Con solo pulsar un botón, los diminutos interruptores táctiles a nivel de placa controlan los principales sistemas de los vehículos

Los vehículos actuales dependen de microcontroladores para gestionar todo, desde las mezclas de combustible y aire del motor hasta la prevención de colisiones y el mantenimiento programado. Los interruptores táctiles de nivel de placa son un pilar de las interfaces de control entre el entorno operativo del vehículo y estos procesadores. Permiten que las señales de baja potencia fluyan hacia los microcontroladores, los cuales activan luego los circuitos de alta potencia.

La naturaleza de bajo consumo de estos interruptores evita que las corrientes de carga más altas lleguen al circuito de conmutación de la interfaz de usuario, mientras que la resistencia mecánica y el sellado protegen los interruptores de las condiciones dentro y fuera de los vehículos. Los sistemas de automoción que controlan el encendido, los pestillos y cerraduras de las puertas, las lámparas y luces, las bombas de combustible, los ventiladores y otras funciones utilizan interruptores táctiles a nivel de placa.

Este artículo describirá la función de los interruptores táctiles a nivel de placa, las consideraciones de implementación y las opciones adicionales disponibles para los ingenieros de diseño al seleccionar estos interruptores.

Conceptos básicos de los interruptores de nivel de placa

Montados directamente en una placa de circuito impreso (placa CI), los interruptores táctiles de nivel de placa proporcionan un control de circuito momentáneo cuando se presionan mecánicamente. Por ejemplo, un usuario humano podría activar el control de crucero desde un panel de instrumentos, o una entrada de posición puede indicar a un controlador que una puerta ha alcanzado una posición cerrada, activando un solenoide de enclavamiento.

Un interruptor táctil de placa está diseñado con una arquitectura unipolar y unidireccional, normalmente abierta (SPST NO), lo que significa que solo tiene dos estados: abierto y cerrado. Debido a que el interruptor está diseñado para ser normalmente abierto, la corriente solo fluye a través del interruptor cuando se aplica fuerza al actuador. Una vez retirada la presión, el interruptor vuelve por sí mismo a la posición abierta, en la que no fluye corriente.

El flujo momentáneo de un nivel muy bajo de corriente le indica a un microprocesador que inicie, finalice o cambie un proceso o estado del vehículo. Por ejemplo, los interruptores táctiles a nivel de placa de CIT Relay and Switch operan hasta 50 mA, lo cual es muy bajo en comparación con el amperaje utilizado por los procesos que en última instancia controlan. Estos interruptores tienen voltajes de operación de 12 V_CC, 24 V_CC, 48 V_CC y 50 V_CC, por lo que pueden manejar aplicaciones que funcionan con energía de batería de 12 V o con buses de energía de 24 V o 48 V.

Integración eléctrica

Los interruptores táctiles a nivel de placa deben integrarse en los circuitos de las placa CI de modo que al presionar el interruptor se envíe una señal a una ECU (unidad de control electrónico) o a un microprocesador. La conexión debe ser lo suficientemente resistente como para soportar entre 100,000 y 10 millones de ciclos, a la vez que optimiza el espacio y es fácil de fabricar.

Muchos interruptores táctiles de nivel de placa utilizan tecnología de montaje en superficie (SMT), en la cual las terminaciones de los interruptores se alinean con las almohadillas de soldadura en una placa CI, lo que permite la fabricación y las pruebas automatizadas. Por ejemplo, los interruptores SMT de la serie CS1104 de CIT (Figura 1) utilizan terminaciones en ala de gaviota.

Figura 1: Los interruptores táctiles SMT de la serie CS1104 de CIT tienen longitudes de actuador de 3.80 mm o 7.00 mm, las cuales requieren un recorrido de 0.25 mm y una fuerza de operación de 160 o 260 gf. (Fuente de la imagen: CIT Relay and Switch)

Otra opción de terminación SMT para interruptores colocados donde el espacio de la placa CI es muy valioso son las terminaciones de ala en J que se introducen debajo del dispositivo.

Otros interruptores utilizan tecnología de orificio pasante, donde los terminales del interruptor se insertan en la placa CI y se aseguran con soldadura. Estas conexiones pueden ser más resistentes, pero también requieren una mayor participación del operador en los procesos de fabricación e inspección. Los interruptores esféricos STJ y STJV de CIT (Figura 2), por ejemplo, utilizan terminación de orificio pasante.

Figura 2: Los interruptores táctiles de capa esférica STJ (a) y sus homólogos verticales STJV (b) están diseñados para terminación de orificio pasante. (Fuente de la imagen: CIT Relay and Switch)

La terminación de orificio pasante es importante para el diseño de STJ y STJV porque las capas esféricas de los interruptores permiten el accionamiento desde múltiples direcciones con 1.6 mm de recorrido y 130 gf, 200 gf o 300 gf de fuerza de accionamiento.

Formas y tamaños

Además de garantizar una conexión fiable a la placa CI, los ingenieros que diseñan interfaces de control para vehículos tienen en cuenta factores físicos y mecánicos al elegir un interruptor táctil de placa para una aplicación concreta, como la fuerza de funcionamiento del actuador, su altura, el espacio que ocupa y su factor de forma.

