Spínače v LED lampách - technický a praktický průvodce

🔧 ÚVOD

Přepínač. Zdánlivě jednoduchý. V praxi – klíčový.

Přepínač je něco, na co většina lidí nemyslí. Prostě na něj kliknete a něco se stane.

Ve skutečnosti je to ale kontrolní bod energie, logiky a uživatele. Je to místo, kde se fyzika rozhraní setkává s designem UX a mikroskopické jevy s velkými výrobními rozhodnutími.

V této příručce se podíváme na spínače od nuly až po pokročilé, od stříbrných kontaktů až po chytrou domácnost přes MQTT, od elektrického oblouku až po testování IEC.

Nebudou zde žádné prázdné fráze typu „existují dotykové spínače a běžné spínače“.
Bude:

• kontaktní fyzika,
• vliv materiálu na vodivost a trvanlivost,
• mikrosvary a oblouky,
• odskoky v jazycích C a COBOL,
• analýza technických norem,
• srovnání klasického a IoT bez technoeuforie.

Pro ty, kteří chtějí:

• vytvářet věci, které skutečně fungují,
• pochopit, co se děje mezi kliknutím a světlem,
• konstrukční spínače, které vydrží více než 3 kliknutí ve vlhké koupelně.

Toto je průvodce napsaný s takovou přesností, že by si inženýr z CERNu nestěžoval –
ale takovým stylem, že i uživatel z growboxu říká: „aha, teď už chápu, proč mi bliká lampa.“

🔌 MODUL 1: Co je to přepínač?

🧠 ÚVOD – Selský rozum:

Vypínač je jednoduše „brána“ pro elektřinu. Umožňuje ji zapnout nebo vypnout. Funguje jako ventil ve vodovodním potrubí – uzavírá nebo otevírá průtok.

Ale: co je pro vás jedno „kliknutí“, ve fyzice znamená kontrolu nad:

• tok elektrických nábojů,
• elektrický oblouk (tj. mini-blesk),
• kontaktní odpor, opotřebení, odskoky a rušení.

Vypínač není jen kus plastu s destičkou. Je to klíčová součástka v systémech od hraček až po jaderné reaktory.

🔬 ČÁST 1: Technická definice

📘 Definice:
Spínač – spojovací prvek používaný v elektrických obvodech, který umožňuje úmyslné zapojení, odpojení nebo přepnutí proudové dráhy. Může být ovládán ručně, mechanicky, elektronicky nebo automaticky.

Klasifikace IEC:

• mechanické (klasické),
• elektronické (např. polovodičové),
• senzor (např. dotykový, přiblížení),
• časované, programovatelné, bezkontaktní.

⚡ ČÁST 2: Fyzika přepínání

🔄 2.1 Pohyb nosičů nákladu

Spínač umožňuje nebo přerušuje tok elektrických nábojů (elektronů) ve vodiči.

 I = dQ/dt

Kde:

• I – intenzita proudu (A),
• Q – náboj (C),
• t – čas (s)

S rozpojeným spínačem: I = 0
V sepnutém stavu: proud protéká v závislosti na napětí a odporu koleje (Ohmův zákon).

🔥 2.2 Energie oblouku

Při rozpojování kontaktů vysokým proudem vzniká elektrický oblouk (oblouk) - vodivá plazma, která může kontakty zničit.

 W = ∫ U_arc · I dt

Typicky:

• Napětí oblouku: ~10–30 V
• doba trvání: mikrosekundy až milisekundy
• teplota: až 6000 K (srovnatelná se Sluncem)

💡 2.3 Spínání indukční zátěže

 U_ind = L · (dI/dt)

Při odpojení indukčního obvodu (např. relé, motoru) musí spínač rozptýlit energii uloženou v magnetickém poli – to generuje přepětí a oblouk.
Ochrany: flyback dioda, varistor, RC tlumič.

🧪 ČÁST 3: Kontaktní odpor a opotřebení

📉 Kontaktní odpor:
Každý fyzický kontakt kov-kov má určitý přechodový odpor (R_kontakt).

Záleží na:

• materiál (např. stříbro: R < 10 mΩ, nikl: vyšší),
• kontaktní tlak,
• zmatnění a oxidace povrchu,
• mikrosvary.

 R_kontakt ≈ ρ / (2a)

Kde:

• ρ – měrný odpor materiálu (Ω m),
• a – poloměr kontaktu (m)

Typické hodnoty:
nové kontakty: < 50 mΩ
opotřebované: i několik Ω → zahřívání, jiskření, poškození.

📊 ČÁST 4: Klasifikace spínačů – Obecné rozdělení

Zdroj: IEC 60617 / ANSI Y32.2 (symboly přepínačů)

🧬 ČÁST 5: Spínače a zátěže – Příklad lamp

Nástěnný vypínač 230 V AC, zátěž: 12W LED žárovka.
Co by se mohlo stát?

• Lampa má spínaný zdroj → rozběhový proud (náběhový proud) až 50× vyšší než provozní proud!
• Kontakty levného spínače se mohou svařit, a to i po několika cyklech.
• Řešení: Spínač třídy C nebo D, stříbrné kontakty, RC tlumič.

