Tutorial sobre interruptores

Los interruptores son parte integrante de la electrónica. Casi todos los aparatos electrónicos tienen un interruptor, si no varios. Esto se debe a que, cuando se utilizan dispositivos, suele haber varios modos de funcionamiento. Los modos obvios serían encendido o apagado, pero a menudo hay opciones que se pueden ajustar. Las ventanillas del coche se controlan mediante interruptores momentáneos que pueden subir y bajar las ventanillas. Las estaciones de juego utilizan interruptores para controlar el juego. La lista de aplicaciones de los interruptores es interminable en la industria electrónica. Hoy en día existen varios tipos de interruptores en el mercado y hay que tener en cuenta varias consideraciones a la hora de elegir un interruptor. Algunas de las preguntas que hay que hacerse son cuántos polos y tiros se necesitan, si el interruptor debe ser mantenido o momentáneo, y cuáles son las consideraciones eléctricas, como la corriente máxima y los voltajes nominales. Esperemos que este artículo pueda arrojar algo de luz sobre el mundo de los interruptores.

Antes de entrar en cada tipo de interruptor sería bueno repasar los diferentes circuitos que se encuentran en cada interruptor. Hay dos términos que se utilizan para describir el circuito de un interruptor. Se trata de "polo" y "tiro". Un "polo" se refiere al número de circuitos que hay en un interruptor. Un interruptor unipolar sólo tendrá un circuito activo a la vez. El término "tiro" se refiere al número de posiciones en las que se puede conectar el polo. La figura uno muestra un esquema de un interruptor unipolar y unidireccional (SPST).

Figura 1: Esquema del circuito SPST NO (unipolar y unidireccional, normalmente abierto).

Un interruptor SPST tendrá un solo polo; sólo hay un circuito posible utilizando esta configuración. TI está abierto o cerrado. Un interruptor unipolar puede estar normalmente abierto o normalmente cerrado. Cuando está cerrado, puede circular corriente por el interruptor; cuando está abierto, no. Imagina ahora que sólo hay un camino para que fluya la corriente en un momento dado, pero que hay dos opciones por donde puede fluir la corriente. Se trataría de un SPDT (Polo único, tiro doble). La figura 2 ilustra este punto.

Figura 2: Esquema del circuito SPDT.

Este tipo de lógica facilita la comprensión de los interruptores. Otro ejemplo similar a un SPDT es un doble polo y doble tiro (DPDT). Tendrá el mismo aspecto que la figura 2, pero con dos polos en lugar de uno. La figura 3 ilustra el circuito para un DPDT.

Figura 3: Esquema del circuito DPDT.

Una cosa que hay que tener en cuenta con los interruptores es que varios circuitos diferentes pueden funcionar para lograr un fin similar. Un ejemplo sería un simple interruptor de encendido/apagado sin función momentánea. Esto se puede conseguir con un SPST o un SPDT. Tomemos como ejemplo el GRS-2011-2019 de CW Industries. Este dispositivo tiene dos terminales en la parte inferior que es sinónimo de un interruptor SPST. Cuando el interruptor está en una posición, se conectan y puede circular corriente. Cuando el interruptor esté en la otra posición no estará conectado y no podrá circular corriente. Si se tomara un SPDT como el GRS-2013A-2000 en lugar de un SPST se podría conseguir lo mismo. TI consistiría simplemente en utilizar solo dos de los terminales y dejar uno abierto. Esto es útil para situaciones en las que se necesita un interruptor SPST normalmente abierto o normalmente cerrado. Un SPDT puede ser cualquiera de esas opciones. En el caso de un SPDT, también es importante comprender la función del interruptor. Un SPDT puede tener dos posiciones para el actuador o tres. Para explicarlo, piense en un interruptor ON-OFF-ON. Esto es habitual en aplicaciones de motor en las que el motor puede girar en un sentido, pararse y girar en el otro. Un SPDT puede hacer esto, pero no todos los interruptores SPDT pueden hacerlo. El GRS-2013A-2000 es un interruptor ON-OFF-ON, por lo que sería posible que ese interruptor realizara esa acción. El D508J12S205QA de C&K no podría conseguirlo; es un interruptor ON-MOM. Esto significa que el interruptor suele estar en la posición ON y puede apagarse momentáneamente. Por ejemplo, en las cintas transportadoras de las cajas de los supermercados. Simplemente enganchando los cables al revés, el motor no funcionará en el transportador hasta que el actuador esté presionado. Cuando se presiona el actuador, se produce un contacto momentáneo en el interior del interruptor y puede fluir la corriente. Una vez liberado el actuador, el interruptor vuelve a su posición normal de apagado y deja de circular corriente.

