迈瑞特转向柱组合开关中使用的无触点技术

Mairit汽车电子在上海展会上展出的柱装组合开关采用了非接触式技术，吸引了许多人的兴趣。非接触式开关是汽车机电一体化中最令人困惑的名称之一。当人们第一次听到这个术语时，他们经常会问：“开关怎么能不接触？开关的工作原理是接触。”为了理解什么是机电一体化中的非接触，有必要首先理解接触开关的含义

图1中接触开关的一个简化示例是，滑块如箭头所示移动，并根据其位置短路或断开印刷电路板上的接触区域。两个块之间的电接触是开关的编码位置，因此这种类型的开关通常被称为接触开关。这种类型的交换机是目前最常用的交换机技术。它便宜、简单、可靠。但它真的可靠吗？它很难有很长的使用寿命。当触点磨损时，PCB的表面会腐蚀，或者弹簧会失去弹性。当然，这些情况是在长时间使用后发生的损坏。当然，接触式开关也可以做得更坚固，但这需要更多的成本，并可能导致PCB板尺寸更大，而开关外壳往往变得越来越小。这就是非接触技术的起源，它实现了在不使用电触点的情况下检测旋钮、拨杆或按钮的位置信号的操作。这种类型的交换机有很多种，每种都有其优点和缺点。这里主要介绍了两种类型：光学和电磁非接触式开关。光学开关依靠光学信号来确定其位置。在简单的形式中，它们由光源、光敏元件和移动屏幕或反射器制成，当屏幕位于相对光源和光敏元件之间时，移动屏幕或反射镜充当光源的屏障。市场上已经有现成的光学屏障检测器作为光学开关的组件。然而，有时不能使用屏障，反射器可能是更好的解决方案。光源和光敏元件彼此相邻地放置在PCB板上，并且可以在该板上使用反射器来检测状态变化的存在。

图2:处于闭合和断开状态的非接触式光学开关的示例。屏障在光源和光敏元件之间移动，阻挡光线。与接触式开关相比，光学开关具有一些突出的优点。它们的寿命更长，不太容易损坏，而且相对便宜，即使与接触开关相比也是如此。它们的磨损速度较慢，不会出现类似于PCB触点的腐蚀。就价格而言，一些光学开关可能与接触式开关类似。这可能与我们的直觉不同，但接触开关通常需要多个精确制造的组件，这会增加整体价格。当然，与接触式开关相比，光开关也有一些明显的缺点。LED光源比接触开关的滑块需要更多的功率。当需要唤醒功能时，光学开关可能不适用。众所周知，随着时间的推移，光学开关很容易被污垢和灰尘覆盖，这迫使产品的外壳被设计为防尘的并经过长期验证，这两者都增加了最终产品的成本。接近非接触式开关的另一种解决方案是磁性开关。该开关由作为磁场源的永磁体和检测磁体位置的磁场传感器组成。

图3。磁性非接触式开关的示例。圆柱形磁铁在磁场传感器上方移动。请注意，磁铁可以向两个方向移动。IC供应商在过去几年中开发了用于非接触式开关的各种传感器。磁性非接触式开关有两种可能的操作模式：在第一种情况下，传感器对一定的磁能阈值做出响应，使用单个传感器来构造简单的开关。阈值传感器的输出通常是开路集电极输出，允许输出通过线束直接连接到ECU。第二种类型的磁性开关使用传感器来报告一个或多个轴上的磁通量的连续值。这种类型的开关通常需要一个微控制器来……

处理感应数据并确定磁铁的位置，然后通过数字总线传输。这种方法增加了开关的复杂性，但允许其校正温度并实现更复杂的磁运动。磁性开关比接触式和光学开关有优势，第一个优势是显而易见的：磁铁不受灰尘和环境污染的影响。磁性开关可以在肮脏的环境中使用，例如浸泡在液体中。另一个不太明显的优势是能源消耗。磁性传感器通常比光学开关中的LED使用更少的电流。这使得当需要唤醒时，磁性开关成为首选设备。磁性开关的另一个优点在于其机械简单。它不需要滑块在PCB上的精确定位，也不需要光学屏障通过检测器间隙的精确移动。磁铁的安装不需要高精度，并且可以在校准过程中进行校准。当然，磁性开关也有一定的缺点，其中之一是它们可能会通过外部磁场干扰其操作。这种类型的开关需要彻底的EMC/ESC设计验证，并且可能需要额外的电路/屏蔽，以在存在外部磁场的情况下保持操作。此外，它附近的任何磁性材料，无论是金属、塑料还是油脂，都可能干扰它的正常工作。最后的缺点是价格，因为磁传感器比光学屏障或接触开关更贵，并且可能需要微控制器。总的来说，非接触式开关可能不适合所有的应用场景，尽管它们比接触式开关有明显的优势。作为汽车机电一体化的供应商，Mairite automotive Electronics可以为客户提供两种类型的非接触式和非接触式开关，以满足任何潜在的客户需求。作者：Andrzej Wetula，Merritt高级软件工程师

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