📚 VĚDECKÉ A TECHNICKÉ ZDROJE:

• Ragnar Holm, Elektrické kontakty – teorie a aplikace (Springer)
• IEC 61058-1: Spínače pro spotřebiče – Všeobecné požadavky
• Vishay, TE, Omron – Datové listy: Taktilní, posuvné, Hallovy, jazýčkové spínače
• IEEE Transactions on Components, Packaging and Manufacturing Technology
• Gray & Meyer – Analýza a návrh analogových integrovaných obvodů

✅ KLÍČOVÁ ZJIŠTĚNÍ

• Spínač není jen „cvaknutí“ – je to fyzika kontaktů, materiálů, elektrického oblouku, bezpečnosti.
• Materiál a geometrie kontaktů mají obrovský vliv na trvanlivost a kvalitu signálu/proudu.
• V obvodech s LED diodami nebo cívkami je spínání vysoce rizikovou operací – vhodný typ spínače = klíč.
• Moderní systémy často eliminují kontakty – dotykové, Hallovy, optické senzory → nulové jiskření, větší odolnost.

🛠 MODUL 2: Typy mechanických spínačů

🔧 ÚVOD – Selský rozum:

Než někdo vynalezl „dotyk“ a „chytrou domácnost“, svět se otáčel mechanickými spínači.

To znamená: něco se fyzicky pohybuje, dotýká se nebo odpojuje a ovládá proud.

Ať už kliknete na zvonek, pohnete páčkou nebo sešlápnete pedál v CNC stroji, používáte mechanický spínač. Rozdíly spočívají v detailech: tvar, počet drah, způsob aktivace, materiály kontaktů.

📚 ČÁST 1: Klasifikace – Základní typy mechanických spínačů

🔬 ČÁST 2: Technické specifikace

Zdroj: Omron B3F, Honeywell V7, ALPS RK09, IEC 61058

🧪 ČÁST 3: Fyzikální jevy při přepínání

🔄 Odmítnutí kontaktu

Po fyzickém „cvaknutí“ kontakty několikrát poskočí, než se ustálí.

Důsledky:

• generování chybných impulsů v digitální logice,
• Elektromagnetické rušení,
• nepředvídatelný provoz mikroprocesorů.

🧮 Filtrace:

RC systém:
t_settle ≈ 5RC – doba potlačení odrazů.

Programově (v mikrokontrolérech):

 if (digitalRead(pin) == HIGH) {
 delay(10);
 if (digitalRead(pin) == HIGH) doSomething();
 }

🧱 ČÁST 4: Materiály a konstrukce

Mechanická konstrukce:

• Pružinová funkce – typická pro taktové spínače.
• Kuličkové mechanismy – používají se v otočných spínačích (zastavení pomocí kliknutí).
• Pákové mikrospínače – citlivé, spouštěné pohybem.

⚙️ ČÁST 5: Praktické aplikace

🧠 ZAJÍMAVÝ FAKT

Proč některé spínače „cvakají“?
Protože mají speciální mechanismus, tzv. snap-action – tedy mechanické proskočení pružinového prvku bodem nestability. Díky tomu:

• přepínání je rychlé,
• méně oblouků,
• vyšší odolnost,
• uspokojivé kliknutí™️.

🔦 ČÁST 6: Srovnání přepínačů lamp

📚 ZDROJE:

• Technická příručka k přepínačům ALPS
• Omron Electronics – Průvodce výběrem spínačů
• CENELEC EN 61058-1
• Texas Instruments: Techniky odrušení digitálních vstupů
• Holm R., Elektrické kontakty (Springer)

✅ KLÍČOVÁ ZJIŠTĚNÍ:

• Mechanické spínače jsou levné, odolné a předvídatelné – proto stále dominují.
• Volba typu závisí na: aplikaci, prostředí, ergonomii a životnosti.
• Jevy jako odskoky, obloukové opotřebení a opotřebení kontaktu určují kvalitu a spolehlivost.
• Inženýr si nevybírá jen to, „zda to funguje“, ale i to, zda to přežije 100 tisíc kliknutí ve špinavé hale nebo v horkém pěstebním boxu.

🧲 MODUL 3: Kontakty – geometrie, materiály, eroze a fyzika spínání

🧠 ÚVOD – Selský rozum:

Když říkáte „kontakty ve spínači“, pravděpodobně máte na mysli dva kontakty, které se vzájemně dotýkají. Ve skutečnosti se jedná o mikroskopický boj mezi:

• vedení a odpor,
• kontaktní a mikrosvarové svařování,
• oblouk a eroze materiálu.

Kontakty jsou místem, kde se kov setkává s elektřinou – a tam začínají problémy: jiskření, spalování, oxidace a destrukce kontaktů.

🧪 ČÁST 1: Co je to kontakt?

Kontakt – místo, kde jsou dva vodiče fyzicky spojeny, aby mohl protékat elektrický proud.

