[发明专利]弱电开关

说明书

技术领域

本发明涉及电子开关的设计，更具体地涉及弱电开关的设计。

背景技术

在许多电气系统中，通常在仪表盘上将弱电开关放在与强电开关相邻的位置。例如如果一个特定子系统使用强电开关作为功率控制和弱电开关作为信令控制时，这是有意义的。

通常情况下，还希望对这种开关具有相同的功能性的“感觉”，以便对操作者保持一个共同的触觉响应。在开关具有相似或一致的外观设计的情况下尤其如此。如果转换过程中这些开关“感觉不同”，操作者可能错误的认为其中一个开关开始出现故障或也可能认为系统的整体配合和完成较差。

在这些美学约束下，简单地用一个复制的强电开关用于弱电流应用是很有诱惑力的，假设其将能够一样好的处理弱电流。然而，弱电开关的设计与强电开关区别很大。出于这个原因，用这种方式来替代开关通常是不可能的或不切实际的。接下来面临的挑战是设计一种经济的方式来创造弱电开关，其具有与相应的强电开关匹配到一个可接受程度的“感觉”。

为了解决这个问题，重要的是要考虑这些开关每一类的设计要求。一些弱电开关和强电开关之间的主要设计差异涉及腐蚀和开关弹跳的效果。

弱电开关与使用在强电流应用中的开关相比更易于受到接触表面的腐蚀，所以必须设计更为积极的减少腐蚀。弱电开关也经常用在对噪声信号转变敏感的应用中，并且最好设计成减少这种影响，在强电流应用中，这通常不是问题。这些不同的要求对开关的结构，“感觉”，和制造成本有影响。

使用标准的材料，接触表面的腐蚀会随着时间的过去而加强，尤其是在潮湿或腐蚀性环境中。这种腐蚀形成了绝缘屏障，其增加了电阻并干扰电接触。

强电开关能够忍受在接触表面上的一定程度的污点或腐蚀，因为强电流足够“穿通”腐蚀。对于一个给定的开关设计，所需的最小电流突破预期的耐腐蚀性通常被称为“湿性电流”。

湿性电流是电子线路能够运转的最小电流。低于湿性电流，电流将根本不会流动。然而，在弱电流应用中，电流通常低于标准的强电开关的湿性电流。这意味着系统中的电流可能不足以穿透在接触表面形成的腐蚀，最终引起开关的故障。

为了解决弱电流应用中的这个问题，开关之内的接触点和某种类型的传导接头(比如枢轴或轴承表面)必须由最小腐蚀物质制成或涂覆有最小腐蚀物质以防止污点或其他腐蚀的逐步积累。

镀金是提供高度传导性和抗蚀性表面的标准选择。然而黄金非常昂贵，近些年来成本正急剧地增加。

由于其如此昂贵，以至于在开关中使用镀金通常非常薄以减小成本。然而，如果涂层太薄，使开关极度地易磨透并最终腐蚀，这可能会对可靠性产生负面影响。

这意味着，通过简单地增加镀金来使典型的旋转式强电触点开关应用于低电流应用中代表着材料成本显著的增加，并且可能不足以制造出具有足够长的寿命的弱电开关。

由于这些问题，基于强电流的弱电开关设计必须在结构上重新设计以减小黄金需要的量。然而，这些修改有改变开关的触感的可能性。

弱电流应用通常易受开关触点颤动的影响。这在数字电路中尤其如此。在数字电路中信号电平之间的明确转变对于正常工作可能是重要的。

当开关触头打开或关闭时，会发生开关弹跳。当触头碰到一起时，在关闭的位置停止移动之前，触头的质量，惯性和表面特性引起触头“弹跳”或很快地打开和关闭多次。在触头打开并停留在打开的位置之前，也会发生类似的情况。

由于强电流电路对嘈杂的开关信号通常不是特别敏感，这样的开关通常目的在于处理预期的电流负荷而不考虑弹跳。因此，强电开关的结构会产生对于一些弱电流数字信号应用来说太嘈杂的信号。

为了在弱电流应用中使用这样的开关，电路切换需要使用附加的组件“去抖动”以便创建可靠的信号。然而，去抖动电路需要额外的制造成本。在一些高速数字应用中，设计用于强电流应用的充分防反跳开关中引入了延时机制。

由于这些问题，基于强电流设计的弱电开关必须在结构上重新设计以尽可能减小开关的弹跳。但是就像用最少的镀金减少腐蚀的重设计一样，这些修改对改变开关的触感有影响。

因此，希望提供一种解决这些不足之处的弱电开关。

发明内容