Tutoriel sur les interrupteurs

Les interrupteurs font partie intégrante de l'électronique. La plupart des dispositifs électroniques sont équipés d'un interrupteur, voire de plusieurs. Cela s'explique par le fait que les dispositifs offrent généralement plusieurs modes de fonctionnement. Les modes évidents sont marche et arrêt, mais il existe souvent des paramètres qui peuvent être ajustés. Les vitres de voiture sont contrôlées par des interrupteurs momentanés qui peuvent lever et baisser les vitres. Les stations de jeu utilisent des interrupteurs pour contrôler le jeu. La liste des applications des interrupteurs est infinie dans l'industrie électronique. Il existe plusieurs types d'interrupteurs sur le marché aujourd'hui et plusieurs considérations sont généralement prises en compte lors du choix d'un interrupteur. Parmi les questions à se poser, citons le nombre de pôles et de directions nécessaires, la nécessité d'un interrupteur maintenu ou momentané et les considérations électriques telles que le courant maximum et la tension nominale. Nous espérons que cet article vous permettra de mieux comprendre le monde des interrupteurs.

Avant d'aborder chaque type d'interrupteur, il convient de passer en revue les différents circuits que l'on trouve dans chaque interrupteur. Deux termes sont utilisés pour décrire le circuit d'un interrupteur. Il s'agit de « pôle » et « direction ». Un pôle désigne le nombre de circuits que comporte un interrupteur. Un interrupteur unipolaire n'aura qu'un seul circuit actif à la fois. Le terme « direction » fait référence au nombre de positions auxquelles le pôle peut être connectée. La Figure 1 montre le schéma d'un circuit d'interrupteur unipolaire unidirectionnel (SPST).

Figure 1 : Schéma de circuit SPST.

Un interrupteur SPST a un seul pôle ; il n'y a qu'un seul circuit possible avec cette configuration. Il est soit ouvert, soit fermé. Un interrupteur unipolaire peut être normalement ouvert ou normalement fermé. Lorsqu'il est fermé, le courant peut circuler dans l'interrupteur, mais ce n'est pas le cas lorsqu'il est ouvert. Imaginez maintenant qu'il n'y a qu'un seul chemin pour la circulation du courant à un moment donné, mais deux façons de faire passer le courant. Il s'agit d'un interrupteur unipolaire bidirectionnel (SPDT). La Figure 2 illustre ce point.

Figure 2 : Schéma du circuit SPDT.

L'utilisation de ce type de logique permet de comprendre facilement les interrupteurs. Un autre exemple similaire à SPDT est DPDT (bipolaire bidirectionnel). Il ressemble à la Figure 2, mais avec deux pôles au lieu d'un. La Figure 3 illustre un circuit DPDT.

Figure 3 : Schéma de circuit DPDT.

Il faut garder à l'esprit qu'avec les interrupteurs, plusieurs circuits différents peuvent fonctionner pour atteindre un objectif similaire, par exemple, un simple interrupteur marche/arrêt sans fonction momentanée. Cela peut être réalisé avec un SPST ou un SPDT. Prenons l'exemple du GRS-2011-2019 de CW Industries. Ce dispositif comporte deux bornes sur sa partie inférieure, ce qui est synonyme d'interrupteur SPST. Lorsque l'interrupteur est dans une position, elles sont connectées et le courant peut circuler. Lorsque l'interrupteur est dans l'autre position, elles ne sont pas connectées et le courant ne peut pas circuler. Si l'on prend un SPDT comme le GRS-2013A-2000 au lieu d'un SPST, on peut obtenir le même résultat. Il s'agit simplement de n'utiliser que deux des bornes et d'en laisser une ouverte. C'est pratique dans les situations où un interrupteur SPST normalement ouvert ou normalement fermé est nécessaire. Un SPDT peut être l'une ou l'autre de ces options. Dans le cas d'un SPDT, il est également important de comprendre la fonction de l'interrupteur. Un SPDT peut avoir deux positions pour l'actionneur ou trois. Pour l'expliquer, pensez à un interrupteur qui fonctionne en mode ON-OFF-ON. Cela est courant pour les applications de moteur dans lesquelles le moteur peut tourner dans un sens, puis s'arrêter, puis tourner dans l'autre sens. Un SPDT peut le faire, mais ce n'est pas le cas de tous les interrupteurs SPDT. Le GRS-2013A-2000 étant un interrupteur ON-OFF-ON, il peut donc accomplir cette action. Le D508J12S205QA de C&K n'en est pas capable car il s'agit d'un interrupteur ON-MOM. Cela signifie que l'interrupteur est typiquement en position ON et qu'il peut momentanément s'arrêter. Une application dans laquelle l'utiliser est un tapis roulant à la caisse d'un magasin d'alimentation. En inversant simplement les fils, le moteur ne fonctionnera pas sur le tapis roulant tant que l'actionneur ne sera pas enfoncé. Lorsque l'actionneur est enfoncé, il y a un contact momentané dans l'interrupteur et le courant peut circuler. Une fois l'actionneur relâché, l'interrupteur revient à sa position normale d'arrêt et le courant cesse de circuler.

