Interrupteurs tactiles 101

15 décembre 2023

Par Jeff Smoot, Same Sky

Interrupteurs Tactiles

Dans cet article

Un interrupteur électrique, au sens le plus élémentaire, est un appareil qui allume ou éteint un courant électrique. Si c’était tout ce que vous aviez besoin de savoir sur les commutateurs, ce serait une histoire très courte. Cependant, les interrupteurs électriques sont disponibles dans des milliers de styles, de tailles et de cotes, tout en englobant un nombre encore plus grand de fonctionnalités, de spécifications et d’encombrements.

Qu’est-ce qu’un interrupteur tactile ?

Un « interrupteur tactile » est un type d’interrupteur largement utilisé qui ferme un circuit électrique, généralement lorsqu’une pression est appliquée à l’appareil par l’utilisateur, ce qui renvoie ensuite à l’utilisateur un « clic » perceptible ou une bosse haptique en réponse, indiquant le passage du courant. Le flux de courant est coupé lorsque l’interrupteur est relâché. Pour donner une définition plus courte, un interrupteur tactile est un dispositif d’action momentanée dont le fonctionnement est perceptible au toucher. Ce retour d’information tangible donne à l’utilisateur l’assurance que l’interrupteur a fonctionné et qu’un signal a circulé. D’autres modèles d’interrupteurs tactiles sont également disponibles qui coupent le courant lorsque l’interrupteur est enfoncé et le rallument lorsqu’il est relâché. Ces interrupteurs tactiles « normalement fermés » sont également disponibles auprès de CUI Devices.

Exemples d’interrupteurs tactiles courants

CUI Interrupteur tactile 1

Les commutateurs de ce type ont commencé comme commutateurs à membrane ou sérigraphiés au début des années 1980 pour être utilisés dans des claviers et des pavés numériques. Leur manque de retour tactile et leurs performances médiocres se sont rapidement heurtés à une résistance jusqu’à l’introduction de composants à dômes métalliques dans le cadre de la conception des commutateurs à la fin des années 1980. La conception en forme de dôme offrait un retour tactile ainsi qu’une méthode d’actionnement plus robuste et une meilleure longévité. Aujourd’hui, les commutateurs tactiles sont largement utilisés comme périphériques d’entrée dans des milliers d’appareils commerciaux et grand public.

Interrupteur tactile vs. interrupteur à bouton-poussoir

Il peut y avoir une certaine confusion chez l’utilisateur dans la dénomination des interrupteurs tactiles en ce sens qu’ils sont souvent appelés interrupteurs à bouton-poussoir. Un interrupteur à bouton-poussoir est conçu pour permettre la circulation du courant dans un circuit lorsque l’actionneur est enfoncé et parcourt une distance de déplacement spécifiée et arrêter le flux de courant lorsqu’il est enfoncé à nouveau. Les interrupteurs à bouton-poussoir peuvent être montés soit sur panneaux, soit directement sur des cartes de circuits imprimés (PCB). Pour en savoir plus sur les interrupteurs à bouton-poussoir, lire notre blog Interrupteurs à bouton-poussoir 101.

D’autre part, un interrupteur tactile autorise le flux de courant lorsque l’actionneur est poussé et maintenu, et arrête le flux de courant lorsqu’il est relâché, ou vice versa. La course de l’actionneur est minimale. Ceux-ci sont connus sous le nom d’interrupteurs « à action momentanée », et bien que certains boutons-poussoirs soient momentanés, tous les interrupteurs tactiles le sont. Les interrupteurs tactiles sont également en général beaucoup plus petits que les interrupteurs à bouton-poussoir et, en raison de leur conception, ont souvent des tensions et des courants nominaux inférieurs. Ils offrent également un retour audio ou haptique et sont exclusivement conçus pour être montés directement sur les circuits imprimés.

Caractéristiques et avantages des interrupteurs tactiles

Les interrupteurs tactiles offrent des fonctionnalités importantes et utiles qui peuvent améliorer la perception d’un produit par l’utilisateur. Tout d’abord, ils fournissent un engagement momentané du circuit – le courant est allumé lorsque l’interrupteur est enfoncé et est éteint lorsque l’interrupteur est relâché, ou vice versa. Cela permet une saisie plus rapide des données, comme dans un clavier d’ordinateur, et un fonctionnement continu jusqu’à ce que cela soit nécessaire, comme dans un clavier de commande de moteur.

