Tutto ciò che c'è da sapere sugli interruttori

Gli interruttori sono una parte integrante della nostra vita quotidiana, sono onnipresenti e offerti in vari tipi. Sono disponibili in innumerevoli forme, da piccoli pulsanti a enormi controlli, e offrono una moltitudine di funzioni. Questa diversità, influenzata da fattori quali il funzionamento meccanico o elettrico e il controllo manuale o elettronico, può spesso ridursi a preferenze personali in fatto di estetica e interfacce utente.

Sebbene gli interruttori elettronici, basati su tecnologie come BJT, MOSFET, IGBT e altri semiconduttori, stiano riscuotendo sempre maggiore attenzione grazie alla riduzione dei costi e all'ampliamento delle funzioni, gli interruttori ad azionamento meccanico sono ancora la soluzione preferita. Questo articolo approfondisce i principi base degli interruttori, con particolare attenzione ai modelli manuali e automatici, per comprendere come essi siano in grado di conciliare forma e funzione.

Principi base degli interruttori

Il punto di partenza per la scelta di qualsiasi interruttore richiede la conoscenza dei concetti di poli e vie. In parole povere, i poli indicano il numero di circuiti che un singolo interruttore può comandare, mentre le vie indicano il numero di contatti disponibili all'interruttore. Questa nozione diventa più chiara attraverso rappresentazioni visive dirette.

Figura 1: Schema di un interruttore SPST. (Immagine per gentile concessione di Same Sky)

Un interruttore unipolare a una via, detto SPST, offre il controllo di un solo circuito ed è in grado di aprire e chiudere un solo contatto. Facciamo un confronto con un interruttore con configurazione unipolare ma a due vie, noto come SPDT.

Figura 2: Schema di un interruttore SPDT. (Immagine per gentile concessione di Same Sky)

Nell'interruttore SPDT rimane sotto controllo un unico circuito, ma l'interruttore può commutare tra due contatti distinti. Nel regno degli SPDT, l'interruttore non si limita al semplice atto di aprire e chiudere un circuito ma si occupa del reindirizzamento del circuito stesso.

Figura 3: Schema di un interruttore DPDT. (Immagine per gentile concessione di Same Sky)

Quando si tratta di un interruttore bipolare a due vie (DPDT), un singolo interruttore assume il controllo di due circuiti e ogni interruttore al suo interno commuta tra due contatti. Sebbene SPST, SPDT, DPST e DPDT rappresentino le configurazioni di interruttori più diffuse, non vi è alcun vincolo teorico sul numero di poli e di vie che può avere un interruttore. Quando ci sono più di due poli o vie, etichette numeriche sostituiscono la "S" di singolo o la "D" di doppio. Ad esempio, un interruttore a quattro poli e cinque vie potrebbe essere etichettato dal produttore come interruttore 4P5T. Analogamente, un interruttore bipolare a sei vie può essere rappresentato come DP6T.

Considerazioni sulla selezione degli interruttori

Oltre ai poli e alle vie, molte altre specifiche degli interruttori vanno considerate per la selezione. L'elenco seguente comprende alcune delle caratteristiche più comuni, ma non è assolutamente esaustivo.

• Dimensioni: come accennato in precedenza, gli interruttori sono disponibili in diverse forme e dimensioni. Dagli interruttori più piccoli di un chicco di riso a quelli troppo grandi per essere spostati a mano, le dimensioni dipendono in genere dall'applicazione prevista. Gli ambienti industriali spesso utilizzano interruttori più grandi quando devono essere azionati con i guanti o con piccoli movimenti, mentre i dispositivi compatti e integrati di solito optano per l'interruttore più piccolo possibile.
• Stato predefinito: la maggior parte degli interruttori non ha uno stato predefinito, ma esistono interruttori momentanei che di solito presentano una condizione predefinita, normalmente aperta (NA) o normalmente chiusa (NC).
• Posizioni: questo parametro determina la quantità di interruttori incorporati in una singola unità. Può capitare che questo concetto venga erroneamente scambiato con quello di "via", ma è fondamentale riconoscere che le posizioni indicano interruttori distinti all'interno della stessa unità, ciascuno in grado di essere azionato in modo indipendente.
• Montaggio: come ogni componente elettronico, gli interruttori offrono una varietà di configurazioni di montaggio. Gli stili a montaggio superficiale e passante sono solitamente associati a interruttori più piccoli su PCB, mentre gli interruttori per montaggio a pannello e su guida DIN tendono ad essere più grandi. Una considerazione fondamentale nelle configurazioni a montaggio superficiale e foro passante è il parametro noto come "passo", che indica la distanza di separazione dei conduttori. Nel contesto degli interruttori a foro passante, il passo è particolarmente importante, in quanto il passo appropriato ne consente l'utilizzo con le basette sperimentali.