Ale pozor: „kontaktní bod“ má ve skutečnosti kontaktní plochu řádově μm² a vedení probíhá pouze přes mikroskopické tlakové body zvané mikrokontakty.

Kontaktní fyzika:

Vzorec pro kontakt s jednou kuličkou:
R_contact ≈ ρ / (2a)
Kde:
ρ – měrný odpor materiálu [Ω m],
a – skutečný poloměr kontaktu (mikrometry)

🧬 ČÁST 2: Kontaktní geometrie

⚡ ČÁST 3: Spínací proud a spotřeba

• 🧨 Elektrický oblouk
  • Vzniká při přerušení proudu → plynné ionty vedou proud.
  • Teplota: až 6000–7000 K
  • Ničí povrch: taví se, odpařuje se, eroduje
  • Vzorec: P_arc ≈ U_arc · I
• 🧼 Mikrosvařování: nízký tlak + vysoký proud = svařování kontaktů → trvalý zkrat.
• 📉 Změna odporu: oxidace, kontaminace → zvýšení R_kontaktu → ohřev, poklesy napětí.

🧱 ČÁST 4: Kontaktní materiály – Vodivost vs. trvanlivost

🔬 ČÁST 5: Mikroskopické jevy

• 5.1 Oxidový film: CuO může mít měrný odpor >10⁶ Ω
• 5.2 Průraz oxidové vrstvy: smáčecí proud ≥ 10–50 mA → při příliš nízkém proudu: žádné vedení
• 5.3 Skin efekt:
  pro AC >10 kHz proud teče hlavně po povrchu
  δ = √(ρ / (π·f·μ))

📊 ČÁST 6: Graf životních kontaktů

🔦 ČÁST 7: V LED lampách – k čemu slouží kontakty?

• Příklad 1: Vypínač 230 V + 20W LED napájecí zdroj
  • Náběhový proud >5A
  • Ag kontakty → rychlá eroze
  • Řešení: AgNi + RC tlumič nebo SSR
• Příklad 2: dotyková lampa s bistabilním relé
  • AuNi kontakt – nízké proudy, vysoká čistota signálu
  • Znečištění = žádná reakce na dotek

📚 VĚDECKÉ ZDROJE:

• R. Holm, Elektrické kontakty: Teorie a aplikace , Springer
• IEC 60512: Elektrické kontakty – Základní testování
• Vishay, Omron, TE Connectivity – datové listy
• IEEE Trans. Komponenty, technologie balení a výroby
• MIL-STD-202G – Metodika testování kontaktního odporu

✅ KLÍČOVÁ ZJIŠTĚNÍ:

• Kontakty jsou místem, kde se fyzika setkává s chemií a termodynamikou – to vše na ploše o velikosti milimetru čtverečního.
• Materiál = kompromis: vodivost vs. odpor vs. cena vs. ekologie.
• Kontakt musí být přizpůsoben napětí, proudu a pracovnímu prostředí - bez něj: porucha, zahřívání, nedotek, oblouk, zničení.
• LED diody a moderní světelné zdroje jsou obzvláště citlivé na kvalitu kontaktů – protože mají úzké proudové tolerance a vysoký zapínací proud.

👆 MODUL 4: Dotykové a kapacitní spínače

🧠 ÚVOD – Selský rozum:

Dotknete se lampy – rozsvítí se. Jednoduché?
Ne tak docela. Váš prst je rušením v elektrickém poli. Řídicí jednotka měří drobné změny kapacity v rozsahu pikofaradů, filtruje rušení, rozlišuje mezi skutečným dotykem a náhodným štětcem a teprve poté – vysílá signál.

Není to kontakt. Není tam žádný skok. Není tam žádný oblouk. Ale jsou tu další problémy: citlivost, vlhkost, elektromagnetické rušení a dotykové „ghosty“.

🧪 ČÁST 1: Jak funguje kapacitní spínač?

Kapacitní dotykový spínač funguje na základě změny elektrické kapacity (C) způsobené blízkostí nebo dotykem vodivého předmětu (např. prstu).

Vzorec pro výpočet kapacity deskového kondenzátoru:
C = ε · A / d
Kde:
C – kapacita [F],
ε – elektrická permitivita (ε₀ εᵣ),
A – plocha elektrody [m²],
d – vzdálenost od „prstu“ [m]

Typická změna: z 30 pF na 60 pF na dotyk.

📈 ČÁST 2: Typy detekce

🧬 ČÁST 3: Fyzikální aspekty dotyku

Efekt duchového dotyku: Falešné detekce způsobené:

• EMI rušení (motory, spínané zdroje),
• vlhkost nebo kondenzace,
• porucha referenčního kondenzátoru.

