Principes de base des interrupteurs tactiles

L'interrupteur tactile est un type d'interrupteur électrique bien connu qui, comme ses homologues mécaniques, permet de fermer ou d'ouvrir un circuit électrique en l'actionnant manuellement. Apparus au début des années 1980 sous la forme d'interrupteurs à membrane ou sérigraphiés pour les claviers et les pavés numériques, ces types d'interrupteurs se sont d'abord heurtés à une certaine résistance en raison de leurs performances médiocres et de leur manque de retour tactile. Cependant, à la fin des années 1980, les versions à dômes métalliques incorporés dans la conception ont été plus largement adoptées grâce à leur rétroaction améliorée, leur actionnement robuste et leur longévité accrue. Ces changements ont donné naissance aux interrupteurs tactiles fréquemment utilisés aujourd'hui dans un large éventail d'applications commerciales et grand public.

Comme indiqué plus haut, l'un des principaux éléments différenciateurs des interrupteurs tactiles est que, lorsqu'une pression est appliquée, l'actionneur répond par un clic perceptible ou un retour haptique pour indiquer que l'interrupteur a été actionné avec succès. En tant que dispositifs à action momentanée, une fois que l'utilisateur n'exerce plus de pression, l'interrupteur est relâché et le flux de courant est interrompu. Bien qu'il s'agisse généralement de dispositifs normalement ouverts, les interrupteurs tactiles sont également disponibles en versions normalement fermées, où le courant est interrompu lorsqu'une pression est exercée sur l'actionneur et recommence à circuler lorsque la pression est relâchée.

Figure 1 : Exemples d'interrupteurs tactiles courants. (Source de l'image : Same Sky)

Tactile ou poussoir ?

Les deux types d'interrupteurs qui sont souvent confondus ou dont les noms sont utilisés de manière interchangeable sont les interrupteurs tactiles et les interrupteurs à bouton-poussoir. Bien que de nature et de fonction similaires, les interrupteurs à bouton-poussoir fonctionnent en appuyant sur un actionneur sur une distance de course spécifiée pour démarrer le flux de courant, et en appuyant à nouveau pour arrêter le flux de courant. En revanche, les interrupteurs tactiles démarrent/arrêtent le flux de courant lorsque l'actionneur est enfoncé et maintenu, avec une course minimale de l'actionneur.

Certains boutons-poussoirs peuvent fonctionner comme des interrupteurs à action momentanée, tandis que tous les interrupteurs tactiles sont momentanés. Les interrupteurs tactiles présentent généralement des boîtiers plus petits que les interrupteurs à bouton-poussoir, ainsi que des tensions et des courants nominaux généralement plus faibles. Leur rétroaction haptique ou audio est également un élément clé de différenciation par rapport aux boutons-poussoirs et, alors que les boutons-poussoirs peuvent être montés sur un panneau ou sur un circuit imprimé, les interrupteurs tactiles sont uniquement conçus pour un montage direct sur circuit imprimé. Pour en savoir plus sur les interrupteurs à bouton-poussoir, consultez le blog Pushbutton Switches 101 de Same Sky.

Structure et fonctionnement de base

La simplicité et la robustesse d'un interrupteur tactile par rapport à d'autres interrupteurs mécaniques s'expliquent notamment par le nombre limité de composants internes nécessaires à la réalisation de sa fonction. Une conception typique d'interrupteur tactile comprend généralement quatre composants au total, répertoriés ci-dessous :

1. Capot supérieur : il protège le mécanisme interne de l'interrupteur et peut être constitué de métal ou d'autres matériaux, selon la fonction prévue. Les capots peuvent également fournir une borne de terre pour protéger l'interrupteur contre les décharges statiques.
2. Plongeur : situé sous le capot et au-dessus du dôme de contact, le plongeur est l'élément sur lequel l'utilisateur appuie pour faire fléchir le dôme et activer ainsi l'interrupteur. Les plongeurs peuvent être plats ou surélevés.
3. Dôme de contact : ce composant bombé s'insère dans la base et change de forme lorsqu'il entre en contact avec le plongeur. Ce processus de flexion crée le clic audible et haptique tout en connectant deux contacts fixes dans la base pour fermer le circuit. Une fois la force supprimée, le dôme de contact reprend sa forme initiale et déconnecte le circuit. Le matériau utilisé pour le dôme de contact et le plongeur (métal, caoutchouc, etc.) contribue à déterminer la rétroaction tactile et le son de l'interrupteur.
4. Base en résine moulée : le dernier composant de l'interrupteur accueille les bornes et les contacts pour connecter l'interrupteur au circuit imprimé.

