Los fundamentos de los interruptores táctiles

El interruptor táctil es un tipo de interruptor eléctrico muy conocido que, al igual que sus homólogos mecánicos, completa o interrumpe un circuito eléctrico mediante un accionamiento manual. Estos interruptores, que empezaron a utilizarse a principios de la década de 1980 como interruptores de membrana o serigrafiados para teclados y mandos, fueron inicialmente rechazados por su escaso rendimiento y su falta de respuesta táctil. Sin embargo, a finales de la década de 1980, las versiones con cúpulas metálicas incorporadas al diseño ganaron más adeptos gracias a su mejor retroalimentación, su sólido accionamiento y su mayor longevidad. Estos cambios dieron lugar a los interruptores táctiles que se utilizan y se ven actualmente en una amplia gama de aplicaciones comerciales y de consumo.

Como se ha mencionado anteriormente, un elemento diferenciador clave de los interruptores táctiles es que cuando se aplica presión al actuador, este proporciona un "clic" perceptible o un golpe háptico como respuesta para indicar que el interruptor ha funcionado correctamente. Como dispositivos de acción momentánea, una vez que el usuario deja de ejercer presión, el interruptor se libera y el flujo de corriente se corta. Aunque generalmente se encuentran como dispositivos normalmente abiertos, los interruptores táctiles también están disponibles en versiones normalmente cerradas en las que la corriente se apaga cuando se presiona el actuador y comienza a fluir una vez que se suelta.

Figura 1: Ejemplo de interruptores táctiles comunes (Fuente de la imagen: Same Sky)

¿Táctil o pulsador?

Dos tipos de interruptores que a menudo se confunden o cuyos nombres se utilizan indistintamente son los interruptores táctiles y los pulsadores. Aunque son similares en su naturaleza y función, los interruptores de pulsador funcionan presionando un actuador una distancia de recorrido determinada para iniciar el flujo de corriente y detenerlo presionándolo de nuevo. Por el contrario, los interruptores táctiles inician/detendrán el flujo de corriente cuando el actuador sea empujado y sostenido con un recorrido mínimo del actuador.

Aunque algunos pulsadores pueden funcionar como interruptores de acción momentánea, todos los interruptores táctiles son momentáneos. Los interruptores táctiles suelen tener un tamaño más pequeño que los pulsadores, además de una tensión y una corriente generalmente inferiores. Su retroalimentación auditiva o háptica es también un diferenciador clave en comparación con los pulsadores y, mientras que los pulsadores ofrecen estilos de montaje en panel o en PCB, los interruptores táctiles sólo están diseñados para el montaje directo en PCB. Para saber más sobre los pulsadores, lea el blog de Same Sky Pushbutton Switches 101 (Pulsadores 101).

Estructura básica y funcionamiento

Una de las claves de la simplicidad y robustez de los interruptores táctiles, en comparación con otros interruptores mecánicos, es el número limitado de componentes internos para lograr su función. Un diseño típico de interruptor táctil suele incluir cuatro partes en total que se enumeran a continuación:

1. Cubierta superior: protege el mecanismo interno del interruptor y puede ser metálica o de otros materiales, según la función que se le quiera dar. Las cubiertas pueden ofrecer además un terminal de tierra para proteger el interruptor de las descargas estáticas.
2. Émbolo: situado debajo de la tapa y encima de la cúpula de contacto, el émbolo es el componente que el usuario presiona para flexionar la cúpula, activando así el interruptor. Los émbolos pueden ser planos o elevados.
3. Cúpula de contacto: este componente, con su forma arqueada, encaja en la base y se desvía o invierte su forma al entrar en contacto con el émbolo. Este proceso de flexión crea el clic audible y háptico mientras conecta dos contactos fijos en la base para completar el circuito. Una vez retirada la fuerza, la cúpula de contacto vuelve a su forma original y desconecta el circuito. El material utilizado para la cúpula de contacto y el émbolo (metal, goma, etc.) ayudará a determinar la sensación táctil y el sonido del interruptor.
4. Base de resina moldeada: la pieza final del interruptor alberga los terminales y contactos para conectar el interruptor a la placa de circuito impreso.