Las características eléctricas también son importantes a la hora de elegir un interruptor. Si un circuito requiere 50 amperios, un interruptor de 10 amperios no funcionará. Siempre es importante fijarse en los valores nominales de voltaje y corriente de un interruptor. Existe incluso una distinción entre Voltaje de CA y Corriente de CA frente a CC. A menudo, los fabricantes dan clasificaciones para ambas cosas, pero no siempre. Cuando evalúe el voltaje nominal de un interruptor, fíjese en lo que indica el fabricante para el tipo de voltaje. Si un valor nominal indica 125 V_CA, entonces está indicando un voltaje de CA. Si el valor nominal indica 125 V, se trata de un voltaje CC. Esta lengua vernácula se indicará en la hoja de datos o en el plano del producto. En el sitio web de DigiKey se puede hacer otra distinción. El producto PS1024ARED de E-Switch tiene una clasificación CA; sin embargo, DigiKey dice 125 V en línea. Esto se debe a que la Columna en la que se encuentra el voltaje nominal es la de "Voltaje nominal - CA". La figura 4 muestra esto desde el sitio web de DigiKey y la figura 5 muestra la clasificación en el PS1024ARED.

Figura 4: Atributos del producto PS1024ARED.

Figura 5: Plano de especificaciones eléctricas del PS1024A.

Algo que no es evidente en el sitio web de DigiKey, pero obvio en las notas de dibujo es que hay un par de diferentes clasificaciones para este interruptor. El primer valor nominal es de 3 A a 125 V_CA y el segundo de 1.5 A a 250 V_CA. ¿Cómo es posible que haya dos clasificaciones para el mismo interruptor? Esto se debe a que la potencia es una función del voltaje y la corriente. Ambos tienen la misma potencia de salida. Si se introdujeran las siguientes cifras para la potencia de salida, se obtendrían los mismos resultados.

A menudo, un interruptor sólo tiene capacidad para CA y no para CC. Existe una regla empírica que puede utilizarse para determinar el valor nominal de CC de un interruptor de CA. Cualquiera que sea la corriente nominal más alta del interruptor, la corriente seguirá siendo la misma y el voltaje CC se fijará en 30 voltios. El PS1024A tiene dos potencias nominales, 3 A a 125 V_CA y 1.5 A a 250 V_CA. Esta regla significa que el interruptor podría tomar el valor nominal de 3 A y utilizarlo para hasta 30 V_CC. Se trata de una regla general extraída de Carling Technologies denominada "Regla CC". A menudo, los interruptores también tienen una potencia nominal. Esto se debe a que las cargas inductivas pueden tener corrientes de irrupción extremadamente altas. El valor nominal de HP se diseñará para interruptores que se utilizan con motores de CA. Esto no significa que uno de estos interruptores no se pueda utilizar en otros dispositivos, pero por eso se pone esa clasificación en el interruptor.

Interruptor pulsador

Un tipo de interruptor es el pulsador. Estos interruptores tendrán un actuador. El actuador también puede denominarse botón en un lenguaje menos formal. Suelen montarse en panel o colocarse en una placa. La figura 6 muestra el KB16CKW01-5F-JF de NKK Switches.

Figura 6: KB16CKW01-5F-JF.

Un aspecto interesante del KB16CKW01-5F-JF es el número de terminales que tiene. Se trata de un SPDT que sólo debería tener 3 terminales, pero este dispositivo tiene 5 terminales. Esto se debe a que este dispositivo está iluminado. Muchos interruptores están iluminados y tendrán un voltaje de iluminación nominal. Este interruptor en concreto tiene un voltaje de iluminación de 2.1 V_CC. La documentación indica que el terminal número 2 es el terminal común y que el LED se alimentará de los terminales L (+) y L (-), como se muestra en la figura 7.

