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

? ? ? ? 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)計中納入金屬拱頂?shù)陌姹精@得了更廣泛的普及，這要歸功于其經(jīng)過改善的觸覺反饋效果、強(qiáng)大的致動力和更長的使用壽命。正是這些變化成就了今天在廣泛的消費和商業(yè)應(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)致動器受到壓力時，會提供可感知的“咔噠”或觸覺撞擊反饋，以表明開關(guān)已成功完成操作。作為瞬動器件，只要用戶不再施加壓力，開關(guān)就會釋放，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，在按下致動器時電流切斷，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)按下致動器來啟動電流，并通過再次按下執(zhí)行器切斷電流。相比之下，只需在最小的致動器行程內(nèi)按下致動器并保持，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開關(guān)，但所有的觸摸開關(guān)都屬于瞬動型。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)在簡單性、堅固性方面優(yōu)于機(jī)械開關(guān)的一個關(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)計通常包括以下四個器件：

　　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，會發(fā)生偏轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)。這種彎曲過程會產(chǎn)生咔噠聲和咔噠觸感，同時與底座上的兩個固定觸頭連接，接通電路。一旦按壓力消失，拱形觸頭就會恢復(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)點和規(guī)格

　　觸摸開關(guān)的正確選擇不能只停留在評估產(chǎn)品數(shù)據(jù)表上的規(guī)格。除了諸如瞬動、較低的額定功率和電流、因較少運動活動而具有的堅固性以及較低成本等一些常見特性和有優(yōu)點之外，觸摸開關(guān)的可感知觸覺和聲音對其選型有很大的影響。這可能是一個難以量化的特性，因為激活開關(guān)所需的壓力及其觸覺反饋會根據(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力，以避免振動造成意外輸入。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)和測試。

　　總之，這里有幾個關(guān)鍵的規(guī)格在選擇過程中仍需牢記：

• 　　額定電壓：開關(guān)在接通或斷開時能承受的最大電壓。
• 　　額定電流：開關(guān)能夠承載且不會因此受損的最大電流。
• 　　激活力（或操作力）：在開關(guān)上使致動器移動所需的作用力或壓力（以克力或 gf 為單位表示）。
• 　　撓度（或致動器行程）：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）。
• 　　致動器高度：致動器在開關(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：對開關(guān)（或其他產(chǎn)品）的防塵、防止液體侵入等性能進(jìn)行級別劃分的國際標(biāo)準(zhǔn)。請參閱 CUI Devices 的 IP67 級觸摸開關(guān)。

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

　　觸摸開關(guān)的接線

　　大多數(shù)觸摸開關(guān)包含四個引腳，用于在 PCB 上安裝期間起穩(wěn)定作用。這四個引腳內(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，觸摸開關(guān)能夠滿足各種消費和工業(yè)產(chǎn)品的許多需求，包括可穿戴技術(shù)等方面的最新應(yīng)用。當(dāng)需要低功耗、瞬動性能時，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器高度和配置選擇多樣的觸摸開關(guān)。