Figura 2: Estructura típica de un interruptor táctil (Fuente de la imagen: Same Sky)

Principales ventajas y especificaciones

La selección adecuada de los interruptores táctiles es algo más que la simple evaluación de las especificaciones en la hoja de datos del producto. Aparte de varias características y ventajas generales, como el accionamiento momentáneo, los valores nominales de potencia y corriente más bajos, la solidez debida al menor número de piezas móviles y el menor costo, la sensación y el sonido perceptibles de un interruptor táctil pueden tener una gran influencia en la selección de componentes. Puede ser una característica difícil de cuantificar porque la fuerza necesaria para activar el interruptor, así como su respuesta háptica, variará dependiendo del uso y la función previstos. Por ejemplo, un interruptor táctil utilizado en una aplicación de automoción podría necesitar más fuerza de actuación para evitar entradas accidentales por vibración en comparación con un interruptor utilizado en un entorno doméstico o de oficina. A menudo, la mejor manera de determinar las características adecuadas de un interruptor es mediante la creación de prototipos y la realización de pruebas.

Dicho todo esto, aquí hay varias especificaciones clave que todavía hay que tener en cuenta durante el proceso de selección:

• Tensión nominal: tensión máxima que puede soportar el interruptor cuando está abierto o cerrado.
• Corriente nominal: corriente máxima en amperios que puede soportar un interruptor antes de dañarse.
• Fuerza de activación (o fuerza de funcionamiento): cantidad de fuerza o presión (expresada en gramos de fuerza o gf) que se necesita para mover un actuador en un interruptor.
• Desviación (o recorrido del actuador): distancia de recorrido total de un interruptor pulsado.
• Fuerza de contacto: cantidad de fuerza o presión (expresada en gramos) necesaria para que el interruptor conecte los terminales.
• Altura del actuador: la altura del actuador sobre el cuerpo del interruptor. (Véase la figura 3)
• Rango del ciclo de vida: duración prevista de un interruptor en condiciones normales de funcionamiento.
• Rango de temperatura: temperaturas de funcionamiento dentro de las cuales el interruptor funcionará según las especificaciones.
• Estilo de montaje: el método utilizado para montar el interruptor en la placa de circuito impreso, ya sea a través de agujeros o en superficie.
• Clasificación IP: norma internacional que clasifica los grados de protección de un interruptor (u otro producto) contra la intrusión de polvo y líquidos. Consulte los interruptores táctiles con clasificación IP67 de Same Sky.

Figura 3: Alturas comunes de los actuadores de los interruptores táctiles (Fuente de la imagen: Same Sky)

Cableado del interruptor táctil

La mayoría de los interruptores táctiles contienen cuatro pines para ayudar a proporcionar estabilidad durante el montaje de la placa de circuito impreso. Estos cuatro pines están conectados internamente en dos conjuntos. Aunque técnicamente sólo se necesitan dos de los cables para el cableado, la mejor práctica es utilizar todos los pines posibles. También hay modelos de interruptores táctiles con sólo dos pines disponibles, así como versiones de 5 pines que permiten un control similar al de un joystick en un paquete muy mínimo.

Figura 4: Configuración común de interruptor táctil de 4 pines (Imagen: Same Sky)

Conclusión:

Debido a su pequeño tamaño, su baja altura y su larga vida útil, los interruptores táctiles se adaptan a muchas necesidades en una gran variedad de productos industriales y de consumo, incluidas las nuevas aplicaciones en la tecnología vestible y otras. Cuando se necesita un accionamiento momentáneo de baja potencia, los interruptores táctiles seguirán siendo una solución de conmutación con la ventaja añadida de la retroalimentación táctil y auditiva. Para ayudar en el proceso de selección, Same Sky ofrece una línea de interruptores táctiles con paquetes compactos, una gama de alturas de actuadores y múltiples opciones de configuración.