Figura 4: Utilizzo di un interruttore a foro passante su una basetta sperimentale. (Immagine per gentile concessione di Same Sky)

• Azionamento: oltre a distinguere tra azionamento manuale ed elettronico, gli interruttori offrono diversi metodi di azionamento. Questi possono includere l'azionamento manuale o mediante il ricordo a piccoli avvitatori o attrezzi. Tuttavia, l'opzione più comune è la scelta tra un attuatore di tipo rialzato o piatto.
• Corrente e tensione nominali: gli interruttori presentano un ampio intervallo di tensioni e correnti nominali, da pochi volt e ampere fino a centinaia o addirittura migliaia. È indispensabile verificare sempre che un interruttore sia in grado di soddisfare i valori nominali di corrente e tensione previsti per l'applicazione finale.
• Fattori ambientali: riguardano in genere la protezione dalle infiltrazioni o ai gradi di protezione IP utilizzati per indicare il livello di protezione degli interruttori da polvere e liquidi. Tuttavia, alcuni interruttori possono avere una maggiore sensibilità alle vibrazioni o caratteristiche di resistenza agli atti vandalici.

Tipi di interruttori meccanici

I tipi di interruttori riportati di seguito sono ad azionamento meccanico e ampiamente utilizzati, anche se non esclusivamente, in sistemi piccoli, portatili o embedded.

• Interruttori DIP: disponibili in contenitori a foro passante o montaggio superficiale, gli interruttori DIP sono generalmente una serie di interruttori SPST. Si adattano bene alle basette sperimentali e ai prodotti finiti, per selezioni semi-permanenti. Sono disponibili nelle forme piano, a scorrimento e rotante, sono utilizzati per le impostazioni delle opzioni nei dispositivi, in particolare nelle applicazioni industriali e nei kit di sviluppo. Gli interruttori DIP offrono più opzioni rispetto ai ponticelli e sono facili da utilizzare, ma non sono adatti per regolazioni frequenti.

Figura 5: Esempio di un interruttore DIP. (Immagine per gentile concessione di Same Sky)

• Interruttori DIP rotanti: come sottoinsieme degli interruttori DIP, questi hanno un formato rotante per la selezione di opzioni discrete (di solito da 4 a 16 posizioni) e presentano una manopola piatta o rialzata. Come gli interruttori DIP lineari, sono disponibili in contenitori a foro passante o per il montaggio superficiale. Tuttavia, a differenza degli interruttori DIP lineari, possono emettere dati in BCD o in formato esadecimale. Pur essendo compatti e facili da usare, offrono un'uscita singola e non sono destinati all'uso continuativo.

Figura 6: Esempio di un interruttore DIP rotante. (Immagine per gentile concessione di Same Sky)

• Interruttori a scorrimento: comunemente conosciuti come interruttori di alimentazione, gli interruttori a scorrimento sono azionati facendo scorrere un attuatore. In genere sono SPST e possono tollerare l'uso frequente. Sebbene alcuni abbiano più poli o vie, questa configurazione può rendere difficile il loro posizionamento preciso. Hanno una capacità superiore a quella degli interruttori DIP, tuttavia rimangono a bassa potenza e sono comunemente montati in superficie o a foro passante su PCB. Talvolta fungono da interruttori DIP nell'elettronica consumer, anche se bilanciare la facilità d'uso con la necessità di evitare azionamenti accidentali può essere problematico.