⚡ ČÁST 4: Blokové schéma dotykového spínače

[Elektroda] → [Front-end sensing (MUX + ADC)] → [MCU / Komparator] → [Debounce logic] → [Output]

Typická uspořádání:

• AT42QT1010 (Microchip) – kompaktní, jednokanálový
• TTP223 – Ultra-levný, jeden pin, jedna funkce
• STM32 + vlastní softwarové snímání – pokročilá detekce

📏 ČÁST 5: Technické specifikace

🛡️ ČÁST 6: Rušení, stínění, ochrana

Problémy:

• EMI – motory, WiFi, relé → falešné detekce
• ESD - Elektrostatický výboj může poškodit ADC
• Zvlnění VCC – bez filtrování = posun základní hodnoty

Zabezpečení:

• stínění elektrod (Faradayova klec),
• feritové korálky na VCC a GND,
• softwarové filtrování (střední okno),
• hlídací pes referenčního signálu.

🔦 ČÁST 7: Příklady v lampách

📚 ZDROJE:

• Microchip – Aplikační poznámky k řadě AT42QT
• Průvodce návrhem Cypress CapSense
• STMicroelectronics – Knihovna pro snímání dotyku STM32
• Časopis IEEE Sensors – „Kapacitní dotyková rozhraní v náročných podmínkách“
• Vishay / ON Semiconductor – aplikační poznámky: dotykové senzory

✅ KLÍČOVÁ ZJIŠTĚNÍ:

• Dotykový spínač je citlivý měřicí systém, nikoli „elektronické tlačítko“.
• Funguje to pouze tehdy, když je rozdíl v kapacitě významný – proto záleží na tloušťce pouzdra, rukavicích a vlhkosti.
• Detekce vyžaduje: screening, filtraci a pečlivou kalibraci.
• Dotykové ovládání funguje dobře tam, kde je důležitá estetika a absence pohyblivých částí – ale ne v každé aplikaci (např. v průmyslu, chladném prostředí).

🧲 MODUL 5: Optické, magnetické a bezkontaktní spínače

🧠 ÚVOD – Selský rozum:

Co když chcete něco přepnout, aniž byste se toho dotkli? Žádné cvakání, žádné tření kontaktů, žádný oblouk?
Přicházejí bezkontaktní spínače – fungující na základě světla, magnetických polí nebo rádiových vln.
Neopotřebovávají se, nejiskří a často nemají žádné pohyblivé části. Ideální pro:

• průmyslovém prostředí,
• lékařské (bez infekcí),
• aplikace s vysokým počtem cyklů nebo nebezpečnými podmínkami.

🔬 ČÁST 1: Typy bezkontaktních spínačů

💡 ČÁST 2: Optický spínač – Světlo jako senzor

Konstrukce:

• IR vysílač (např. IR LED),
• přijímač (fototranzistor nebo fotodioda),
• optická cesta (prostorová nebo optické vlákno),
• detekce zlomení nebo odskoku.

Princip:
Žádný předmět → světlo nedosáhne přijímače.
Objekt v dráze → přerušení světla → změna stavu.

 [IR LED] → (przestrzeń) → [Fototranzystor]
 ↑ przerwanie = „klik”

Parametry:
Doba odezvy: < 1 ms
Rozsah: 1 mm - 50 cm
Napájení: 3-24V
Teplota: -25 °C až 70 °C

Aplikace:

• detekce přítomnosti objektu,
• limitní senzory,
• dotyk bez dotyku (např. hygienické panely),
• gestové senzory.

🧲 ČÁST 3: Magnetické spínače – Hallův a Reedův senzor

3.1 Hallův jev

Hallův jev: tok proudu vodičem + magnetické pole → generuje příčné napětí

V_H = (I · B) / (n · e · t)

• I – proud procházející senzorem
• B – magnetická indukce (T)
• n – koncentrace nosičů
• e – elementární náboj
• t – tloušťka plechu

Použití: jízdní kola, vodoměry, magnetická tlačítka.

3.2 Jazýčkový spínač

Hermetická skleněná trubice se dvěma ohebnými deskami, které se uzavírají vlivem magnetického pole.

Vady:

• stále kontakty → klasické problémy
• pomalejší reakce
• náchylnost k vibracím

Výhody:

• žádní mechanici venku
• kompaktní rozměry
• odolnost vůči prachu, oleji, vodě

🧪 ČÁST 4: Porovnání technologií

🔦 ČÁST 5: Bezkontaktní spínače v lampách

• Infračervený senzor přiblížení: TCRT5000, VCNL4010 – bezdotykový, dosah 1–5 cm.
• Lampa s Hallovým senzorem: magnet v rameni – detekce polohy bez kontaktů.
• Growbox s jazýčkovým spínačem: detekce otevření dvířek – bezkontaktní, snadné krytí IP65.

🛡️ ČÁST 6: Bezpečnost a stabilita

• Optické: stínění infračerveného záření, modulace signálu (např. 38 kHz)
• Hall: Filtrace napětí, hystereze
• Jazýčkový relé: Přepěťová dioda, RC potlačovač

📚 ZDROJE:

• Robert Sobot – „Senzory a akční členy v mechatronice“
• Texas Instruments – Digitální Hallovy senzory AN
• Vishay / Sharp – datové listy TCRT
• Časopis IEEE Sensors – Magnetická rozhraní
• CENELEC EN 60947

✅ KLÍČOVÁ ZJIŠTĚNÍ:

• Bezkontaktní spínače jsou ideálním řešením tam, kde jsou obtížné podmínky – vlhkost, prach, vibrace, vysoký počet cyklů.
• Hallovy, infračervené a jazýčkové technologie slouží různým účelům – vyberte si podle svého prostředí a požadavků.
• U lamp: žádné jiskření, žádné opotřebení, lepší krytí IP65+, ale vyžadují spolehlivou řídicí elektroniku.

