作者：Jeff Smoot 是 CUI Devices 應(yīng)用工程和運(yùn)動(dòng)控制部門副總裁

? ? ? ? 觸摸開關(guān)是一種公認(rèn)的電氣開關(guān)，與同類機(jī)械開關(guān)一樣通過手動(dòng)操作接通或斷開電路。這種開關(guān)最初是在 20 世紀(jì) 80 年代初是用作鍵盤和鍵盤的薄膜或絲網(wǎng)印刷開關(guān)的，由于其性能不盡人意且缺乏觸覺反饋，在推廣之處遇到了阻力。然而，在 20 世紀(jì) 80 年代末，在設(shè)計(jì)中納入金屬拱頂?shù)陌姹精@得了更廣泛的普及，這要?dú)w功于其經(jīng)過改善的觸覺反饋效果、強(qiáng)大的致動(dòng)力和更長(zhǎng)的使用壽命。正是這些變化成就了今天在廣泛的消費(fèi)和商業(yè)應(yīng)用中普遍使用的、極為常見的觸摸開關(guān)。

　　如上所述，觸摸開關(guān)的關(guān)鍵特色是，當(dāng)致動(dòng)器受到壓力時(shí)，會(huì)提供可感知的“咔噠”或觸覺撞擊反饋，以表明開關(guān)已成功完成操作。作為瞬動(dòng)器件，只要用戶不再施加壓力，開關(guān)就會(huì)釋放，進(jìn)而切斷電流。雖然通常情況下用作常開器件，但觸摸開關(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(dǎo)通。

　　觸摸式還是按鈕式？

　　觸摸開關(guān)和按鈕開關(guān)是兩種經(jīng)常被混為一談或名稱可以互換的開關(guān)。雖然性質(zhì)和功能相似，但按鈕開關(guān)的操作方式是在一定行程內(nèi)按下致動(dòng)器來啟動(dòng)電流，并通過再次按下執(zhí)行器切斷電流。相比之下，只需在最小的致動(dòng)器行程內(nèi)按下致動(dòng)器并保持，觸摸開關(guān)即可接通和切斷電流。

　　雖然有些按鈕可以用作瞬動(dòng)開關(guān)，但所有的觸摸開關(guān)都屬于瞬動(dòng)型。觸摸開關(guān)通常具有比按鈕開關(guān)更小的封裝、更小的額定電壓、電流。與按鈕開關(guān)相比，觸摸開關(guān)的聲音或觸覺反饋也是一個(gè)關(guān)鍵的區(qū)別，雖然按鈕提供面板或 PCB 安裝款式，但觸摸開關(guān)只用于直接在 PCB 上安裝。如需詳細(xì)了解按鈕開關(guān)，請(qǐng)閱讀 CUI Devices 的按鈕開關(guān) 101博客文章。

　　基本結(jié)構(gòu)和操作

　　觸摸開關(guān)在簡(jiǎn)單性、堅(jiān)固性方面優(yōu)于機(jī)械開關(guān)的一個(gè)關(guān)鍵因素是其數(shù)量有限的內(nèi)部器件，使其能夠?qū)崿F(xiàn)預(yù)期功能。典型的觸摸開關(guān)設(shè)計(jì)通常包括以下四個(gè)器件：

　　頂蓋：該部件保護(hù)開關(guān)的內(nèi)部機(jī)構(gòu)，可以由金屬或其他材料組成，具體取決于預(yù)期功能。頂蓋還可以作為接地端子，以保護(hù)開關(guān)免受靜電放電的危害。

　　柱塞：位于頂蓋下方和拱形觸頭的上方，柱塞是用戶操作部件，以使拱形觸頭彎曲，激活開關(guān)。柱塞采用平坦結(jié)構(gòu)或者凸起結(jié)構(gòu)。

　　拱形觸頭：該部件外形呈弧形，與底座相配合，當(dāng)與柱塞接觸時(shí)，會(huì)發(fā)生偏轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)。這種彎曲過程會(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(fù)原來的形狀并斷開電路。拱形觸頭和柱塞的材料（金屬、橡膠等）將有助于決定開關(guān)的觸感和聲音。

　　模制樹脂底座：這是觸摸開關(guān)的最后一個(gè)部件，含有將開關(guān)與 PCB 相連接的端子和觸頭。

圖 ：典型觸摸開關(guān)的結(jié)構(gòu)（圖片來源：CUI Devices）

　　主要優(yōu)點(diǎn)和規(guī)格

　　觸摸開關(guān)的正確選擇不能只停留在評(píng)估產(chǎn)品數(shù)據(jù)表上的規(guī)格。除了諸如瞬動(dòng)、較低的額定功率和電流、因較少運(yùn)動(dòng)活動(dòng)而具有的堅(jiān)固性以及較低成本等一些常見特性和有優(yōu)點(diǎn)之外，觸摸開關(guān)的可感知觸覺和聲音對(duì)其選型有很大的影響。這可能是一個(gè)難以量化的特性，因?yàn)榧せ铋_關(guān)所需的壓力及其觸覺反饋會(huì)根據(jù)預(yù)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)境中使用的開關(guān)，汽車應(yīng)用中使用的觸摸開關(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，確定開關(guān)具有正確特性的最佳途徑是通過原型開發(fā)和測(cè)試。

　　總之，這里有幾個(gè)關(guān)鍵的規(guī)格在選擇過程中仍需牢記：

• 　　額定電壓：開關(guān)在接通或斷開時(shí)能承受的最大電壓。
• 　　額定電流：開關(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）：壓下開關(guān)所需的總行程。
• 　　接觸力：開關(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)器在開關(guān)本體上方的高度。（見圖 3）
• 　　生命周期：開關(guān)在正常工作條件下的預(yù)期使用壽命。
• 　　溫度范圍：指工作溫度范圍，在此溫度范圍內(nèi)，開關(guān)的各項(xiàng)性能符合規(guī)格要求。
• 　　安裝方式：開關(guān)在 PCB 上的安裝方法，分為通孔安裝或表面貼裝。

　　IP 等級(jí)：對(duì)開關(guān)（或其他產(chǎn)品）的防塵、防止液體侵入等性能進(jìn)行級(jí)別劃分的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。請(qǐng)參閱 CUI Devices 的 IP67 級(jí)觸摸開關(guān)。

圖 ：觸摸開關(guān)的常見致動(dòng)器高度（圖片來源：CUI Devices）。

　　觸摸開關(guān)的接線

　　大多數(shù)觸摸開關(guān)包含四個(gè)引腳，用于在 PCB 上安裝期間起穩(wěn)定作用。這四個(gè)引腳內(nèi)部連接成兩組。雖然從技術(shù)上講，只有兩根導(dǎo)線需要用于布線，但最佳做法是使用所有可能的引腳。此外，有些觸摸開關(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(xiàn)類似操縱桿的控制功能。

圖 ：常見的 4 引腳觸摸開關(guān)的配置（圖片來源：CUI Devices）

　　結(jié)論

　　憑借體積小、高度低、使用壽命長(zhǎng)，觸摸開關(guān)能夠滿足各種消費(fèi)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(yīng)用。當(dāng)需要低功耗、瞬動(dòng)性能時(shí)，觸摸開關(guān)仍將是一種能夠提供觸覺和聽覺反饋的必備開關(guān)解決方案。為了幫助用戶選擇觸摸開關(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關(guān)。