderen, når den er åben. Forestil dig nu, at der kun er én vej, hvor strømmen kan løbe på et givet tidspunkt, men at der er to muligheder for, hvor strømmen kan løbe hen. Dette ville være en SPDT (single throw double pole). Figur 2 illustrerer dette punkt.

Figur 2: SPDT-kredsløbsdiagram.

Ved at bruge denne type logik er det nemt at forstå afbrydere. Et andet eksempel, der ligner en SPDT, er en dobbeltpolet dobbeltudløser (DPDT). Det vil se ud som i figur 2, men med to poler i stedet for en. Figur 3 illustrerer kredsløbet for en DPDT.

Figur 3: DPDT-kredsløbsdiagram.

En ting, man skal huske på med afbrydere, er, at flere forskellige kredsløb kan fungere for at opnå et lignende resultat. Et eksempel er en simpel tænd/sluk-knap uden momentan funktion. Dette kan man opnå med en SPST eller en SPDT. Tag for eksempel GRS-2011-2019 fra CW Industries. Denne enhed har to terminaler i bunden af den, hvilket er synonymt med en SPST-afbryder. Når afbryderen er i den ene position, er de forbundet, og strømmen kan flyde. Når afbryderen er i den anden position, er den ikke forbundet, og der kan ikke løbe strøm. Hvis man bruger en SPDT som GRS-2013A-2000 i stedet for en SPST, kan man opnå det samme. Det ville blot indebære, at man kun bruger to af terminalerne og lader en af dem stå åben. Dette er praktisk i situationer, hvor der er behov for en normalt åben eller normalt lukket SPST-afbryder. En SPDT kan være en af disse muligheder. Når man ser tilbage på en SPDT, er det også vigtigt at forstå afbryderens funktion. En SPDT kan enten have to eller tre positioner for aktuatoren. For at forklare dette kan du tænke på en afbryder, der er ON-OFF-ON. Dette er almindeligt for motorapplikationer, hvor motoren kan dreje den ene vej, så stoppe og derefter dreje den anden vej. En SPDT kan gøre dette, men det er ikke alle SPDT-afbrydere, der kan gøre dette. GRS-2013A-2000 er en ON-OFF-ON-afbryder, så det ville være muligt for denne afbryder at udføre denne handling. D508J12S205QA fra C&K ville ikke kunne opnå dette; det er en ON-MOM afbrydere. Det betyder, at afbryderen typisk vil være i positionen ON og kan slukkes midlertidigt. Et anvendelsesområde, hvor dette kunne bruges, ville være transportbånd ved kassen i en købmandsbutik. Ved blot at koble ledningerne omvendt sammen, kører motoren ikke på transportøren, før der trykkes på aktuatoren. Når aktuatoren trykkes ned, vil der være en momentan afbryder inde i afbryderen, og strømmen vil kunne flyde. Når aktuatoren slippes, går afbryderen tilbage til sin normale slukket position, og strømmen stopper.

Elektriske egenskaber er også vigtige at have i tankerne, når du vælger en afbrydere. Hvis et kredsløb kræver 50 ampere, vil en afbryder, der er normeret til 10 ampere, ikke fungere. Det er altid vigtigt at se på spændings- og strømpegenskaberne på en afbryder. Der skelnes endda mellem AC og -strømme og strømme vs DC. Ofte angiver producenterne vurderinger for begge dele, men det er ikke altid. Når du vurderer en afbryderes spændingsklassificering, skal du se på, hvad producenten angiver for den pågældende spændingstype. Hvis der står 125 V_AC på en nominel værdi, er der tale om en AC. Hvis der står 125 V på mærket, er der tale om en DC-pænding. Dette sprogbrug vil blive angivet på databladet eller tegningen for produktet. På DigiKey-webstedet kan der skelnes yderligere. Produktet PS1024ARED fra E-Switch har en AC-værdi, men DigiKey siger 125 V online. Det skyldes, at den kolonne, som den pågældende værdi står i, er for "Voltage Rating - AC". Figur 4 viser dette fra DigiKey-webstedet, og figur 5 viser klassificeringen på PS1024ARED.

Figur 4: Produktattributter for PS1024ARED.

Figur 5: Tegning af de elektriske specifikationer for PS1024A.

Noget, der ikke fremgår af DigiKey-webstedet, men som er tydeligt på tegningsnoterne, er, at der er et par forskellige klassificeringer for denne afbryder. Den første er på 3 A ved 125 V_AC og den anden på 1,5 A ved 250 V_AC. Hvordan er det muligt at have to vurderinger for den samme afbryder? Det skyldes, at effekt er en funktion af spænding og strøm. Begge disse klassifikationer har den samme effekt. Hvis man indsætter følgende tal for effektangivelsen, får man de samme tal.