⚠️ MODUL 6: Ochrana ve spínačích - teorie a praxe ochrany

🧠 ÚVOD – Selský rozum:

Kliknete na tlačítko. Co se může pokazit?
– V podstatě: všechno.
Protože za touto malou destičkou se může skrývat:

• cívka motoru (tj. indukční bomba),
• Ovladač LED má větší hodnotu než váš napájecí zdroj
• mikrokontrolér s tolerancí vstupu ±5 V.

Proto je spínač bez ochranných prvků časovaná bomba. Jakýkoli oblouk, jakýkoli napěťový skok, jakýkoli odskok může zničit obvod rychleji, než stačíte říct „flyback dioda“.

🧪 ČÁST 1: Proč jsou bezpečnostní opatření nezbytná?

1.1 Spínání indukční zátěže
U jakékoli cívky musí energie uložená v magnetickém poli někam jít, když je odpojena.

 U_ind = L · (dI/dt)

Pokud spínač přeruší obvod proudem 0,5 A za 1 μs a cívka má 10 mH:
U_ind = 10e-3 · (0.5 / 1e-6) = 5000 V
To znamená 5 kV na kontaktech!

🔥 ČÁST 2: Typické nebezpečné jevy

🛡️ ČÁST 3: Ochranné prvky – co, kdy a proč?

3.1 Flyback dioda

Pro stejnosměrné indukční zátěže:
• namontováno paralelně s cívkou (katoda k napájení),
• při odpojení: energie se vrací přes diodu → žádné špičkové napětí.
Příklady: 1N4007, FR107, Schottkyho

3.2 Varistor (MOV)

• funguje jako „chytrý rezistor“
• chrání před střídavými impulzy (bouřky, startování motoru)
Výběr: Napětí varistoru ≈ 1,5 × provozní napětí

3.3 Tlumič hluku RC

Obvod: rezistor + kondenzátor paralelně s kontakty nebo tranzistorem.
Účel: absorbovat energii spínání, eliminovat kmitání.
Typické hodnoty: R = 100 Ω, C = 100 nF

3.4 Transil / TVS

• rychlá Zenerova dioda, která se aktivuje při specifickém napětí
• chrání datové linky, GPIO a USB porty
Příklad: SMBJ5.0CA (chrání 5V systém před přepětím na 15V)

📏 ČÁST 4: Praktický příklad – LED spínač s mikrokontrolérem

🔧 ČÁST 5: Typická schémata

Flyback dioda:

 [V+] ──────+
 |
 ( ) Cewka
 |
 D |
 ─►─+──── GND

Tlumič RC:

 +──── R ────+
 | |
 SW C |
 | |
 +───────────+

🧪 ČÁST 6: Měření a výběr komponentů

📚 ZDROJE:

• Vishay: Tlumicí obvody pro výkonové spínače
• ON Semiconductor: Výběr flyback diody
• Texas Instruments: Ochrana TVS ve vstupech MCU
• IEC61000-4-2
• Vysokorychlostní digitální design – Johnson & Graham

✅ KLÍČOVÁ ZJIŠTĚNÍ:

• Přepínač není jen „zapnuto/vypnuto“ – je to bod možného vzniku jisker, rázové vlny nebo elektromagnetického rušení.
• I jednoduché kliknutí může zničit váš systém, pokud se nepostaráte o:
• flyback dioda pro cívky,
• RC tlumič pro kontakty,
• TVS pro logiku.
• U moderních lamp nedostatek bezpečnostních prvků = rychlé selhání + stížnosti.

💡 MODUL 7: Vypínače lamp – klasika vs. vychytávky

🧠 ÚVOD – Selský rozum:

Ve světě lamp je vypínač víc než jen ZAP/VYP. Je to kontaktní bod s uživatelem – jeho očekáváními, zvyky, potřebami. V klasické lampě:

• kliknutí - funguje,
• kliknutí – zhasne,
• 20 let bez dramatu.

V moderní lampě:

• dotknete se panelu,
• Mikroprocesor analyzuje váš prst, zpožďuje, filtruje a pomocí PWM mění barvu na teplou bílou s postupným zesilováním.

Nejde jen o technologie. Je to UX, psychologie, míra selhání, estetika a kompatibilita s tím, jak fungují naše smysly.

📊 ČÁST 1: Porovnání typů vypínačů lamp

🔍 ČÁST 2: Ergonomie a UX

Klasický:
• Dotyk, kliknutí, reflex – 100 ms a už víte, že to funguje.
• Někdy hlasité, někdy neohrabané – ale předvídatelné.

