Kleine detectieschakelaars worden voor meerdere doeleinden gebruikt in IoT

Detectorschakelaars vinden hun thuis in toepassingen voor slimme apparaten, dankzij hun miniatuurvormfactor, duurzaamheid en ontwerpflexibiliteit.

Electronic Products lanceert zijn back-to-basics serie elektronische componenten, in samenwerking met EDN, met een introductie tot elektromechanische schakelaars. Mis onze discussie met Roger Bohannan, wereldwijde segmentleider voor C&K's productportfolio voor medische segmenten, niet.

Sinds 2014 heeft de implementatie van Internet of Things (IoT)-technologie ervoor gezorgd dat slimme verbonden apparaten ingang hebben gevonden in een breed scala van markten. Veel slimme huistechnologieën gaan over van passieve, niet-verbonden apparaten naar actieve, verbonden apparaten. Of het nu thuis of onderweg is, slimme apparaten voor thuisgebruik maken geavanceerde bediening van verbonden apparaten mogelijk om ons leven te vereenvoudigen en meer functionaliteit te bieden. Veel van deze apparaten worden doorgaans ondersteund door innovatieve elektromechanische bedieningselementen of schakelaars. Naarmate de voetafdruk binnen de IoT-apparaten kleiner wordt, moeten ook de ondersteunende componenten dat doen.

Volgens Markets and Markets zal het IoT-segment naar verwachting in 2027 $ 1.463,2 miljard bereiken, tegen $ 250,7 miljard in 2019, met een samengesteld jaarlijks groeipercentage (CAGR) van 24,9% tijdens de prognoseperiode. Meer specifiek wordt verwacht dat de wereldwijde markt voor slimme huizen zal groeien van $ 78,3 miljard in 2020 tot $ 135,3 miljard in 2025, met een CAGR van 11,6% tijdens de prognoseperiode. De groei wordt gedreven door verschillende factoren, zoals het stijgende aantal internetgebruikers, de implementatie van thuismonitoring op afgelegen locaties, de toenemende vraag naar energiebesparing, de uitbreiding van slimme thuisgadgets en de groeiende bezorgdheid over veiligheid, beveiliging en gemak onder de algemene bevolking.

Markttrends en uitdagingen

Het potentieel voor IoT-toepassingen is eindeloos. IoT maakt monitoring op afstand mogelijk, evenals het verzamelen van analytische gegevens. Deze gegevens kunnen worden geïnterpreteerd en gebruikt om een ​​360-gradenoverzicht van activa te krijgen, waardoor OEM's producten kunnen ontwikkelen die beter voldoen aan de behoeften van mensen. De algemene vraag naar IoT-apparaten is gedaald tijdens de Covid-19-pandemie; er zullen echter nieuwe IoT-apparaten verschijnen, waarvan vele gerelateerd zijn aan het verbeteren van de gezondheid en kwaliteit van leven.

De trend naar miniaturisatie van IoT-apparaten is niets nieuws. Beperkingen in de PCB-ruimte vereisen kleine detectieschakelaars om veelgebruikte snapschakelaars te vervangen. Snap-switches zijn traditioneel veel groter en niet geschikt om te passen in apparaten die zo groot zijn als een handpalm. Als gevolg hiervan gebruikt ongeveer 80% van de hierboven genoemde smart home IoT-toepassingen detectieschakelaars als een essentieel kernonderdeel.

Bovendien willen fabrikanten van IoT-apparaten zoveel mogelijk functionaliteit en gegevensverzameling opnemen in het verkleinen van de productvoetafdruk. Dit leidt vaak tot de behoefte aan meer elektronica in een klein pakket, wat verdere miniaturisatie en ontwerpflexibiliteit vereist.

Wat is een detectieschakelaar?

Een detectieschakelaar, ook wel 'detectorschakelaar' genoemd, is een micro-miniatuur elektromechanische schakelaar die elke beweging of activering op de actuator door een object detecteert (of detecteert). Onder een detectieschakelaar bevindt zich een contactafsluiting waarbij als er een elektrisch signaal is aangesloten op de klemmen van de detectieschakelaar, het elektrische signaal, dat meestal in milliampère tot microampère ligt, er doorheen zal stromen wanneer de schakelaar is ingeschakeld. Dit doorstroomsignaal kan worden verbonden met andere IoT-apparaten om een ​​extra reeks instructies te activeren die specifieke taken op de apparaten uitvoeren.

Figuur 1 Een structuuraanzicht van de detectieschakelaar toont de belangrijkste onderdelen. Bron:C&K

Een detectieschakelaar biedt ingenieurs een flexibele oplossing om een ​​toepassing te ontwerpen waarbij 'minuut' detectie vereist is via een apparaat met bewegend contact. Deze schakelaars zijn ook zeer robuust, waardoor ze zonder schade herhaaldelijk in duizenden levenscycli kunnen werken. Ze bieden een reeks detectie van reisafstanden in een kleine verpakking en voldoen aan de ontwerpvereisten voor een kleine footprint op de printplaat.

Figuur 2 Op een PCB is een microminiatuur detectieschakelaar voor opbouwmontage te zien. Bron:C&K

Het concept van een detectieschakelaar is afgeleid van de traditionele snap-schakelaar, als een kleiner alternatief voor de grotere snap-action-schakelaar die hogere stroom in milliampère naar ampère-bereik verdeelt. Een belangrijke beperking van de snap-schakelaar is de grootte, met name voor IoT-apparaten en andere draagbare apparaten, aangezien deze apparaten kleiner en lichter worden. Miniatuurdetectieschakelaars bieden ruimtebesparingen tot 50% ten opzichte van vergelijkbare snap-action-schakelaars, waardoor ze ideaal zijn voor IoT-toepassingen.