Les caractéristiques électriques doivent également être prises en compte lors du choix d'un interrupteur. Si un circuit nécessite 50 A, un interrupteur répertorié à 10 A ne fonctionnera pas. Il est toujours important de regarder les valeurs nominales de tension et de courant d'un interrupteur. Il existe même une distinction entre les tensions et les courants CA et CC. Les fabricants donnent souvent des informations pour ces deux éléments, mais ce n'est pas systématique. Lorsque vous évaluez la tension nominale d'un interrupteur, regardez ce que le fabricant indique pour le type de tension. Si une valeur nominale indique 125 V_CA, il s'agit d'une tension alternative. Si la valeur nominale indique 125 V, il s'agit d'une tension continue. Ce langage technique sera indiqué sur la fiche technique ou le dessin du produit. Sur le site Web de DigiKey, une autre distinction peut être faite. Le produit PS1024ARED d'E-Switch a une valeur nominale CA, mais DigiKey indique 125 V sur son site. Cela s'explique par le fait que la ligne affichant la valeur nominale indique « Tension nominale - CA ». La Figure 4 illustre les informations du site Web de DigiKey et la Figure 5 montre les spécifications sur le PS1024ARED.

Figure 4 : Attributs de produit pour le PS1024ARED.

Figure 5 : Schéma pour les spécifications électriques du PS1024A.

Une chose qui n'est pas évidente sur le site Web de DigiKey, mais qui est évidente sur les notes du schéma, c'est qu'il y a deux caractéristiques différentes pour cet interrupteur. La première spécification indique 3 A à 125 V_CA et la deuxième 1,5 A à 250 V_CA. Comment est-il possible d'avoir deux valeurs nominales pour le même interrupteur ? C'est parce que la puissance est une fonction de la tension et du courant. Ces deux caractéristiques ont la même puissance nominale. Si l'on utilisait les valeurs suivantes pour la puissance nominale, on obtiendrait les mêmes résultats.

Souvent, un interrupteur n'a qu'une valeur nominale CA et pas de valeur nominale CC. Il existe une règle empirique qui peut être utilisée pour déterminer la valeur nominale CC pour un interrupteur CA. Quel que soit le courant nominal le plus élevé de l'interrupteur, le courant restera le même et la tension CC sera définie sur 30 V. Le PS1024A a deux valeurs nominales, 3 A à 125 V_CA et 1,5 A à 250 V_CA. Cette règle signifie que l'interrupteur peut prendre la valeur nominale de 3 A et l'utiliser jusqu'à 30 V_CC. Il s'agit d'une règle générale de Carling Technologies appelée « DC Rule of Thumb ». Souvent, les interrupteurs ont également une puissance nominale en HP. Cela est dû au fait que les charges inductives peuvent avoir des courants d'appel extrêmement élevés. La puissance nominale en HP est destinée aux interrupteurs utilisés avec des moteurs CA. Cela ne signifie pas que l'un de ces interrupteurs ne peut pas être utilisé sur d'autres dispositifs, mais c'est la raison pour laquelle cette valeur nominale est indiquée sur l'interrupteur.

Interrupteur à bouton-poussoir

Un type d'interrupteur commun est l'interrupteur à bouton-poussoir. Ces interrupteurs sont dotés d'un actionneur. L'actionneur peut également être appelé bouton dans un langage moins formel. Ces interrupteurs sont souvent montés sur un panneau ou placés sur une carte. La Figure 6 illustre le KB16CKW01-5F-JF de NKK Switches.

Figure 6 : KB16CKW01-5F-JF.

Un point intéressant du KB16CKW01-5F-JF est le nombre de bornes dont il est doté. Il s'agit d'un SPDT qui ne devrait avoir que 3 bornes, mais qui en présente 5. C'est parce que ce dispositif offre une option lumineuse. De nombreux interrupteurs sont lumineux et ont une tension d'éclairage nominale. Cet interrupteur particulier a une tension d'éclairage de 2,1 V_CC. La documentation indique que la borne numéro 2 est la borne commune et que la LED sera alimentée par les bornes L (+) et L (-), comme illustré à la Figure 7.