Dotek:
• Estetické, ploché, minimalistické.
• Nemusí fungovat s mokrým prstem, se zpožděním nebo při nošení rukavice.
• Ale poskytuje další funkce: stmívání, režimy, paměť stavů.

IR a gesta:
• Bezdotykové = hygienické.
• Ale: snadno se aktivuje omylem, nebo… vůbec neaktivuje.

Chytrý:
• Aplikace, hlas, automatizace, světelná scéna „Západ slunce“.
• Ale když se vypadne Wi-Fi… lampu nerozsvítíte.

⚙️ ČÁST 3: Příklady rozvržení

Klasický:
• Přepínač SPST
• Napájení → přerušení → LED kontrolka
Výhody: velmi jednoduchý, spolehlivý, nevyžaduje záložní napájení

Dotyk + triak:
• Elektroda → MCU → triak → LED
Výhody: tichý provoz, stmívání, pozvolný start
Nevýhody: spotřeba energie v pohotovostním režimu, náchylnost k elektromagnetickému rušení

Blízkost IR:
• VCNL4010/TCRT5000 → SSR relé
Výhody: bezkontaktní, "wow" efekt
Nevýhody: rušení, nefunguje přes vitráže

Chytrá Wi-Fi (ESP8266/ESP32):
• MCU → relé/triak
Výhody: chytrá domácnost, plány
Nevýhody: vyžaduje síť, pohotovostní režim, ne každý se chce „logovat do lampy“

🔬 ČÁST 4: Selhání a trvanlivost

🧪 ČÁST 5: Reakce LED na různé typy spínačů

• LED + mechanické: rychlý start, velký nárazový proud → spálení kontaktů.
• LED + dotyk: pozvolný start, žádné kontakty → žádný oblouk.
• LED + chytré osvětlení: fázová detekce, průchod nulou → menší EMI, možnost stmívání.

🧰 ČÁST 6: Kdy si co vybrat?

📚 ZDROJE:

• STMicro – Dotyková rozhraní pro osvětlení
• TI – Stmívání triakem s kapacitními zátěžemi
• Espressif – datový list ESP32, spotřeba energie WiFi
• IEEE – UX a HMI v inteligentním osvětlení
• Vishay – Dotykové vs. spínací rozhraní

✅ KLÍČOVÁ ZJIŠTĚNÍ:

• Klasické spínače stále vládnou tam, kde se počítá s odolností a jednoduchostí.
• Moderní „vychytávky“ = více funkcí, ale také vyšší míra poruchovosti.
• Lampa je rozhraní – vypínač je volba stylu, UX a uživatelských očekávání.
• Při navrhování moderní lampy začněte s promyšleným vypínačem.

⚡️ MODUL 8: Fyzikální jevy během spínání – oblouk, odrazy, mikrosvary a logický chaos

🧠 ÚVOD – Selský rozum:

Stisknete tlačítko. Očekáváte jeden efekt. Ale fyzika nezná jednoduchost. Místo toho dostanete:

• mini-blesk (luk),
• mikrosvar (svar),
• náhodné signály (odrazy),
• digitální šum, který přepne vaši lampu do disko režimu.

V této části nejen popisujeme jevy, ale také ukazujeme, jak je měřit, modelovat a neutralizovat – v případě potřeby i v jazyce COBOL.

🔥 ČÁST 1: Elektrický oblouk – plazma, rozloučení s kontakty

Když rozpojíte kontakty a proud stále chce protékat, přeskočí vzduchem. Vznikne plazma, což je ionizovaný plyn, který vede elektřinu.

• Podmínka výskytu: napětí > ~300 V/mm, proud > 0,2 A, náhlé odpojení zátěže.
• Energie oblouku: W = ∫ U_arc I dt
• Napětí: 10–30 V, Teplota: >6000 K
• Účinky: vyhoření kontaktů, eroze, elektromagnetické porušení

🔩 ČÁST 2: Mikrosváry – mikrosekundový svar

Lokální teplota překročí 961 °C – kontakty se svaří. Důsledky:

• Lepení spojů
• Ztráta kontaktu
• Náhodné odpojení

Tepelný vzorec: Q = I² R_kontaktní t

🔁 ČÁST 3: Odskok – aneb logický chaos

Kontakty fyzicky odskakují. Čas: 1–20 ms. Důsledek: více logických signálů.

Efekt v kódu:

 HIGH ──┐ ┌─┐ ┌─────┐ ┌─┐
 └───┘ └──┘ └──┘ └── LOW

🧰 ČÁST 4: Eliminace odskoků – nebo správné „odskočení“

Hardware – RC filtr: 10 kΩ + 100 nF → τ = 1 ms

Programově (C):

 #define BUTTON 2
 #define DEBOUNCE_MS 10

 unsigned long lastChange = 0;
 int lastReading = HIGH;
 int buttonState = HIGH;

 void loop() {
 int reading = digitalRead(BUTTON);
 if (reading != lastReading) lastChange = millis();

 if ((millis() - lastChange) > DEBOUNCE_MS) {
 if (reading != buttonState) {
 buttonState = reading;
 if (buttonState == LOW) toggleSomething();
 }
 }
 lastReading = reading;
 }

Bonus – v COBOLu (!):

 IDENTIFICATION DIVISION.
 PROGRAM-ID. DEBOUNCE.
 DATA DIVISION.
 WORKING-STORAGE SECTION.
 01 CURRENT-STATE PIC X VALUE "1".
 01 LAST-STATE PIC X VALUE "1".
 01 LAST-CHANGE-TIME PIC 9(5) VALUE ZERO.
 01 CURRENT-TIME PIC 9(5).
 01 TIME-DIFF PIC 9(5).