Figura 7: Documentación para KB16CKW01-5F-JF.

A menudo, los interruptores incluyen accesorios al final de la página del producto. En la parte inferior de la página del producto KB16CKW01-5F-JF en el sitio web de DigiKey es posible ver cuatro accesorios que van con el interruptor.

Estos accesorios se pueden encontrar en la parte inferior de la página KB16CKW01-5F-JF en el sitio web de DigiKey, o a través de la documentación de la hoja de datos de la Serie. A menudo, los fabricantes crean toda una serie de interruptores. Se trata de un grupo de productos patentados que van juntos. El KB16CKW01-5F-JF se ha diseñado específicamente para llevar determinados accesorios que se indican en la documentación. El accesorio de cubierta de seguridad se encuentra en la página D34 de la hoja de datos de la serie. La figura 8 muestra la cubierta de seguridad junto con su referencia de pedido AT494.

Figura 8: Documentación para KB16CKW01-5F-JF.

A menudo, los fabricantes de interruptores ponen toda una serie en una sola hoja de datos porque algunos de los cambios de una pieza a otra pueden ser triviales. A menudo, los diferentes números de pieza sólo suponen un cambio de color. El accesorio LED AT635F es un buen ejemplo de ello. En la documentación sólo aparecerá el número AT635 como opción. El producto mencionado anteriormente tiene el sufijo "F". La figura 9 muestra el esquema de pedidos, en el que se indica que el sufijo "F" es un LED verde. A la izquierda del esquema de pedido se encuentra el número LED base del AT635. En la Columna central hay opciones para Rojo, Ámbar y Verde. En la casilla "Verde" pone 5F. Esto significa que para el AT635F, el LED será verde.

Figura 9: Documentación para KB16CKW01-5F-JF.

Interruptor táctil

Los interruptores táctiles son similares a los pulsadores, pero suelen ser mucho más pequeños. Imagina un router doméstico personal con un interruptor de reinicio. El interruptor suele estar empotrado en el plástico para que no pueda pulsarse accidentalmente. Normalmente, para pulsar ese tipo de interruptor es necesario utilizar un clip o un palillo. Este tipo de interruptores suelen ser táctiles, momentáneos y no suelen utilizarse como interruptor de encendido o apagado. A menudo se utilizarán para reiniciar algo, contar algo, detener algo o cualquier función de esa naturaleza. Suelen tener voltajes y corrientes muy bajos. El MJTP1230 de APEM Inc. es un ejemplo de interruptor táctil. Este interruptor es un SPST-NO, o circuito unipolar, normalmente abierto. Esto significa que la corriente no puede fluir a través de este interruptor hasta que el actuador haya sido presionado. Una vez liberado el actuador, el interruptor volverá a abrirse automáticamente y no podrá circular corriente. La figura 10 es una ilustración del MJTP1230.

Figura 10: MJTP1230.

Este interruptor tiene cuatro patas. Este suele ser el caso de los interruptores táctiles. No es porque se puedan conectar dos circuitos diferentes, sino porque al añadir dos patas adicionales se añade soporte físico al interruptor cuando se suelda en una placa. Las dos patas de un lado estarán permanentemente conectadas independientemente de la posición del interruptor. El otro lado del interruptor seguirá la misma regla en la que las patas están siempre conectadas. Cuando se pulsa el actuador, hay continuidad entre ambas mitades del interruptor. En cuanto al circuito, este interruptor seguirá el esquema de la figura 1.

Dipswitch

Los Dipswitches son interruptores que se encuentran en un "Dual Inline Package". Se diseñarán para que quepan en un tablero de prueba. Estos interruptores serán un conglomerado de pequeños interruptores SPST NO (unipolar y unidireccional, normalmente abierto). Un ejemplo de su uso es el control DMX de la iluminación escénica. Cada luminaria tendrá una dirección que se le podrá asignar. En las luces modernas controladas por DMX, esto se puede programar mediante un microcontrolador y simplemente moviendo un número hacia arriba o hacia abajo en una pantalla. En las antiguas luces controladas por DMX, habría un interruptor DIP que se podría cambiar para dar la dirección binaria adecuada para ese aparato. Estos tipos de interruptores suelen montarse en superficie o con orificios pasantes, pero también existen opciones de montaje en panel. La figura 11 ilustra el 208-4, un dipswitch de CTS Electrocomponents.