Figure 2 : Structure typique d'un interrupteur tactile. (Source de l'image : Same Sky)

Principaux avantages et spécifications

Pour bien choisir un interrupteur tactile, il ne suffit pas d'évaluer les spécifications dans la fiche technique du produit. Outre plusieurs caractéristiques et avantages généraux, tels que l'actionnement momentané, les puissances et courants nominaux plus faibles, la robustesse due à la réduction du nombre de pièces mobiles et un coût inférieur, la rétroaction et le son perceptibles d'un interrupteur tactile peuvent avoir une grande influence sur le choix des composants. Il peut s'agir d'une caractéristique difficile à quantifier car la force nécessaire pour activer l'interrupteur ainsi que sa rétroaction haptique varient en fonction de l'utilisation et de la fonction prévues. Par exemple, un interrupteur tactile utilisé dans une application automobile peut nécessiter une plus grande force d'actionnement pour éviter les entrées accidentelles dues aux vibrations, par rapport à un interrupteur utilisé dans un environnement domestique ou de bureau. Souvent, le meilleur moyen de déterminer les caractéristiques correctes d'un interrupteur est de procéder à un prototypage et à des tests.

Cela étant dit, voici quelques spécifications clés à prendre en compte lors du processus de sélection :

• Tension nominale : tension maximale que l'interrupteur peut supporter lorsqu'il est ouvert ou fermé.
• Courant nominal : courant maximal en ampères qu'un interrupteur peut supporter avant d'être endommagé.
• Force d'activation (ou force d'actionnement) : force ou pression (exprimée en gramme force ou gf) requise pour déplacer un actionneur sur un interrupteur.
• Déviation (ou course de l'actionneur) : distance totale de déplacement d'un interrupteur enfoncé.
• Force de contact : force ou pression (exprimée en grammes) requise pour que l'interrupteur connecte les bornes.
• Hauteur de l'actionneur : hauteur de l'actionneur au-dessus du corps de l'interrupteur. (Voir la Figure 3)
• Durée de vie : durée de vie attendue d'un interrupteur en conditions normales de fonctionnement.
• Plage de températures : plage de températures de fonctionnement dans laquelle l'interrupteur fonctionnera conformément aux spécifications.
• Style de montage : méthode utilisée pour monter l'interrupteur sur le circuit imprimé, à savoir montage en surface ou à trou traversant.
• Indice IP : norme internationale qui répertorie les degrés de protection d'un interrupteur (ou d'un autre produit) contre l'infiltration de poussières et de liquides. Voir la page Interrupteurs tactiles avec indice de protection IP67 de Same Sky.

Figure 3 : Hauteurs d'actionneurs fréquentes des interrupteurs tactiles. (Source de l'image : Same Sky)

Câblage des interrupteurs tactiles

La plupart des interrupteurs tactiles sont dotés de quatre broches pour garantir la stabilité lors du montage sur le circuit imprimé. Ces quatre broches sont connectées en interne en deux ensembles. Bien que, techniquement, seuls deux des fils soient nécessaires pour le câblage, il est préférable d'utiliser toutes les broches possibles. Il existe également des modèles d'interrupteurs tactiles avec seulement deux broches disponibles, ainsi que des versions à 5 broches qui permettent un contrôle de type joystick dans un boîtier minimaliste.

Figure 4 : Configuration courante d'un interrupteur tactile à 4 broches. (Source de l'image : Same Sky)

Conclusion

En raison de leur format compact, de leur faible hauteur et de leur longue durée de vie, les interrupteurs tactiles répondent à de nombreux besoins dans une variété de produits grand public et industriels, y compris dans les applications plus récentes de dispositifs corporels et plus encore. Lorsqu'un actionnement momentané à faible puissance est nécessaire, les interrupteurs tactiles restent une solution de choix, avec l'avantage supplémentaire d'une rétroaction tactile et audio. Pour faciliter le processus de sélection, Same Sky propose une gamme d'interrupteurs tactiles présentant des boîtiers compacts, un choix de hauteurs d'actionneur et de multiples options de configuration.