Ofte har en afbryder kun en AC-klassificering og ingen DC-klassificering. Der findes en tommelfingerregel, der kan bruges til at bestemme DC-værdien for en AC-afbryder. Uanset den højeste strømstyrke for afbryderen vil strømmen forblive den samme, og DC vil blive indstillet til 30 volt. PS1024A har to værdier, 3 A ved 125 V_AC og 1,5 A ved 250 V_AC. Denne regel betyder, at afbryderen kan tage 3 A og bruge den til op til 30 V_DC.. Dette er en generel regel fra Carling Technologies, som kaldes "DC tommelfingerreglen". Ofte har afbrydere også en hestekræfters værdi. Dette skyldes, at induktive belastninger kan have ekstremt høje indgangsstrømme. HP-værdien er beregnet til afbrydere, der anvendes med AC-motorer. Det betyder ikke, at en af disse afbrydere ikke kan bruges til andre enheder, men det er derfor, at denne klassificering er sat på afbryderen.

Trykknap-afbryder

En type af afbryder er trykknap-afbryder. Disse afbrydere har en aktuator. Aktuatoren kan også betegnes som en knap i et mindre formelt sprogbrug. Disse vil ofte blive monteret på et panel eller på en tavle. Figur 6 illustrerer KB16CKW01-5F-JF fra NKK Switches.

Figur 6: KB16CKW01-5F-JF.

Et interessant punkt ved KB16CKW01-5F-JF er, hvor mange terminaler den har. Dette er en SPDT, som kun burde have 3 klemmer, men denne enhed har 5 klemmer. Det skyldes, at denne anordning er belyst. Mange afbrydere er oplyste og har en nominel belysningsspænding. Denne afbryder har en belysningsspænding på 2,1 V_DC. Dokumentationen angiver, at terminal 2 er den fælles terminal, og at LED'en får strøm fra terminal L (+) og L (-), som vist i figur 7.

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

Ofte er der tilbehør anført nederst på produktsiden for afbryderne. Hvis man ser nederst på produktsiden for KB16CKW01-5F-JF på DigiKey-webstedet, kan man se fire tilbehør, der passer til afbryderen.

Du kan finde dette tilbehør nederst på KB16CKW01-5F-JF-siden på DigiKey-webstedet eller via dokumentationen på seriens datablad. Ofte vil producenterne skabe en hel serie af afbrydere. Dette er en gruppe af proprietære produkter, der passer sammen. KB16CKW01-5F-JF er specielt designet til at kunne modtage visse former for tilbehør, som er nævnt i dokumentationen. Tilbehøret til den beskyttende beskyttelsesværn kan findes på side D34 i seriens datablad. Figur 8 viser beskyttelsesskærmen sammen med det bestillingsberettigede varenummer AT494.

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

Ofte sætter afbrydere-producenter en hel serie på ét datablad, fordi nogle af ændringerne fra den ene del til den anden kan være ubetydelige. Ofte vil de forskellige varenumre kun være en ændring i farven. LED-tilbehøret AT635F er et godt eksempel herpå. I dokumentationen vil der kun være nummeret AT635 anført som en mulighed. Det tidligere nævnte produkt har endelsen "F". Figur 9 viser bestillingsskemaet, som angiver, at suffikset "F" er en grøn LED. I venstre side af bestillingsskemaet er basis-LED-nummeret på AT635. I den midterste kolonne er der mulighed for rød, gul og grøn. Under feltet "Green" står der 5F. Det betyder, at for AT635F vil lysdioden være grøn.

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

Taktil afbryder

Taktile afbrydere ligner trykknap-afbrydere, men de er typisk meget mindre. Forestil dig en personlig router til hjemmet, der har en nulstillings-afbryder. Afbryder er typisk forsænket i plastikken, så den ikke kan trykkes på ved et uheld. Normalt er det nødvendigt at bruge en papirclips eller en tandstikker for at trykke på denne type af afbryder. Disse typer af afbrydere vil typisk være taktile afbrydere, momentane afbrydere og vil normalt ikke blive brugt som tænd- og sluk-afbryder. Ofte bruges disse til at nulstille noget, tælle noget, stoppe noget eller en anden funktion af den art. Disse vil typisk have meget lave spændings- og strømværdier. MJTP1230 fra APEM Inc. er et eksempel på en taktile afbryder. Denne afbryder er en SPST-NO, dvs. en enkeltpolet, enkeltudløst, normalt åbent kredsløb. Det betyder, at der ikke kan løbe strøm gennem denne afbryder, før der er blevet trykket på aktuatoren. Når aktuatoren slippes, åbner afbryderen automatisk igen, og der kan ikke løbe strøm. Figur 10 er en illustration af MJTP1230.

Figur 10: MJTP1230.