Figure 7 : Documentation pour le KB16CKW01-5F-JF.

Les accessoires des interrupteurs sont souvent répertoriés au bas de leur page produit. En regardant au bas de la page produit du KB16CKW01-5F-JF sur le site Web de DigiKey, on voit que quatre accessoires sont disponibles pour l'interrupteur.

Ces accessoires sont proposés au bas de la page produit du KB16CKW01-5F-JF sur le site Web de DigiKey, ou dans la fiche technique de la série. Souvent, les fabricants créent une série complète d'interrupteurs. Il s'agit d'un groupe de produits propriétaires qui vont ensemble. Le KB16CKW01-5F-JF a été spécialement conçu pour convenir à certains accessoires mentionnés dans la documentation. L'accessoire de protection est proposé à la page D34 de la fiche technique de la série. La Figure 8 montre l'élément de protection avec sa référence de commande AT494.

Figure 8 : Documentation pour le KB16CKW01-5F-JF.

Souvent, les fabricants d'interrupteurs incluent une série complète dans une seule fiche technique car certaines variantes entre composants peuvent être insignifiantes. Souvent, les différents numéros de référence ne concernent qu'un changement de couleur. L'accessoire LED AT635F est un bon exemple. Dans la documentation, seul le numéro AT635 est indiqué comme option. Le produit mentionné précédemment a un suffixe « F ». La Figure 9 montre le schéma de commande dans lequel le suffixe « F » désigne une LED verte. Sur le côté gauche du schéma de commande figure le numéro de la LED de base de l'AT635. La colonne du milieu indique les options de couleur, à savoir rouge, ambre et vert. La case située sous « Vert » indique le code 5F. Cela signifie que pour l'AT635F, la LED sera verte.

Figure 9 : Documentation pour le KB16CKW01-5F-JF.

Interrupteur tactile

Les interrupteurs tactiles sont similaires aux interrupteurs à bouton-poussoir, mais ils sont généralement beaucoup plus petits. Imaginez un routeur domestique personnel doté d'un interrupteur de réinitialisation. L'interrupteur est généralement encastré dans le plastique afin de ne pas être activé accidentellement. Il faut généralement utiliser un trombone ou un cure-dent pour appuyer sur ce type d'interrupteur. Ces types d'interrupteurs sont généralement des interrupteurs tactiles, des interrupteurs momentanés, qui ne sont typiquement pas utilisés comme interrupteurs marche/arrêt. Ils sont souvent utilisés pour la réinitialisation, le comptage, l'arrêt ou toute autre fonction de cette nature. Ils présentent généralement de très faibles valeurs nominales de tension et de courant. Le MJTP1230 d'APEM Inc. est un exemple d'interrupteur tactile. Cet interrupteur est de type SPST-NO, ou circuit unipolaire unidirectionnel normalement ouvert. Cela signifie que le courant ne peut pas passer par cet interrupteur tant que l'actionneur n'a pas été enfoncé. Une fois l'actionneur relâché, l'interrupteur s'ouvre à nouveau automatiquement et le courant ne peut plus circuler. La Figure 10 illustre le MJTP1230.

Figure 10 : MJTP1230.

Il y a quatre branches sur cet interrupteur. C'est souvent le cas avec les interrupteurs tactiles. Ce n'est pas parce qu'il y a deux circuits différents qui peuvent être connectés, mais plutôt parce que l'ajout de deux branches supplémentaires offre un support physique à l'interrupteur lorsqu'il est soudé sur une carte. Les deux branches d'un côté sont connectées en permanence, quelle que soit la position de l'interrupteur. L'autre côté de l'interrupteur suivra la même règle, où les branches sont toujours connectées. Lorsque l'actionneur est enfoncé, il y a continuité entre les deux moitiés de l'interrupteur. En ce qui concerne le circuit, cet interrupteur suit le schéma de la Figure 1.

