Ce que vous devez savoir sur les interrupteurs

Les interrupteurs font partie intégrante de notre vie quotidienne, offrant à la fois diversité et omniprésence. Ils se présentent sous d'innombrables formes, des petits boutons aux commandes massives, et englobent un éventail de fonctions. Cette diversité, influencée par des facteurs tels que le fonctionnement mécanique ou électrique et la commande manuelle ou électronique, peut souvent se résumer à des préférences personnelles en matière d'esthétique et d'interface utilisateur.

Alors que les interrupteurs électroniques, basés sur des technologies telles que BJT, MOSFET, IGBT et autres conceptions de semi-conducteurs, suscitent un intérêt croissant en raison de la baisse des coûts et de l'extension des fonctionnalités, les interrupteurs à commande mécanique restent la solution de commutation incontournable. Cet article étudie les principes de base des interrupteurs, et plus particulièrement les modèles à commande et actionnement physiques, pour comprendre comment ils comblent les limites entre forme et fonction.

Principes de base des interrupteurs

Le point de départ pour sélectionner un interrupteur implique une compréhension des concepts de pôles et de positions de contact. En termes simples, les pôles indiquent le nombre de circuits qu'un seul interrupteur peut gérer, tandis que les positions de contact indiquent le nombre de contacts parmi lesquels l'interrupteur peut choisir. Cette notion est mieux comprise à travers des représentations visuelles simples.

Figure 1 : Schéma d'un interrupteur SPST. (Source de l'image : Same Sky)

Un interrupteur comportant un seul pôle et une seule position de contact, appelé à juste titre unipolaire unidirectionnel ou SPST, offre le contrôle d'un seul circuit, l'interrupteur étant capable de simplement ouvrir et fermer un seul contact. Ensuite, un interrupteur doté d'un seul pôle mais avec une configuration à double position de contact est appelé unipolaire bidirectionnel ou SPDT.

Figure 2 : Schéma d'un interrupteur SPDT. (Source de l'image : Same Sky)

Dans l'interrupteur SPDT, un seul circuit est contrôlé, mais l'interrupteur peut effectuer une transition entre deux contacts distincts. Dans une configuration SPDT, l'interrupteur ne se limite pas au simple acte d'ouverture et de fermeture d'un circuit mais plutôt à la redirection du circuit lui-même.

Figure 3 : Schéma d'un interrupteur DPDT. (Source de l'image : Same Sky)

Dans le cas d'un interrupteur bipolaire bidirectionnel (DPDT), un seul interrupteur prend le contrôle de deux circuits et chaque interrupteur qu'il contient navigue entre deux contacts. Bien que SPST, SPDT, DPST et DPDT représentent les configurations d'interrupteurs les plus répandues, il n'existe aucune contrainte théorique sur le nombre de pôles et de positions de contact qu'un interrupteur peut posséder. Lorsqu'il y a plus de deux pôles ou positions de contact, des identifiants numériques remplacent le « S » ou le « D ». Par exemple, un interrupteur offrant quatre pôles et cinq positions de contact peut être identifié comme interrupteur 4P5T par son fabricant. De même, un interrupteur à deux pôles avec six positions de contact peut être représenté par DP6T.

Éléments à prendre en compte lors de la sélection d'un interrupteur

En dehors des pôles et des positions de contact, il existe plusieurs autres spécifications d'interrupteur à prendre en compte lors du processus de sélection. La liste ci-dessous inclut certaines des fonctionnalités les plus courantes mais n'est en aucun cas exhaustive.