Deuxièmement, et c’est le plus important, les interrupteurs tactiles offrent un retour tactile et auditif à l’opérateur, confirmant que l’interrupteur est enclenché et que l’alimentation circule vers le circuit. Ils fournissent également, comme dans le cas des claviers d’ordinateur, une « sensation » physique épanouissante à la fonction de frappe qui peut également indiquer des coups manqués ou un manque de saisie.

Troisièmement, les interrupteurs tactiles fonctionnent généralement à des puissances et des courants nominaux inférieurs. Cela les rend moins coûteux à produire et mieux adaptés aux appareils et systèmes basse tension. La tension plus faible signifie également moins d’arcs électriques aux points de contact.

Enfin, avec très peu de pièces mobiles, les interrupteurs tactiles durent généralement plus longtemps que les autres interrupteurs mécaniques. Cela permet leur utilisation directement montés sur des cartes de circuits imprimés, avec moins de soucis de retrait pour réparation. Cela signifie également que, par rapport à d’autres types de commutateurs, ils coûtent moins cher à utiliser dans un produit.

Structure et fonctionnement de base de l’interrupteur tactile

Les interrupteurs tactiles sont pour ainsi-dire élégants dans leur simplicité, utilisant un nombre très limité de pièces pour répondre à leur fonction prévue. La conception de base de l’interrupteur tactile comprend généralement quatre parties, dont le plus grand composant – une base en résine moulée (4) contenant des bornes et des contacts pour connecter l’interrupteur à la base du circuit imprimé.

Structure de base de l’interrupteur tactile

Un dôme de contact (3) en forme d’arc s’insère dans la base et dévie ou inverse la forme sous l’effet de la force. Ce processus produit le clic audible et haptique d’un interrupteur tactile. Le dôme relie deux contacts fixes dans la base lorsqu’il est fléchi et alimente ainsi le circuit. Lorsque la force de fonctionnement est supprimée, le dôme reprend sa forme d’origine et le circuit est interrompu. Les dômes sont faits à la fois de métal et d’autres matériaux en fonction de la quantité de retour haptique et audible requis.

Le piston (2) se trouve au-dessus du dôme de contact et est poussé pour faire fléchir le dôme et activer l’interrupteur. Les pistons peuvent être en métal, en caoutchouc ou en d’autres matériaux et peuvent être plats ou offrir des saillies surélevées, selon les besoins de l’ensemble du produit. Le type de matériau utilisé dans le piston et le dôme de contact déterminera également la sensation tactile et le son du clic.

Sur le dessus du piston se trouve le couvercle (1), qui protège le mécanisme interne de l’interrupteur. Celui-ci peut être en métal ou en d’autres matériaux, en fonction de l’utilisation prévue de l’interrupteur et de la quantité de protection nécessaire. Des couvercles spécifiques peuvent également inclure une borne de mise à la terre pour protéger contre les décharges statiques.

Spécifications de l’interrupteur tactile

Choisir le bon interrupteur tactile pour votre produit n’est pas seulement un processus d’évaluation des spécifications sur une fiche technique de produit. Les interrupteurs tactiles, en raison de leur « toucher » et de leur « son », peuvent influencer la perception par l’utilisateur de la qualité de l’ensemble du produit. Cette perception peut être difficile à quantifier. La force nécessaire pour activer l’interrupteur et le retour haptique que l’utilisateur ressent doivent répondre à l’application et varieront d’un produit grand public à un produit industriel.

Il est souvent judicieux de faire correspondre les caractéristiques d’un commutateur particulier à son application en testant l’interrupteur réel dans le cadre d’une utilisation prototype. Par exemple, un interrupteur automobile peut nécessiter une force d’actionnement plus importante pour éviter les erreurs de saisie causées par les vibrations du véhicule. Un commutateur utilisé sur une imprimante ou un produit de jeu grand public peut être moins sensible. Bien entendu, dans les deux cas, l’interrupteur doit également fonctionner de manière fiable pendant toute la durée de vie du produit.