Der er fire ben på denne afbryder. Dette vil ofte være tilfældet for taktile afbrydere. Det er ikke fordi der er to forskellige kredsløb, der kan tilsluttes, men snarere fordi tilføjelsen af to ekstra ben giver afbryderen fysisk støtte, når den loddes på et printkort. De to ben på den ene side vil være permanent forbundet, uanset hvilken stilling afbryderen er i. Den anden side af afbryderen følger den samme regel, hvor benene altid er forbundet. Når der trykkes på aktuatoren, er der kontinuitet mellem begge halvdele af afbryderen. Hvad angår kredsløbet, følger denne afbryder kredsløbsdiagrammet fra figur 1.

Dipswitch

Dipswitche er afbrydere, der er i en "Dual Inline Package". De skal være designet til at kunne passe ind i et breadboard. Disse afbrydere vil være en samling af små SPST-afbrydere. Et eksempel på, hvor de anvendes, er DMX-styring til scenebelysning. Hvert lysarmatur har en adresse, som kan tildeles det. I moderne DMX-styret lys kan dette programmeres ved hjælp af en mikrocontroller og ved blot at flytte et tal op eller ned på et display. På ældre DMX-styret lys var der en dipswitch, som kunne ændres for at give den korrekte binære adresse for det pågældende armatur. Disse typer af afbrydere er ofte overflademonteret eller gennemgående hulmonteret, men der findes også muligheder for panelmontering. Figur 11 illustrerer 208-4, en dipswitch fra CTS Electrocomponents.

Figur 11: 208-4.

Vippekontakt

Vippekontakter er også meget populære på markedet. Denne type af afbryder har en konkav aktuator, der vipper frem og tilbage fra hver position. Mange tænd/sluk-afbrydere er vippekontakter til forbrugerelektronik. De vil typisk blive monteret på et panel, men kan også monteres direkte på en tavle. Figur 12 viser CRE22F2BBRLE fra ZF Electronics.

Figur 12: CRE22F2BBRLE.

Denne afbryder er en SPST-kontakt, så den tænder eller slukker kun. Der er en midterste klemme på denne afbryder, fordi den er oplyst. SPST-afbrydere med belysning har normalt tre terminaler. De udvendige terminaler er ansvarlige for at lade strømmen strømme fra kilden til jorden. Den midterste terminal bruges til lyset. Når afbryderen er åben, kan der ikke løbe strøm gennem lyset. Når afbryderen er lukket, strømmer strømmen fra kilden gennem lyset til jorden.

En anden ting, du skal kigge efter med en vippekontakt, er den faktiske fysiske størrelse af terminalen. Disse er ofte monteret på panelet, så de afsluttes ofte med separate ledninger ved hjælp af terminaler i quick connect-stil. CRE22F2BBRLE har terminaler, der er 0,25" brede. Dette er angivet på DigiKey-webstedet under produktattributterne for "Termination Style". Almindelige størrelser for klemmer er 0,110", 0,187" og 0,250". Hurtigforbindelser til disse kan findes på siden "Terminals - Quick Connects, Quick Disconnect Connectors" på DigiKey-webstedet.

Grænseafbryder med snap action

I fremstillingsindustrien er der ofte behov for en omskifter til at tælle ting. Forestil dig en produktionslinje, der skal tælle, hvor mange produkter der passerer den på et bestemt tidspunkt. Produktet kan veje en vis mængde og være i stand til at aktivere en afbryder. Denne applikation kunne kræve en afbryder, der blot skulle bevæge sig en lille smule for at tælle noget. D2VW-5L2-1HS fra Omron er et eksempel på en snap action-grænseafbryder, der kan bruges til at opnå noget lignende. Figur 14 viser, at D2V2-5L2-1HS har en forlænget arm, der kan bruges til en sådan proces.

Figur 13: D2VW-5L2-1HS.

Der findes snap action-grænsekontakter, der opretholder deres kredsløb som en tænd/sluk-afbryder; de fleste af dem vil være momentane. Det er meget almindeligt at finde SPST-NO- eller SPST-NC-grænsekontakter med snap action-grænsekontakter. Et godt trick, som blev nævnt lidt tidligere, er brugen af et SPDT-kredsløb i stedet for en normalt åben eller normalt lukket SPST. Det er et godt trick, for hvis applikationen kræver normalt åben eller normalt lukket, kan afbryder udføre opgaven.

Det mest almindelige tilbehør til en snap action-grænseafbryder er aktuatorarmen. Ofte er der ruller på dem, nogle gange er der bare en flad stang, og der findes flere forskellige typer konfigurationer. Figur 15 illustrerer nogle få af aktuatortyperne for D2VW-serien.

Figur 14: Aktuator typer.