Commutateur DIP

Les commutateurs DIP sont fournis en boîtier DIP (Dual Inline Package). Ils sont conçus pour pouvoir être insérés dans un montage d'essai. Ces commutateurs sont un regroupement de petits interrupteurs SPST. Un exemple de leur utilisation est le contrôle DMX pour l'éclairage de scène. Chaque luminaire a une adresse qui peut lui être attribuée. Dans les éclairages à contrôle DMX modernes, cela peut être programmé par microcontrôleur et il suffit de déplacer un nombre vers le haut ou vers le bas sur un écran. Sur les luminaires à contrôle DMX plus anciens, il y a un commutateur DIP qui peut être changé pour donner l'adresse binaire correcte pour ce luminaire. Ces types de commutateurs sont souvent à montage en surface ou traversant, mais il existe également des options de montage sur panneau. La Figure 11 illustre le 208-4, un commutateur DIP de CTS Electrocomponents.

Figure 11 : 208-4.

Interrupteur à bascule

Les interrupteurs à bascule sont également très populaires sur le marché. Ce type d'interrupteur est doté d'un actionneur concave qui bascule d'avant en arrière à partir de chaque position. De nombreux interrupteurs ON/OFF sont des interrupteurs à bascule pour l'électronique grand public. Ils sont généralement montés sur panneau, mais peuvent également être montés directement sur une carte. La Figure 12 montre le CRE22F2BBRLE de ZF Electronics.

Figure 12 : CRE22F2BBRLE.

Cet interrupteur est de type SPST, il ne peut donc commander que la marche et l'arrêt. Il y a une borne centrale sur cet interrupteur car il s'agit d'un interrupteur lumineux. Les interrupteurs SPST lumineux ont généralement trois bornes. Les bornes extérieures permettent au courant de circuler de la source à la terre. La borne centrale est utilisée pour l'éclairage. Lorsque l'interrupteur est ouvert, le courant ne peut pas circuler dans la lampe. Lorsque l'interrupteur est fermé, le courant circule de la source, via la lampe, jusqu'à la terre.

Un autre élément à prendre en compte avec un interrupteur à bascule est la taille physique réelle de la borne. Ces dispositifs sont souvent montés sur panneau et sont donc souvent terminés par des fils discrets avec des bornes à connexion rapide. Le CRE22F2BBRLE est doté de bornes de 6,35 mm de large. Ces informations sont indiquées sur le site Web de DigiKey sous les attributs du produit pour « Style de terminaison ». Les dimensions courantes pour les bornes sont 2,79 mm, 4,75 mm et 6,35 mm. Les connexions rapides pour ces bornes sont disponibles sur la page Bornes - Connecteurs à connexion rapide, déconnexion rapide sur le site Web de DigiKey.

Interrupteur de fin de course à rupture brusque

Souvent, dans la fabrication, un interrupteur pour compter des éléments peut être nécessaire. Imaginez une chaîne de production qui doit compter le nombre de produits qui la traversent à un moment donné. Le produit peut avoir un certain poids et être capable d'actionner un interrupteur. Cette application peut nécessiter un interrupteur qui ne doit bouger que légèrement pour compter un élément. Le D2VW-5L2-1HS d'Omron est un exemple d'interrupteur de fin de course à rupture brusque qui peut être utilisé dans ce but. La Figure 13 montre que le D2VW-5L2-1HS est doté d'un bras étendu pouvant être utilisé pour un tel processus.

Figure 13 : D2VW-5L2-1HS.

Il existe des interrupteurs de fin de course à rupture brusque qui maintiennent leur circuit comme un interrupteur ON/OFF ; la plupart d'entre eux sont momentanés. Il est très courant de trouver des interrupteurs de fin de course à rupture brusque SPST-NO ou SPST-NC. Une astuce intéressante déjà mentionnée consiste à utiliser un circuit SPDT à la place du SPST normalement ouvert ou normalement fermé. Il s'agit d'une bonne astuce, car si l'application requiert un interrupteur normalement ouvert ou normalement fermé, l'interrupteur peut remplir la tâche.

L'accessoire le plus courant pour un interrupteur de fin de course à rupture brusque est le bras d'actionneur. Ils sont souvent équipés de rouleaux, parfois d'une simple barre plate, et il existe plusieurs types de configurations différentes. La Figure 14 illustre quelques-uns des styles d'actionneur pour la série D2VW.

Figure 14 : Styles d'actionneur.

Interrupteur à levier

Les interrupteurs à levier constituent un autre style d'interrupteur populaire. Comme les interrupteurs à bascule, ils sont souvent montés sur panneau. Ils peuvent être utilisés pour des fonctions momentanées, mais ils sont généralement utilisés pour des fonctions maintenues. Ils sont typiquement dotés d'un actionneur qui ressemble à une petite batte de baseball et d'une douille filetée pour le montage sur panneau. La Figure 15 montre le 200MSP3T1B1M2QEH d'E-Switch.

