面向智能应用的长寿命体积小检测开关

自2014年以来，物联网(IoT)技术的实施使智能联网设备在广阔的市场中吸引了众多的关注。许多智能家居技术正在驱动被动、未联网的设备向主动的联网设备过渡。无论是在家中还是在路途中，智能家居设备都可以为联网设备提供高级控制，从而简化人们的生活并提供更丰富的功能。这类设备通常都有创新的机电控制或开关来支持。随着物联网设备内部空间的不断压缩，其内部组件也必须越来越小。

根据Markets and Markets的数据，物联网细分市场的市值到2027年预计将达到14632亿美元，而2019年时还仅仅是2507亿美元，预测期内的复合年增长率(CAGR)为24.9%。更具体地说，全球智能家居的市场规模预计将从2020年的783亿美元增长到2025年的1353亿美元，预测期内的复合年增长率为11.6%。这种增长受多种因素的驱动，例如互联网用户数量的增加、偏远地区家庭监控的实现、节能需求的增长、智能家居产品线的扩张，以及普通人群对安全性和便利性的日益关注等。

市场趋势与挑战

物联网应用的潜力是无穷的。它可以实现远程监控，同时收集数据用于分析。这些数据可以被解释并用来生成房屋中360度全面视图，从而使OEM能够开发出更好的产品以满足人们的需求。在新冠疫情大流行期间，尽管对物联网设备的总体需求有所下降，但新的物联网设备又会兴起，而其中许多设备都与改善健康和生活质量相关。

物联网设备的小型化趋势已不是什么新鲜事。传统的速动开关体积较大，不能放入手掌大小的物联网设备中，PCB有限的空间要求用更小巧的检测开关来代替常用的速动开关。现在，智能家居物联网应用中约有80%的设备都将检测开关作为必不可少的核心组件。

此外，物联网设备制造商希望在不断缩小的产品中集成尽可能多的功能，并收集尽可能多的数据。这通常要求在小小的封装中挤进更多的电子器件，而这对器件的小型化与设计灵活性又提出了更进一步的要求。

什么是检测开关？

检测开关，也称为“检测器”开关，它是一种微机电开关，可检测(或感应)物体在其执行器上造成的任何移动或激活动作。检测开关的下方都有一个接触端子，如果开关已经打开，当有电信号连接到该端子时，将会有几毫安或几微安的电信号流过它。该信号流可以连接到其他物联网设备，以触发其他设备上执行特定任务的一系列指令。

图1：检测开关的主要部件结构图。(本文图片来源：C&K)

检测开关为工程师提供了灵活的解决方案，可以用来设计要求通过移动触点器件实现“微动”检测的应用。这些开关非常坚固，在数千次反复开关中不会有任何损坏。它们均采用小尺寸封装，并提供各种位移距离检测，同时还能满足PCB上的小占位面积的设计要求。

图2：安装在PCB上的微动表面贴装检测开关。

检测开关的概念源自传统的速动开关，作为体积较大的速动开关的更小替代品，可以分发更大的电流(从几毫安到几安培)。速动开关最大的缺点是尺寸过大，对于已经越来越小的物联网设备和其他手持设备而言，这个缺点尤为突出。与同类的速动开关相比，微动检测开关最多可节省50%的空间，因此是物联网应用的理想选择。

图3：HDT0001检测开关的主要构建块原理图。

检测开关还为物联网设备和家用电子设备提供信号电平电流(直流电压)。低电流检测开关消耗很少甚至不消耗电能，这使它成为电池类应用的理想解决方案。而且，检测开关也不需要通过UL/ENEC认证。

凭借微型的尺寸以及灵活的安装方式，检测开关几乎可以放置在PCB的任何位置，包括平面位置、垂直位置，甚至倒置。在设计产品和解决方案时，采用即插即用的检测开关，设计人员不会有任何掣肘之处。

除了紧凑的尺寸之外，检测开关还有很多优点。它允许生产线使用机器人在PCB上快速取放和焊接。超过90%的检测开关采用表面贴装(SMD)接线端子，这意味着它们本来就是为贴片机设备而设计的。其制造过程无需任何人工干预，因此可以确保开关的质量，避免因人手处理开关带来污染和污物。

如何选择检测开关

根据应用需求来选择正确的检测开关。业内有多种检测开关，可以满足几乎所有的应用需求。具体需考虑的选项包括：

• 尺寸：分为标准型(约13mm)、小尺寸紧凑型(约6mm)和超微型(约2mm)。
• 寿命：10万至100万次
• 环境条件：从常态的普通环境到严苛的各级IPxx环境均能适用。
• 操作力：35g至50g
• 执行方式：推鳍、水平推、垂直推和角度推杆
• 执行器长度：1.4mm至2.67mm
• 执行方向：包括垂直或水平、顶部或侧面、右旋或左旋。
• 行程：1.05mm至3.14mm
• 端接方式：包括表面贴装(SMT)、通孔固定、面板内嵌/底盘螺钉固定等安装方式，适用于不同的安装与固定需求。
• 工作温度范围：-40°C至85°C，可在严苛的环境中工作。

检测开关都是单极的，而且通常为常开或常闭。此外，当检测开关未密封时，焊接过程中将存在助焊剂渗透的风险。故在将检测开关焊接到PCB的制造过程中，需要注意这一点。

关键应用

检测开关常用于以下智能家居应用：

• 清洁机器人：检测尘盒是否安装以及机器人轮子方向的位置。
• 智能门窗锁：从内部检测位于强制开启位置的锁。该锁不能从外部手动开启。
• 耳塞：当耳塞放入充电座时开始充电，并检测充电座是处于打开还是关闭位置。
• 安全摄像头：检测镜头旋转的极限位置
• 安全门：检测门是打开还是关闭
• 烟雾探测器：为烟雾探测器和报警面板的防篡改功能提供检测

检测开关还可用于各种其他智能应用，从检测数字摄像头盖子的打开/关闭、放大/缩小功能或者镜头的连接或拆卸，到检测公用事业仪表盖是否移除从而防止被篡改。

用于所有类型的电子设计

为了应对上文提到的挑战并满足行业要求，C&K等开关制造商提供了丰富的检测开关产品。对于有空间限制的电子设计而言，小巧而可靠的检测开关是理想的解决方案；而且，它通过提供多样的选择实现了设计灵活性与功能性，赋能物联网设备不断创新并发挥想象力。

（参考原文：Detect switchesdeliver small size, long life for smart applications）

本文为《电子工程专辑》2021年12月刊杂志文章，版权所有，禁止转载。点击申请免费杂志订阅 

责编：Amy Wu