觸摸開(kāi)關(guān)是一種公認的電氣開(kāi)關(guān)，與同類(lèi)機械開(kāi)關(guān)一樣通過(guò)手動(dòng)操作接通或斷開(kāi)電路。這種開(kāi)關(guān)最初在20世紀80年代初是用作鍵盤(pán)和鍵盤(pán)的薄膜或絲網(wǎng)印刷開(kāi)關(guān)的，由于其性能不盡如人意且缺乏觸覺(jué)反饋，在推廣之處遇到了阻力。然而，在20世紀80年代末，在設計中納入金屬拱頂的版本獲得了更廣泛的普及，這要歸功于其經(jīng)過(guò)改善的觸覺(jué)反饋效果、強大的致動(dòng)力和更長(cháng)的使用壽命。正是這些變化成就了今天在廣泛的消費和商業(yè)應用中普遍使用的、極為常見(jiàn)的觸摸開(kāi)關(guān)。
如上所述，觸摸開(kāi)關(guān)的關(guān)鍵特色是，當致動(dòng)器受到壓力時(shí)，會(huì )提供可感知的“咔噠”或觸覺(jué)撞擊反饋，以表明開(kāi)關(guān)已成功完成操作。作為瞬動(dòng)器件，只要用戶(hù)不再施加壓力，開(kāi)關(guān)就會(huì )釋放，進(jìn)而切斷電流。雖然通常情況下用作常開(kāi)器件，但觸摸開(kāi)關(guān)也有常閉版本，在按下致動(dòng)器時(shí)電流切斷，釋放后電流即刻導通。
圖1：常見(jiàn)的觸摸開(kāi)關(guān)（圖片來(lái)源：CUI Devices）
觸摸式vs.按鈕式
觸摸開(kāi)關(guān)和按鈕開(kāi)關(guān)是兩種經(jīng)常被混為一談或名稱(chēng)可以互換的開(kāi)關(guān)。雖然性質(zhì)和功能相似，但按鈕開(kāi)關(guān)的操作方式是在一定行程內按下致動(dòng)器來(lái)啟動(dòng)電流，并通過(guò)再次按下執行器切斷電流。相比之下，只需在最小的致動(dòng)器行程內按下致動(dòng)器并保持，觸摸開(kāi)關(guān)即可接通和切斷電流。
雖然有些按鈕可以用作瞬動(dòng)開(kāi)關(guān)，但所有的觸摸開(kāi)關(guān)都屬于瞬動(dòng)型。觸摸開(kāi)關(guān)通常具有比按鈕開(kāi)關(guān)更小的封裝、更小的額定電壓、電流。與按鈕開(kāi)關(guān)相比，觸摸開(kāi)關(guān)的聲音或觸覺(jué)反饋也是一個(gè)關(guān)鍵的區別，雖然按鈕提供面板或PCB安裝款式，但觸摸開(kāi)關(guān)只用于直接在PCB上安裝。如需詳細了解按鈕開(kāi)關(guān)，請閱讀CUI Devices的按鈕開(kāi)關(guān)101博客文章。
基本結構和操作
觸摸開(kāi)關(guān)在簡(jiǎn)單性、堅固性方面優(yōu)于機械開(kāi)關(guān)的一個(gè)關(guān)鍵因素是其數量有限的內部器件，使其能夠實(shí)現預期功能。典型的觸摸開(kāi)關(guān)設計通常包括以下四個(gè)器件：
1.頂蓋：該部件保護開(kāi)關(guān)的內部機構，可以由金屬或其他材料組成，具體取決于預期功能。頂蓋還可以作為接地端子，以保護開(kāi)關(guān)免受靜電放電的危害。
2.柱塞：位于頂蓋下方和拱形觸頭的上方，柱塞是用戶(hù)操作部件，以使拱形觸頭彎曲，激活開(kāi)關(guān)。柱塞采用平坦結構或者凸起結構。
3.拱形觸頭：該部件外形呈弧形，與底座相配合，當與柱塞接觸時(shí)，會(huì )發(fā)生偏轉或反轉。這種彎曲過(guò)程會(huì )產(chǎn)生咔噠聲和咔噠觸感，同時(shí)與底座上的兩個(gè)固定觸頭連接，接通電路。一旦按壓力消失，拱形觸頭就會(huì )恢復原來(lái)的形狀并斷開(kāi)電路。拱形觸頭和柱塞的材料（金屬、橡膠等）將有助于決定開(kāi)關(guān)的觸感和聲音。