• Taille : Comme mentionné précédemment, les interrupteurs sont disponibles dans de nombreuses formes et tailles. Des interrupteurs plus petits qu'un grain de riz à ceux qui sont trop grands pour être manipulés à la main, la taille dépend généralement de l'application prévue. Les environnements industriels utilisent souvent des interrupteurs plus grands en raison du port de gants ou de la difficulté à effectuer des mouvements précis, tandis que les dispositifs embarqués compacts ont généralement besoin du plus petit interrupteur possible.
• État par défaut : La majorité des interrupteurs n'ont pas d'état prédéfini, mais il existe des interrupteurs à action momentanée, qui présentent généralement une condition prédéfinie, soit normalement ouvert (NO), soit normalement fermé (NC).
• Positions : Ce paramètre dicte le nombre d'interrupteurs intégrés dans une seule unité. Dans certains cas, ce concept est confondu avec celui de « positions de contact », mais il est crucial de reconnaître que les positions signifient des interrupteurs discrets au sein d'une même unité, chacun capable d'un actionnement indépendant.
• Montage : Comme tout composant électronique, les interrupteurs offrent une variété de configurations de montage. Les styles à montage en surface et à montage traversant sont généralement associés aux petits interrupteurs sur les circuits imprimés, tandis que les interrupteurs à montage sur panneau et sur rail DIN ont tendance à être plus grands. Une considération essentielle dans les configurations à montage en surface et traversant est le paramètre connu sous le nom de « pas », qui signifie la distance de séparation des fils. Dans le contexte des interrupteurs à montage traversant, le pas revêt une importance particulière, car un pas approprié permet l'utilisation avec des montages d'essai.

Figure 4 : Utilisation d'un interrupteur à montage traversant sur un montage d'essai. (Source de l'image : Same Sky)

• Actionnement : En plus de la distinction entre actionnement manuel et actionnement électronique, les interrupteurs proposent diverses méthodes d'actionnement. Cela peut inclure un actionnement à la main ou à l'aide de petits tournevis ou outils. Cependant, l'option la plus courante consiste à choisir entre un niveau d'actionneur surélevé ou plat.
• Courant nominal et tension nominale : Les interrupteurs présentent un large spectre de tensions et de courants nominaux s'étendant de quelques volts et ampères à des centaines, voire des milliers. Il est impératif de toujours vérifier qu'un interrupteur peut supporter les valeurs de courant et de tension nominales attendues pour l'application prévue.
• Facteurs environnementaux : Il s'agit généralement de l'indice de protection ou des indices IP utilisés pour indiquer le niveau de protection d'un interrupteur contre la poussière et les liquides. Cependant, certains interrupteurs peuvent présenter une sensibilité accrue aux vibrations ou des fonctionnalités anti-vandalisme.

Types d'interrupteurs mécaniques

Les types d'interrupteurs répertoriés ci-dessous présentent un fonctionnement et un actionnement mécaniques et sont fréquemment utilisés, mais pas exclusivement, dans des systèmes compacts, portables ou embarqués.

• Commutateur DIP : Disponibles en boîtiers à montage traversant ou en surface, les commutateurs DIP sont le plus souvent un ensemble d'interrupteurs SPST. Ils conviennent bien aux montages d'essai et aux produits finis, permettant des sélections semi-permanentes. Ils sont disponibles en types piano, à glissière et rotatifs, et sont utilisés pour le réglage des options dans les dispositifs, en particulier dans les applications industrielles et les kits de développement. Les commutateurs DIP offrent plus d'options que les cavaliers et sont faciles à utiliser, mais ils ne permettent pas d'effectuer des réglages fréquents.

Figure 5 : Exemple de commutateur DIP. (Source de l'image : Same Sky)

• Commutateurs DIP rotatifs : En tant que sous-ensemble de commutateurs DIP, ils présentent un format rotatif pour sélectionner des options discrètes (généralement de 4 à 16 positions) et disposent d'un bouton plat ou surélevé. Comme les commutateurs DIP linéaires, ils sont disponibles en versions à montage traversant ou en surface. Cependant, contrairement aux commutateurs DIP linéaires, ils permettent une sortie BCD ou hex. Bien que compacts et conviviaux, ils offrent une sortie unique et ne sont pas destinés à une utilisation continue.

Figure 6 : Exemple de commutateur DIP rotatif. (Source de l'image : Same Sky)

• Interrupteurs à glissière : Communément appelés interrupteurs d'alimentation, les interrupteurs à glissière sont actionnés en faisant glisser un actionneur. Ils sont généralement de type SPST et supportent une utilisation fréquente. Certains disposent de plusieurs pôles ou positions de contact, ce qui peut rendre difficile un positionnement précis. Bien qu'ils aient une capacité supérieure à celle des commutateurs DIP, ils restent de faible puissance et offrent généralement un montage en surface ou traversant sur des circuits imprimés. Ils servent parfois de commutateurs DIP plus accessibles dans l'électronique grand public, même s'il est difficile de trouver un équilibre entre facilité d'utilisation et élimination des actionnements accidentels.