Para aplicaciones en las que el espacio es reducido, los ingenieros eligen interruptores táctiles compactos para placa como los de las series CS1204, CS1205 y CS1210 de CIT (Figura 3).

Figura 3: Los interruptores táctiles compactos de placa de las series CS1204 (a), CS1205 (b) y CS1210 (c) tienen una altura de 2.50 mm o menos y ocupan menos de 34 mm². (Fuente de la imagen: CIT Relay and Switch)

Los interruptores empotrados o estándar CS1204 tienen una altura de actuador de 0.80 o 1.50 mm respecto a la placa CI, y miden 5.20 mm² o 6.40 mm por 5.20 mm. Los interruptores CS1210 tienen un espacio pequeño de 3.40 mm² y una altura de 1.50 mm. Ambos requieren 160 gf o 260 gf para funcionar. Los interruptores rectangulares CS1205, ligeramente más grandes, miden 2.50 mm de altura por 6.10 mm y 3.70 mm, con fuerzas de funcionamiento de 180 gf o 260 gf.

Las disposiciones de automoción pueden requerir la colocación de placas CI a diferentes distancias de la interfaz de control, por ejemplo un panel de instrumentos. Los interruptores de la serie CS1102 y CS1102V (figura 4) tienen una amplia gama de longitudes de actuador disponibles para satisfacer las necesidades de una variedad de casos de uso.

Figura 4: Los modelos CS1102 (a) y su equivalente de acción lateral CS1102V (b) de CIT tienen actuadores de hasta 11.85 mm de longitud. Se conectan a las placa CI mediante tecnología SMT o de orificio pasante. (Fuente de la imagen: CIT Relay and Switch)

La tapa de estos interruptores es un émbolo que transfiere de 100 gf a 260 gf necesarios para accionarlos. Los interruptores CS1102 tienen una altura de 4.30 mm a 11.85 mm, y unas dimensiones de 7.10 mm por 6.30 mm o 6.00 mm². Los interruptores CS1102V de montaje en ángulo recto tienen actuadores de 3.15 mm a 11.85 mm de longitud, y espacios de 7.10 mm por 6.30 mm o 7.50 mm por 7.10 mm.

Resistencia y sellado

Para aplicaciones que requieren una construcción más resistente, los interruptores táctiles de la serie ME de CIT (Figura 5) están hechos de poliamida PA6T con un contacto de cúpula de acero inoxidable bañado en plata. Los interruptores ME ofrecen una opción de fuerza de operación de 350 gf para aplicaciones que requieren una mayor fuerza de accionamiento. Ligeramente más grandes que otros interruptores a nivel de placa de CIT, tienen un contorno de 10 mm² y una altura de 6.00 mm a 15.00 mm.

Figura 5: Los interruptores táctiles a nivel de placa de la serie ME de CIT están sellados según la norma IP67 con caucho de silicona y se montan en las placas CI con tecnología SMT o de orificio pasante. (Fuente de la imagen: CIT Relay and Switch)

Además de su construcción resistente, los interruptores de la serie ME tienen un sello interno de caucho de silicona. Su diseño sellado de una sola pieza les permite cumplir con los requisitos de IP67, con exclusión total de polvo y exclusión de agua dulce a una profundidad de 1 m durante un máximo de 30 minutos.

Las series STR, STS, STJ y STJV de CIT también están selladas con caucho de silicona según la norma IP67. Los interruptores STR y STS (Figura 6) tienen longitudes de actuador de 4.3 mm, 5.0 mm o 7.3 mm y están diseñados para terminación SMT.

Figura 6: Interruptores táctiles con cúpula de la serie STR (a) se activan con un recorrido de 0.28 mm, mientras que los interruptores de la serie STS (b) tienen un recorrido de actuación de 0.45 mm. Ambos cuentan con clasificación IP67. (Fuente de la imagen: CIT Relay and Switch)

Los interruptores sellados STJ y STJV están diseñados con una tapa y una carcasa de acero inoxidable y terminación de orificio pasante para una mayor resistencia. Tienen fuerzas de operación que van desde 130 gf hasta 500 gf.

Los ingenieros eligen interruptores con una clasificación IP67 tanto para uso externo como interno, como los que se encuentran en las puertas de los vehículos expuestos a la intemperie, y para los que están en el habitáculo que pueden necesitar resistir café derramado, migas y otros residuos.

Conclusión

Los interruptores táctiles a nivel de placa como los ofrecidos por CIT Relay and Switch utilizan corrientes de bajo nivel para enviar señales a los microprocesadores de automoción, ya sean accionados manualmente en el habitáculo de un vehículo o mecánicamente mediante una entrada como la rotación del volante. En el estrecho espacio de un grupo de instrumentos o matriz de sensores, la altura, la forma y el espacio en la placa CI del interruptor son tan importantes como su fuerza de funcionamiento y su clasificación IP. Los ingenieros que diseñan las numerosas interfaces de control en los vehículos modernos pueden optar por la mejor combinación de forma y función al especificar estos diminutos interruptores.