Figura 11: 208-4.

Interruptor de tecla basculante

Los interruptores de tecla basculante también son muy populares en el mercado. Este tipo de interruptor tiene un actuador cóncavo que se balancea hacia delante y hacia atrás desde cada posición. Muchos interruptores ON/OFF son interruptores de tecla basculante para electrónica de consumo. Normalmente se montan en panel, pero también pueden montarse directamente en una placa. La figura 12 muestra el CRE22F2BBRLE de ZF Electronics.

Figura 12: CRE22F2BBRLE.

Este interruptor es un SPST por lo que sólo se encenderá o apagará. Hay un terminal central en este interruptor porque está iluminado. Los interruptores SPST con iluminación suelen tener tres terminales. Los terminales exteriores serán los encargados de permitir el paso de la corriente desde la fuente a tierra. El terminal central se utiliza para la luz. Cuando el interruptor está abierto, no puede circular corriente por la luz. Cuando el interruptor está cerrado, la corriente fluye desde la fuente, a través de la luz, hasta tierra.

Otro aspecto a tener en cuenta en un interruptor de tecla basculante es el tamaño físico real del terminal. Suelen montarse en panel, por lo que suelen terminarse con cables discretos mediante terminales de conexión rápida. El CRE22F2BBRLE tiene terminales de 0.25" de ancho. Esto se indica en el sitio web de DigiKey en los atributos del producto "Estilo de terminación". Los tamaños más comunes para los terminales son 0.110", 0.187" y 0.250". En la página "Terminales - Enchufes rápidos, conectores de desconexión rápida" del sitio web de DigiKey encontrará los enchufes rápidos correspondientes.

Interruptor de fin de carrera de acción rápida

A menudo, en la fabricación se necesita un interruptor para contar las cosas. Imagine una cadena de producción que tiene que contar cuántos productos pasan por ella en un momento determinado. El producto puede pesar una determinada cantidad y ser capaz de accionar un interruptor. Esta aplicación podría requerir un interruptor que sólo necesitara moverse un poco para contar algo. El D2VW-5L2-1HS de Omron es un ejemplo de interruptor de fin de carrera de acción rápida que podría utilizarse para lograr algo así. La figura 13 muestra cómo el D2V2-5L2-1HS tiene un brazo extendido que podría utilizarse para dicho proceso.

Figura 13: D2VW-5L2-1HS.

Existen finales de carrera de acción rápida que mantienen su circuito como un interruptor ON/OFF; la mayoría de ellos serán momentáneos. Es muy habitual encontrar finales de carrera de acción rápida SPST-NO o SPST-NC. Un buen truco que se había mencionado un poco antes es el uso de un circuito SPDT en lugar del SPST normalmente abierto o normalmente cerrado. Este es un buen truco porque si la aplicación requiere normalmente abiertos o normalmente cerrados, el interruptor será capaz de realizar la tarea.

El accesorio más común para un interruptor de fin de carrera de acción rápida sería el brazo del actuador. A menudo llevan rodillos, a veces sólo una barra plana, hay varios tipos de configuraciones. La Figura 14 ilustra algunos de los estilos de actuador para la serie D2VW.

Figura 14: Estilos de actuador.

Interruptor de codillo

Los interruptores de codillo son otro tipo de interruptor muy popular. Suelen montarse en panel, como los interruptores de tecla basculante. Pueden utilizarse para funciones momentáneas, pero suelen emplearse para funciones mantenidas. Suelen tener un actuador que parece un pequeño bate de béisbol y un casquillo roscado para el montaje en panel. La figura 15 muestra el 200MSP3T1B1M2QEH de E-Switch.

Figura 15: 200MSP3T1B1M2QEH.