Figure 7 : Exemple d'interrupteur à glissière. (Source de l'image : Same Sky)

• Interrupteurs tactiles : Connus pour leur clic perceptible, les interrupteurs tactiles sont de petits boutons à action momentanée, conçus pour les signaux basse tension et à faible courant. Ils compensent leurs modestes capacités électroniques par leur robustesse, offrant une longue durée de vie de l'ordre de centaines de milliers, voire de dizaines de millions de cycles. Bien qu'ils soient généralement unipolaires, ils peuvent également présenter plusieurs positions de contact et des indices IP élevés. Leur utilisation répandue dans l'électronique grand public, comme les manettes de jeu, les télécommandes, les portes de garage et diverses applications industrielles, souligne leur popularité en raison de leur petite taille et de leur durabilité.

Figure 8 : Exemple d'interrupteur tactile. (Source de l'image : Same Sky)

• Interrupteurs à bascule : Les interrupteurs à bascule pivotent au milieu pour basculer entre deux options, généralement non momentanées. Ils servent généralement d'interrupteurs d'alimentation pour les circuits haute tension, certains étant équipés d'une lampe à incandescence ou d'une LED pour indiquer l'état de l'interrupteur. Ils peuvent être répertoriés IP pour les environnements difficiles. Leur interface et leur actionnement simples les rendent populaires dans l'électronique grand public, malgré un coût légèrement plus élevé en raison de leur taille et de leurs fonctionnalités. Dans les environnements industriels, ils complètent les interrupteurs à levier et peuvent être équipés de capots pour éviter tout actionnement accidentel.

Figure 9 : Exemple d'interrupteur à bascule. (Source de l'image : Same Sky)

• Interrupteurs à bouton-poussoir : Les interrupteurs à bouton-poussoir, souvent appelés boutons ou boutons-poussoirs, offrent un simple actionnement entrée-sortie. Ils peuvent être à action momentanée, ils se présentent sous différentes formes, et des LED sont souvent intégrées pour éclairer ou indiquer l'état de l'interrupteur. Ils supportent de larges plages de tensions et de courants, et sont généralement montés sur panneaux ou circuits imprimés. Grâce à leur facilité d'utilisation, ils conviennent aux espaces publics avec un flux constant d'utilisateurs. Les boutons-poussoirs peuvent être renforcés, avec des séries anti-vandalisme et des indices IP élevés, adaptés aux environnements difficiles comme les ascenseurs ou les métros. Cependant, leur taille, leurs options LED et leurs matériaux peuvent entraîner des coûts plus élevés par rapport aux modèles d'interrupteurs à bouton-poussoir plus simples et plus petits.

Figure 10 : Exemple d'interrupteur à bouton-poussoir. (Source de l'image : Same Sky)

• Interrupteurs à levier : Les interrupteurs à levier se distinguent par leur levier allongé, qui les rend adaptés au port de gants ou aux situations avec un contrôle moteur fin limité. Le levier proéminent offre un retour visuel clair, éliminant le recours à des LED supplémentaires, et ses mouvements amples garantissent un basculement net. Ils sont disponibles en différents nombres de pôles et positions de contact, bien qu'ils soient moins souvent configurés comme interrupteurs à action momentanée. Les interrupteurs à levier sont appréciés pour leur facilité d'actionnement, leur rétroaction rapide et l'intégration de fonctions de sécurité, ce qui les rend bien adaptés aux applications industrielles ou scientifiques. En raison de leur utilisation stratégique dans les avions, les instruments de contrôle et les équipements médicaux, ils ont tendance à être plus chers.

Figure 11 : Exemple d'interrupteur à levier. (Source de l'image : Same Sky)

Résumé

Les interrupteurs sont des composants fondamentaux qui jouent un rôle central dans les systèmes électroniques et électriques. Cet article présente un aperçu complet des principaux aspects des interrupteurs, notamment leurs types, leur fonctionnement, leurs applications et les considérations à prendre en compte. Qu'il s'agisse de concevoir un dispositif électronique grand public ou de travailler sur un projet industriel complexe, le choix de l'interrupteur approprié peut avoir un impact considérable sur les fonctionnalités et la fiabilité d'un système. Same Sky propose une gamme de solutions de commutation prêtes à l'emploi, répondant à une grande variété d'exigences de commutation.