Figura 7: Esempio di un interruttore a scorrimento. (Immagine per gentile concessione di Same Sky)

• Interruttori tattili: noti per il loro clic evidente, gli interruttori tattili sono piccoli pulsanti momentanei progettati per segnali a bassa tensione e bassa corrente. Compensano le loro modeste capacità elettroniche con la robustezza, offrendo lunghi cicli di vita pari a centinaia di migliaia o addirittura decine di milioni di azionamenti. Sebbene siano tipicamente unipolari, possono anche essere dotati di più vie e di un elevato grado di protezione IP. Il loro uso diffuso nell'elettronica consumer, ad esempio nei controller di videogiochi, telecomandi, apriporta di garage e varie applicazioni industriali, sottolinea la loro popolarità grazie alle loro piccole dimensioni e alla lunga durata.

Figura 8: Esempio di un interruttore tattile. (Immagine per gentile concessione di Same Sky)

• Interruttori a bilanciere: gli interruttori a bilanciere ruotano attorno a un perno centro per passare da un'opzione all'altra e di solito non sono momentanei. In genere servono come interruttore di alimentazione per i circuiti ad alta tensione e alcuni sono dotati di illuminazione a LED o a incandescenza per indicare lo stato dell'interruttore. Possono avere vari gradi IP per gli ambienti difficili. La semplicità dell'interfaccia e dell'azionamento li rende popolari nell'elettronica consumer, nonostante il costo leggermente superiore dovuto alle dimensioni e alle caratteristiche. In ambito industriale, questi interruttori sono complementari agli interruttori a levetta e possono essere dotati di coperchi per impedirne l'azionamento accidentale.

Figura 9: Esempio di un interruttore a bilanciere. (Immagine per gentile concessione di Same Sky)

• Interruttori a pulsante: gli interruttori a pulsante, spesso chiamati semplicemente pulsanti, sono caratterizzati da un semplice azionamento a pressione. Possono essere momentanei, sono disponibili in varie forme e spesso integrano dei LED per l'illuminazione o per indicare lo stato dell'interruttore. Possono gestire un ampio intervallo di tensioni e correnti e si montano tipicamente su PCB o pannelli. La loro facilità d'uso si adatta bene alle aree pubbliche con l'uso costante da parte dell'utenza. I pulsanti possono essere irrobustiti, con serie antivandalismo e alti gradi di protezione IP, ideali per ambienti difficili come ascensori o metropolitane. Tuttavia, le dimensioni, le opzioni LED e i materiali possono comportare costi più elevati rispetto ai modelli a pulsante più semplici e piccoli.

Figura 10: Esempio di un interruttore a pulsante. (Immagine per gentile concessione di Same Sky)

• Interruttori a levetta: gli interruttori a levetta si contraddistinguono per la presenza di una leva sporgente, che li rende adatti a chi indossa i guanti o chi ha un limitato controllo motorio fine. La leva offre un chiaro riscontro visivo, eliminando la necessità di LED aggiuntivi e l'ampia escursione di movimento garantisce una commutazione inequivocabile. Sono disponibili in numerose configurazioni di poli e vie, anche se non è comune che siano configurati come interruttori momentanei. Gli interruttori a levetta sono apprezzati per la facilità di azionamento, la rapidità di riscontro e la sicurezza intrinseca, che li rendono adatti ad applicazioni industriali o scientifiche. A causa del loro uso mission-critical nei velivoli, nella strumentazione di controllo e nelle apparecchiature medicali, tendono ad essere più costosi.

Figura 11: Esempio di un interruttore a levetta. (Immagine per gentile concessione di Same Sky)

Conclusione

Gli interruttori sono componenti fondamentali e svolgono un ruolo centrale nei sistemi elettronici ed elettrici. Questo articolo ha fornito una panoramica completa degli aspetti principali degli interruttori, compresi i tipi, il funzionamento, le applicazioni e le considerazioni. Che si tratti di progettare un dispositivo elettronico di tipo consumer o di lavorare a un complesso progetto industriale, la scelta dell'interruttore appropriato può influire notevolmente sulla funzionalità e sull'affidabilità del sistema finale. Same Sky offre una vasta gamma di soluzioni di commutazione pronte a soddisfare numerose esigenze.