 PROCEDURE DIVISION.
 MAIN-LOOP.
 PERFORM UNTIL EXIT-CONDITION
 MOVE FUNCTION CURRENT-DATE(7:5) TO CURRENT-TIME 
VÝPOČET ČASOVÉHO ROZDÍLU = AKTUÁLNÍ ČAS - ČAS POSLEDNÍ ZMĚNY

 PŘIJÍMÁNÍ AKTUÁLNÍHO STAVU Z PŘEPÍNACÍHO PORTU
 POKUD AKTUÁLNÍ STAV NENÍ = POSLEDNÍ STAV
 PŘESUNOUT AKTUÁLNÍ ČAS NA ČAS POSLEDNÍ ZMĚNY
 KONEC -POKUD

 POKUD ČASOVÝ ROZDÍL > 00100
 POKUD AKTUÁLNÍ STAV NENÍ = POSLEDNÍ STAV
 PŘESUNOUT SOUČASNÝ STAV DO POSLEDNÍHO STAVU
 PROVEDENÍ ZMĚNY STAVU MASLIČKY
 KONEC -POKUD
 KONEC -POKUD
 KONEC VÝKONU.
 STOP BĚHU.

 ZMĚNA STAVU MASKIROVAT.
 ZOBRAZENÍ „ZJIŠTĚNA ZMĚNA STAVU PO ODRAZENÍ:“ POSLEDNÍ STAV.

⚙️ ČÁST 5: Náběhová a zpětná EMF

• Náběhový proud: např. kondenzátor 470 μF → zdvih 10–20 A
• Zpětné elektromotorické napětí: např. 10 mH a 0,5 A → stovky voltů při odpojení

📊 ČÁST 6: Tabulka srovnání jevů

📚 ZDROJE:

• R. Holm – Elektrické kontakty
• Vishay – Poznámky k potlačení odskoků
• ZAPNUTO Semi-indukční zpětný ráz
• IEC61058/60947
• NASA – Modelování oblouků

✅ ZÁVĚREČNÉ ZÁVĚRY:

• „Kliknutí“ je série jevů – mikrosekund chaosu.
• Oblouk, odskok, mikrosvar = skutečné hrozby pro systém.
• Odbourávání je nutností – v jakémkoli jazyce, od C po COBOL.

☁️ MODUL 9: Moderní přepínače – IoT, BLE, Zigbee, WiFi

🧠 ÚVOD – Selský rozum:

Dříve vypínač fungoval takto: cvaknutí – proud teče – lampa se rozsvítí.
Dnes? Dotknete se skleněné tabule → mikrokontrolér → WiFi → MQTT → pouze světlo.
Přepínač se stal mikropočítačem a součástí internetu věcí (IoT).

🔍 ČÁST 1: Co je to „IoT přepínač“?

Místo přímého ovládání proudu informuje systém o „kliknutí“ a ten provede akci. Ta se skládá z:

• Mikroprocesor (ESP32, STM, NRF52),
• Komunikační modul (WiFi, Zigbee, BLE),
• Protokoly (MQTT, HTTP),
• Logika (automatizace, plány).

🌐 ČÁST 2: Jak to funguje – krok za krokem

Příklad: Zigbee + Domácí asistent

1. Dotknete se tlačítka (např. Aqara).
2. Signál jde do mikrokontroléru a je kódován jako Zigbee rámec.
3. Brána (např. Zigbee2MQTT) přeposílá data brokerovi MQTT.
4. Domácí asistent provede akci (např. rozsvítí světlo).

Verze s WiFi: tlačítko se samo připojuje k síti a přímo publikuje data.

📶 ČÁST 3: Komunikační technologie – srovnání

1. WiFi (ESP32, ESP8266)

• + Není vyžadována žádná brána.
• − Vysoká spotřeba proudu, zpoždění až 500 ms.
• ✅ Pro aplikace jako eWeLink, Tasmota, Home Assistant.

2. Zigbee

• + Stabilní, energeticky úsporný, na baterii pracuje více než 1 rok.
• − Vyžaduje bránu (např. CC2652).
• ✅ Ideální pro spolehlivou chytrou domácnost.

3. BLE (Bluetooth s nízkou spotřebou energie)

• + Velmi nízká spotřeba energie.
• − Krátký dosah, 1:1 s telefonem nebo rozbočovačem.
• ✅ Pro lokální funkce a senzory.