Cela dit, il existe de nombreuses spécifications de conception applicables aux interrupteurs tactiles, notamment :

Tension nominale : (parfois appelée alimentation nominale) indique la tension maximale que l’interrupteur peut supporter lorsqu’il est ouvert ou fermé. Les tensions nominales sur les interrupteurs tactiles sont généralement faibles.
Courant nominal : le courant maximal en ampères qu’un interrupteur peut transporter avant d’être endommagé.
Force d’activation : (également appelée force de fonctionnement) la quantité de force ou de pression (exprimée en grammes-force ou gf) nécessaire pour déplacer un actionneur sur un interrupteur.
Déflexion : (également appelée course de l’actionneur) la distance de déplacement totale d’un interrupteur enfoncé.
Force de contact : la quantité de force ou de pression (exprimée en grammes) nécessaire pour que l’interrupteur connecte les bornes et fasse circuler l’alimentation.
Hauteur de l’actionneur : la hauteur de l’actionneur au-dessus du corps de l’interrupteur.
Plage de cycle de vie : durée prévue d’un commutateur dans des conditions normales de fonctionnement.
Plage de température : la plage de températures dans laquelle l’interrupteur fonctionnera selon les spécifications.
Style de montage : la méthode utilisée pour monter le commutateur sur le circuit imprimé, soit traversant, soit en surface.
Indice IP : norme internationale qui classe les degrés de protection d’un interrupteur (ou d’un autre produit) contre l’intrusion de poussières et de liquides.

Exemples de hauteurs courantes d’actionneurs d’interrupteurs tactiles

Types d’interrupteurs tactiles

Les interrupteurs tactiles sont disponibles en deux types principaux, soit standard (ou ouvert), soit étanche. Le type standard d’interrupteur tactile n’est pas étanche aux éléments extérieurs tels que la poussière, les gaz ou l’eau. Le type étanche comporte des éléments mécaniques pour protéger les pièces internes de la poussière et de la pénétration d’eau dans les environnements difficiles.

Voici quelques-uns des différents types d’interrupteurs tactiles disponibles :

Rond/Carré/Rectangulaire
Afleurant
Illuminé
Miniature
Micro
Angle droit
Course longue
5 voies
Réseaux de commutateurs et claviers

Comment câbler un interrupteur tactile

Les interrupteurs tactiles contiennent généralement 4 broches. Ces broches sont connectées en interne en 2 ensembles. Le but de l’utilisation de 4 broches est d’assurer la stabilité lorsque l’appareil est monté sur une carte de circuit imprimé. Lors du câblage, vous n’avez techniquement besoin d’utiliser que 2 des fils, mais il est préférable d’utiliser toutes les broches possibles, tout en réalisant que les paires sont connectées en interne. Des interrupteurs tactiles sont également disponibles avec seulement 2 broches. Des commutateurs tactiles à 5 broches sont également disponibles pour permettre un contrôle de type joystick dans un très petit boîtier.

Configuration typique des broches de l’interrupteur tactile

Applications de commutateurs tactiles

En raison de leur petite taille, de leur faible hauteur et de leur longue durée de vie, les interrupteurs tactiles répondent à de nombreux besoins dans divers types de produits de consommation et industriels. Voici une liste de quelques-unes des applications typiques :

Claviers et pavés numériques
Télécommandes
Manettes de jeu
Téléphones
Jouets
Instruments de musique
Ordinateurs portables
Appareils ménagers
Électronique de sécurité
Contrôles industriels
Instruments électriques et électroniques
Équipement portatif
Équipement médical

Parmi les applications plus récentes qui tirent parti du faible encombrement, de la légèreté et de la durabilité des commutateurs tactiles, citons la technologie wearables, les gilets pare-balles intelligents et les caméras corporelles.

Conclusion

Les commutateurs tactiles sont un choix intelligent lorsqu’un contrôle de puissance ou une entrée de données à faible puissance et à action momentanée est nécessaire dans un produit, et lorsque le retour tactile et auditif est une caractéristique souhaitable. Same Sky propose une gamme d’interrupteurs tactiles dotés de boîtiers compacts, d’une gamme de hauteurs d’actionneur et de multiples options de configuration.

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