Los accesorios habituales de los interruptores de codillo son arandelas de seguridad y tuercas hexagonales para el montaje. Suelen encontrarse en la parte inferior de la página del producto en el sitio web de DigiKey, en el área "Associated Product" (Producto asociado). El 200MSP3T1B1M2QEH incluye ambos elementos en su página de producto, como se muestra en la Figura 16.

Figura 16: Arandela de seguridad y tuerca hexagonal asociadas.

Otros accesorios habituales de los interruptores táctiles son las cubiertas de seguridad y las fundas. Las figuras 17 y 18 ilustran estos accesorios respectivamente. La cubierta de seguridad es un accesorio para el GTS447A101HR de CW Industries y la funda es un accesorio para el M2012SS1W01 de NKK Switches.

Figura 17: Cubierta de seguridad para GTS447A101HR.

Figura 18: Arranque para M2012SS1W01.

Interruptor giratorio

A menudo se necesita un interruptor que pueda seleccionar entre varios modos de funcionamiento. Estas aplicaciones pueden requerir a veces un interruptor giratorio. Estos tendrán de uno a varios polos, pero a menudo pueden tener bastantes tiros. El C7D0124N-C de Electroswitch es un ejemplo de interruptor giratorio. Se trata de un interruptor SP24T. Esto significa que hay 24 opciones diferentes para que la corriente fluya, pero la corriente sólo fluirá a través de una a la vez. Los accesorios más comunes de los interruptores giratorios son las perillas, las placas giratorias, las arandelas de seguridad y las tuercas hexagonales. Al igual que los productos anteriores, estos accesorios suelen encontrarse en la lengüeta "Producto asociado" del sitio web de DigiKey. La figura 19 ilustra el C7D0124N-C.

Figura 19: C7D0124N-C.

Otra distinción que puede hacerse para un interruptor giratorio es si es "Make-Before-Break" o "Break-Before-Make". Otro tipo de vernáculo que se puede utilizar para describir esto es "Shorting" o "Non-Shorting". El término "Shorting" se refiere a "Make-Before-Break". Esto significa que cuando el interruptor pasa de una posición a otra, nunca hay un circuito abierto. El interruptor tendrá temporalmente dos circuitos activos en él hasta que se mueva completamente a su posición deseada. El 212T0111S332RA de CTS Electrocomponents es un ejemplo de interruptor giratorio "Make-Before-Break". Lo contrario es "Non-Shorting" o "interrupción previa a la conexión". Esto significa que el primer circuito se interrumpirá por completo antes de que el interruptor esté en posición para su nuevo circuito. El KC52A30.001NPS de E-Switch es un ejemplo de interruptor giratorio de "interrupción previa a la conexión".

Interruptor de llave

Los interruptores de llave son una forma muy común de interruptor. El encendido de un coche es un ejemplo de interruptor OFF-ON-MOMENTARY. Cuando se introduce la llave en el contacto de un coche, el interruptor está en la posición ON, pero no hará nada en esa posición hasta que se arranque el vehículo. La posición MOMENTARIA es la que pone en marcha el vehículo, momento en el que la llave vuelve a la posición ON. Para apagar el vehículo, es necesario girar la llave a la posición OFF. Un ejemplo de interruptor de bloqueo de teclas es el 84829-07 de Honeywell Sensing and Productivity Solutions representado en la Figura 20.

Figura 20: 84829-07.

Conclusión:

Hoy en día existen muchos tipos de interruptores en el mercado. Todos trabajan para lograr el mismo fin: conectar circuitos. Existen funciones de interruptor mantenido y momentáneo. Un interruptor con función de mantenimiento mantendrá su posición hasta que se mueva manualmente. Por el contrario, un interruptor con función momentánea volverá automáticamente a su estado por defecto. La aplicación acotará el tipo de interruptor que se necesita. El circuito del interruptor, junto con parámetros físicos como la corriente y el voltaje máximos admisibles, serán algunos de los factores más determinantes a la hora de elegir un interruptor. El tipo de interruptor puede ser intercambiable; un circuito electrónico funcionará igual de bien con un interruptor de codillo que con un interruptor de tecla basculante. El estilo del interruptor dependerá en gran medida de las preferencias personales del ingeniero y del entorno en el que se vaya a colocar.