4.模制樹(shù)脂底座：這是觸摸開(kāi)關(guān)的最后一個(gè)部件，含有將開(kāi)關(guān)與PCB相連接的端子和觸頭。
圖2：典型觸摸開(kāi)關(guān)的結構（圖片來(lái)源：CUI Devices）
主要優(yōu)點(diǎn)和規格
觸摸開(kāi)關(guān)的正確選擇不能只停留在評估產(chǎn)品數據表上的規格。除了諸如瞬動(dòng)、較低的額定功率和電流、因較少運動(dòng)活動(dòng)而具有的堅固性以及較低成本等一些常見(jiàn)特性和有優(yōu)點(diǎn)之外，觸摸開(kāi)關(guān)的可感知觸覺(jué)和聲音對其選型有很大的影響。這可能是一個(gè)難以量化的特性，因為激活開(kāi)關(guān)所需的壓力及其觸覺(jué)反饋會(huì )根據預期用途和功能而發(fā)生變化。例如，相比在家庭或辦公室環(huán)境中使用的開(kāi)關(guān)，汽車(chē)應用中使用的觸摸開(kāi)關(guān)可能需要更大的致動(dòng)力，以避免振動(dòng)造成意外輸入。通常，確定開(kāi)關(guān)具有正確特性的最佳途徑是通過(guò)原型開(kāi)發(fā)和測試。
總之，這里有幾個(gè)關(guān)鍵的規格在選擇過(guò)程中仍需牢記：
• 額定電壓：開(kāi)關(guān)在接通或斷開(kāi)時(shí)能承受的最大電壓。
• 額定電流：開(kāi)關(guān)能夠承載且不會(huì )因此受損的最大電流。
• 激活力（或操作力）：在開(kāi)關(guān)上使致動(dòng)器移動(dòng)所需的作用力或壓力（以克力或gf為單位表示）。
• 撓度（或致動(dòng)器行程）：壓下開(kāi)關(guān)所需的總行程。
• 接觸力：開(kāi)關(guān)連接端子所需的作用力或壓力（以克為單位）。
• 致動(dòng)器高度：致動(dòng)器在開(kāi)關(guān)本體上方的高度。（見(jiàn)圖3）
• 生命周期：開(kāi)關(guān)在正常工作條件下的預期使用壽命。
• 溫度范圍：指工作溫度范圍，在此溫度范圍內，開(kāi)關(guān)的各項性能符合規格要求。
• 安裝方式：開(kāi)關(guān)在PCB上的安裝方法，分為通孔安裝或表面貼裝。
• IP等級：對開(kāi)關(guān)（或其他產(chǎn)品）的防塵、防止液體侵入等性能進(jìn)行級別劃分的國際標準。請參閱CUI Devices的IP67級觸摸開(kāi)關(guān)。
圖3：觸摸開(kāi)關(guān)的常見(jiàn)致動(dòng)器高度（圖片來(lái)源：CUI Devices）
觸摸開(kāi)關(guān)的接線(xiàn)
大多數觸摸開(kāi)關(guān)包含四個(gè)引腳，用于在PCB上安裝期間起穩定作用。這四個(gè)引腳內部連接成兩組。雖然從技術(shù)上講，只有兩根導線(xiàn)需要用于布線(xiàn)，但最佳做法是使用所有可能的引腳。此外，有些觸摸開(kāi)關(guān)只有兩個(gè)可用引腳，也有5引腳版本，這種版本可在非常小的封裝中實(shí)現類(lèi)似操縱桿的控制功能。
圖4：常見(jiàn)的4引腳觸摸開(kāi)關(guān)的配置（圖片來(lái)源：CUI Devices）
本文小結
憑借體積小、高度低、使用壽命長(cháng)，觸摸開(kāi)關(guān)能夠滿(mǎn)足各種消費和工業(yè)產(chǎn)品的許多需求，包括可穿戴技術(shù)等方面的最新應用。當需要低功耗、瞬動(dòng)性能時(shí)，觸摸開(kāi)關(guān)仍將是一種能夠提供觸覺(jué)和聽(tīng)覺(jué)反饋的必備開(kāi)關(guān)解決方案。為了幫助用戶(hù)選擇觸摸開(kāi)關(guān)，CUI Devices提供了一系列封裝緊湊且致動(dòng)器高度和配置選擇多樣的觸摸開(kāi)關(guān)。 |