🛠️ ČÁST 4: Co je uvnitř takového vypínače?

🧪 ČÁST 5: Dává to smysl?

Ano, pokud:

• Lampu integrujete se systémem chytré domácnosti,
• Chcete automatizaci nebo dálkové ovládání,
• Zaměřujete se na pohodlí a flexibilitu.

Ne, pokud:

• Důležitá je doba odezvy a jednoduchost,
• Nechcete závislost na síti,
• Nemáš rád aplikace a nastavení.

📏 ČÁST 6: Doba odezvy – skutečná zpoždění

📚 ZDROJE:

• Espressif: Technická reference ESP32
• Silicon Labs: Zigbee Framework
• Nordic Semiconductor: Manuál pro BLE Stack
• Dokumenty domácího asistenta
• IEEE802.15.4
• MQTT.org

⚙️ MODUL 10: Normy, testy a certifikáty – aneb jak se spínač dostane z továrny na trh a proč CE není jen nálepka

🧠 ÚVOD – Selský rozum:

Ani ten nejlepší vypínač se neprodá, pokud nesplňuje normy. Nejde o papírování – jde o bezpečnost, spolehlivost a legalitu. Normy zajišťují, že:

• Nikdo nezemře na tvou lampu,
• Zařízení nebude rušit ostatní zařízení,
• Kontakty se po 100 cyklech nerozsvítí,
• Produkt bude splňovat tržní předpisy EU (a i další).

📏 ČÁST 1: Co jsou standardy a proč je používat?

Norma je technický dokument, který specifikuje požadavky, zkoušky a podmínky pro schválení používání zařízení. V EU platí:

• IEC (mezinárodní),
• EN (evropská),
• PN-EN (polské verze EN).

Příklad: IEC 61058-1 = EN 61058-1 = PN-EN 61058-1

🔬 ČÁST 2: Co se přesně testuje v přepínačích?

• Mechanická odolnost: 10⁴–10⁶ cyklů, strojní zkoušky
• Elektrická trvanlivost: Zkouška obloukem a zátěží
• Teplotní odolnost: -25 °C až +85 °C (nebo více)
• Třída ochrany IP: dle IEC 60529 (IP4X, IPX4, IP67…)
• Elektromagnetické rušení (EMC): ESD, impulzní rušení, přepětí, EMI

🧪 ČÁST 3: Nejdůležitější standardy pro přepínače

🎓 ČÁST 4: Certifikáty – kdo je vydává a co znamenají?

• CE: povinné v EU, deklarováno výrobcem
• UL, TÜV, VDE, ENEC: certifikáty od nezávislých laboratoří
• RoHS: žádné škodlivé látky (Pb, Hg, Cd…)

🔍 ČÁST 5: Co laboratoře skutečně testují?

• Kontaktní odpor po 10⁴ cyklech
• Zkouška zkratu při 10 A
• Analýza oblouku a jeho účinků
• Zahřívání bydlení
• ESD: 8 kV kontakt, 15 kV vzduch
• IP67 – ponoření na 30 minut

📦 ČÁST 6: Co potřebujete k legálnímu prodeji lampy s vypínačem?

• Prohlášení CE
• Technická dokumentace (schémata, kusovník, testy)
• Návod k použití s ​​označením
• Výzkumné zprávy (nebo poznámky k projektu)
• Pro výrobce originálního vybavení (OEM): certifikáty ENEC/VDE, audity zařízení

📚 ZDROJE:

• IEC61058-1:2020
• IEC 60529 (kód IP)
• EN 60669-1
• TÜV Rheinland – Průvodce certifikací
• Databáze UL Product iQ
• Evropská komise – Pokyny CE

✅ KLÍČOVÁ ZJIŠTĚNÍ:

• Standardy = bezpečnost, důvěra, legalita.
• CE není jen nálepka – je to zodpovědnost.
• Bez dodržování norem není prodej legální.
• Certifikace = méně problémů, méně vrácených zásilek, lepší reputace.

🏁 KONEC

Změna není detail. Je to rozhodnutí.

Po prozkoumání 10 modulů by mělo být jasné: přepínač není jen fyzická součástka – je to rozhraní, bod selhání, srdce řízení.

Od klasického SPST, přes tlačítko s flyback diodou, až po Zigbee s Home Assistant – na výběru přepínače záleží:

• pro trvanlivost (kontakty, oblouk, materiál),
• pro UX (kliknutí, dotyk, gesto, hlas),
• pro bezpečnost (normy, CE, IP, EMI),
• pro celý systém (funguje přepínač se zbytkem?).

Pokud chcete navrhnout nebo koupit lampy, řídicí systémy, spotřební elektroniku:

Naučte se respektovat střídačku.

Protože špatně vybraný přepínač může zničit systém, zničit atmosféru a zničit reputaci.

Tato příručka má sloužit jako základ inženýrského povědomí. Ne jako reklama. Pro roky bezproblémového provozu.

Klikání je jen začátek.
Výběr přepínače je otázkou techniky, fyziky a zodpovědnosti.