Figure 15 : 200MSP3T1B1M2QEH.

Les accessoires fréquents pour les interrupteurs à levier sont des rondelles de blocage et des écrous hexagonaux pour le montage. Ils sont généralement répertoriés au bas de la page produit sur le site Web de DigiKey sous « Produit associé ». Le 200MSP3T1B1M2QEH présente ces deux accessoires sur sa page produit, comme illustré à la Figure 16.

Figure 16 : Rondelle de blocage et écrou hexagonal associés.

D'autres accessoires courants pour les interrupteurs tactiles sont les capots et les manchons de sécurité. Les Figures 17 et 18 illustrent respectivement ces accessoires. Le capot de sécurité est un accessoire pour le GTS447A101HR de CW Industries et le manchon est un accessoire pour le M2012SS1W01 de NKK Switches.

Figure 17 : Capot de sécurité pour le GTS447A101HR.

Figure 18 : Manchon pour le M2012SS1W01.

Interrupteur rotatif

Il est souvent nécessaire de disposer d'un interrupteur permettant de choisir entre plusieurs modes de fonctionnement. Ces applications peuvent parfois nécessiter un interrupteur rotatif. Ces interrupteurs sont dotés de un à plusieurs pôles, mais peuvent souvent avoir plusieurs directions. Le C7D0124N-C d'Electroswitch est un exemple d'interrupteur rotatif. Il s'agit d'un interrupteur SP24T. Cela signifie qu'il existe 24 options différentes pour la circulation du courant, mais le courant ne peut passer que par une seule option à la fois. Les accessoires courants des interrupteurs rotatifs sont les boutons, les plaques de cadran, les rondelles de blocage et les écrous hexagonaux. Comme les produits précédents, ces accessoires peuvent généralement être trouvés dans la section « Produit associé » sur le site Web de DigiKey. La Figure 19 montre le C7D0124N-C.

Figure 19 : C7D0124N-C.

Une autre distinction que l'on peut faire pour un interrupteur rotatif est de savoir s'il est à chevauchement ou sans chevauchement. Un autre type de jargon qui peut être utilisé pour décrire cela est court-circuitant ou non court-circuitant. Le terme « court-circuitant » fait référence à « à chevauchement ». Cela signifie que lorsque l'interrupteur passe d'une position à une autre, il n'y a jamais de circuit ouvert. L'interrupteur aura temporairement deux circuits actifs jusqu'à ce qu'il se déplace complètement dans la position souhaitée. Le 212T0111S332RA de CTS Electrocomponents est un exemple d'interrupteur rotatif court-circuitant. Le contraire de ce type est « non court-circuitant » ou « sans chevauchement ». Cela signifie que le premier circuit sera entièrement coupé avant que l'interrupteur du nouveau circuit ne soit en position. Le KC52A30.001NPS d'E-Switch est un exemple d'interrupteur rotatif non court-circuitant.

Interrupteur à clé

Les interrupteurs à clé sont une forme très courante d'interrupteur. L'allumage d'une voiture est un exemple d'interrupteur de type OFF-ON-MOMENTARY. Lorsque la clé est insérée dans le contact d'une voiture, l'interrupteur est en position ON, mais ne fait rien tant que le véhicule n'est pas démarré. La position MOMENTARY est celle qui permet de démarrer le véhicule, après quoi la clé est remise en position ON. Pour arrêter le moteur, il est nécessaire de tourner la clé sur la position OFF. Un exemple d'interrupteur à clé est le 84829-07 de Honeywell Sensing and Productivity Solutions, illustré à la Figure 20.

Figure 20 : 84829-07.

Conclusion

De nombreux types d'interrupteurs sont disponibles sur le marché. Ils ont tous la même fonction : connecter des circuits. Ces interrupteurs sont à action maintenue ou momentanée. Un interrupteur à action maintenue maintient sa position jusqu'à ce qu'il soit actionné manuellement. Inversement, un interrupteur à action momentanée revient automatiquement à son état par défaut. L'application délimite le type d'interrupteur nécessaire. Le circuit de l'interrupteur, ainsi que les paramètres physiques tels que le courant et la tension admissibles maximum, comptent parmi les facteurs les plus déterminants lors du choix d'un interrupteur. Le style de l'interrupteur peut être interchangeable ; un circuit électronique fonctionnera aussi bien avec un interrupteur à levier qu'avec un interrupteur à bascule. Le style d'interrupteur est largement déterminé par les préférences personnelles de l'ingénieur et par l'environnement dans lequel l'interrupteur sera placé.