Vippekontakt (Toggle switch)

Vippekontakter (Toggle switches) er en anden populær type af afbryder. Disse vil ofte være monteret på et panel, ligesom vippekontakterne er det. Disse kan bruges til momentane funktioner, men bruges normalt til vedligeholdelsesfunktioner. De har typisk en aktuator, der ligner et lille baseballbat, og en gevindbøsning til montering på panelet. Figur 16 viser 200MSP3T1B1M2QEH fra E-Switch.

Figur 15: 200MSP3T1B1M1M2QEH.

Almindeligt tilbehør til vippekontakter (Toggle switches) er låseskiver og sekskantmøtrikker til montering. De kan typisk findes nederst på produktsiden på DigiKey-webstedet i området "Associated Product" (tilknyttet produkt). 200MSP3T1B1M1M2QEH har begge disse på produktsiden, som vist i figur 17.

Figur 16: Tilhørende låseskiver og sekskantmøtrikker.

Andet almindeligt tilbehør til taktile afbrydere er sikkerhedsdæksler og støvler. Figur 18 og 19 illustrerer henholdsvis dette tilbehør. Sikkerhedsdækslet er et tilbehør til GTS447A101HR fra CW Industries, og støvlen er et tilbehør til M2012SS1W01 fra NKK Switches.

Figur 17: Sikkerhedsdæksel til GTS447A101HR.

Figur 18: Opstart for M2012SS1W01.

Drejekontakt

Ofte er der behov for en afbryder, der kan vælge mellem flere driftsformer. Disse applikationer kan undertiden kræve en drejekontakt. Disse har en til flere poler, men kan ofte have mange kast. C7D0124N-C fra Electroswitch er et eksempel på en dreje afbryder. Dette er en SP24T afbryder. Det betyder, at der er 24 forskellige muligheder for at strømmen kan strømme igennem, men strømmen vil kun strømme igennem én af dem ad gangen. Almindeligt tilbehør til drejekontakter er drejeknapper, skiveplader, låseskiver og sekskantmøtrikker. Ligesom de tidligere produkter kan dette tilbehør normalt findes under fanen "Associated Product" på DigiKey-webstedet. Figur 20 illustrerer C7D0124N-C.

Figur 19: C7D0124N-C.

En anden forskel, der kan gøres for en drejekontakt, er, om den er "Make-Before-Break" eller "Break-Before-Make". En anden form for sprogbrug, der kan bruges til at beskrive dette, er "Shorting" eller "Non-Shorting". Udtrykket "Shorting" henviser til "Make-Before-Break". Det betyder, at der aldrig er en åben kredsløb, når kontakten bevæger sig fra den ene position til den anden. Kontakten vil midlertidigt have to aktive kredsløb på den, indtil den bevæger sig helt til den ønskede position. 212T0111S332RA fra CTS Electrocomponents er et eksempel på en "Make-Before-Break"-drejekontakt. Det modsatte af dette er "Non-Shorting" eller "Break-Before-Make". Det betyder, at det første kredsløb vil blive afbrudt helt, før afbryderen er i position til det nye kredsløb. KC52A30.001NPS fra E-Switch er et eksempel på en "Break-Before-Make"-dreje afbryder.

Nøglelåseknap

Nøgleafbrydere er en meget almindelig form for afbryder. En biltænding er et eksempel på en OFF-ON-MOMENTARY-afbryder. Når nøglen sættes i en bils tænding, er afbryder i positionen ON, men den gør intet i positionen ON, før køretøjet startes. I MOMENTARY-positionen startes køretøjet, hvorefter nøglen sættes tilbage i positionen ON. For at slukke for køretøjet skal nøglen drejes i positionen OFF for at slukke for køretøjet. Et eksempel på en nøgleafbryder er 84829-07 fra Honeywell Sensing and Productivity Solutions, som er vist i figur 21.

Figur 20: 84829-07.

Konklusion

Der findes mange forskellige typer af afbrydere på markedet i dag. De arbejder alle for at opnå det samme formål, nemlig at forbinde kredsløb. Der er funktioner med opretholdte og momentane afbryderer. En afbryder med en fastholdt funktion holder sin position, indtil den flyttes manuelt. Omvendt vil en afbryder med momentan funktion automatisk vende tilbage til sin standardtilstand. Ansøgningen vil indsnævre den type afbryder, der er nødvendig. Afbryderkredsløbet samt fysiske parametre som f.eks. maksimal tilladelig strøm og spænding er nogle af de vigtigste afgørende faktorer ved valg af afbryder. Afbrydertypen kan udskiftes; et elektronisk kredsløb vil fungere lige så godt med en vippekontakt som med en vippekontakt (Toggle switch) Hvilken type afbryder der vælges, afhænger i høj grad af ingeniørens personlige præferencer og af det miljø, som afbryderen skal placeres i.