Figuur 3 Het schema toont de belangrijkste bouwstenen van de HDT0001 detectieschakelaar. Bron:C&K

Detect-switches gebruiken ook signaalniveaustroom (DC-spanning) voor IoT-apparaten en huishoudelijke elektronische apparaten. Laagstroomdetectieschakelaars verbruiken weinig tot geen elektrische energie, waardoor ze een ideale oplossing zijn voor toepassingen met batterijen. Er is geen UL/ENEC-certificering nodig voor detectieschakelaars.

Door de kleine footprint te combineren met installatieflexibiliteit, kunnen ontwerpers detectieschakelaars in bijna elke positie plaatsen, inclusief plat, verticaal en ondersteboven. Als gevolg hiervan beperken plug-and-play-detectieschakelaars ontwerpers niet als het gaat om het ontwerpen van producten en oplossingen.

Naast het compacte formaat biedt een detectieschakelaar veel voordelen. Hiermee kan de productielijn robotmachines gebruiken voor het snel oppakken en plaatsen en solderen van de schakelaar op de printplaat. Meer dan 90% van de detectieschakelaars maken gebruik van SMD-terminatie, wat betekent dat ze inherent zijn ontworpen voor pick-and-place-apparatuur. Zonder enige menselijke tussenkomst in het fabricageproces, kan dit ervoor zorgen dat de schakelaar zijn kwaliteit behoudt, waardoor de aanwezigheid van vervuiling en vuil wordt geëlimineerd die wordt gegenereerd door het hanteren van de schakelaar door menselijke vingers.

Een detectieschakelaar specificeren

Het selecteren van de juiste detectieschakelaar hangt af van de toepassingsvereisten. Er is een breed scala aan detectieschakelaars beschikbaar om aan bijna elke toepassingsvraag te voldoen. Opties om te overwegen zijn:

Maat :Detectieschakelaars variëren van standaard (~13 mm) tot low-profile en compacte micro (~6 mm) tot ultraminiatuur (~2 mm) ontwerpen.

Operationele levensduur :100.000 tot 1 miljoen cycli

Omgevingsomstandigheden :Ze variëren van standaard tot verzegelde IPxx-geclassificeerde versies voor ruwe omgevingen.

Bedieningskracht :35 gram tot 50 gram

Actuatietype :Duwvin, duw horizontaal, duw verticaal en duwhendel hoekig

Actorlengte :1,4 mm tot 2,67 mm

Bedieningsrichting :Het omvat verticaal of horizontaal, boven- of zijkant, en haaks of links.

Reikwijdte :1,05 mm tot 3,14 mm

Beëindigingsstijl :Het omvat SMT, doorlopende gaten, panelen en snap-in/chassis- en schroefmontageversies voor verschillende montage- en bevestigingsvereisten.

Bedrijfstemperatuurbereik :Het bereik van -40 °C tot 85 °C maakt gebruik in sommige ruwe omgevingen mogelijk.

Doorgaans zijn detectieschakelaars enkelpolig en vaak alleen normaal open of normaal gesloten. Als detectieschakelaars niet procesverzegeld zijn, bestaat er bovendien een risico op fluxpenetratie tijdens het solderen. Hier moet meestal rekening mee worden gehouden tijdens het fabricageproces van het solderen van de detector op de printplaat.

Belangrijke toepassingen

Detect-schakelaars worden vaak gebruikt in de volgende smart home-toepassingen:

• Reinigingsrobots:gebruikt bij de detectie van de aanwezigheid van een stofbox en de positie van de richting van het robotwiel.
• Slimme deur- en raamsloten:detectie van het slot in geforceerde stand van binnenuit. De deur kan niet handmatig van buitenaf worden ontgrendeld.
• oordopjes:schakel opladen in wanneer de oordopjes in het dock zitten en detecteer of het oplaadstation zich in de open of gesloten positie bevindt.
• Beveiligingscamera:detectie van de positie van de lensrotatielimiet
• Beveiligingspoorten:Open of gesloten poort
• Rookmelders:detectie voor sabotagebeveiliging van rookmelders en alarmpanelen

Detectieschakelaars kunnen ook worden gebruikt in tal van andere slimme toepassingen, variërend van digitale camera's om het openen/sluiten van een deksel te detecteren, inzoom-/uitzoomfunctie, en lensbevestiging en ontkoppeling tot elektriciteitsmeters voor anti-manipulatie door het detecteren van het verwijderen van het deksel van de meter.

Alle elektronische ontwerpen bedienen

Om de hier beschreven uitdagingen het hoofd te bieden en aan de eisen van de industrie te voldoen, bieden schakelaarfabrikanten zoals C&K een brede selectie van detectieschakelaars. Kleine en betrouwbare detectieschakelaars zijn een ideale oplossing voor alle elektronische ontwerpen waarbij de omvang van de voetafdruk een probleem is. Detect-switches bieden de ontwerpflexibiliteit en functionaliteit met een reeks opties die innovatieve en fantasierijke IoT-apparaten mogelijk maken.

—Edward Mork is productlijnmanager bij C&K.

>> Dit artikel is oorspronkelijk gepubliceerd op onze zustersite, EDN.