假设你需要在一个由电池供电但不需要处理器的设备上添加一个电源开关,也许它还得能防水,因此需要使用薄膜密封。或者您可能只想使用一个崭新闪亮的现代按钮,而不是拨动/摇杆/滑动器件,后者可能便宜可靠,但看起来就像是上个世纪的东西。
本设计实例(DI)展示了如何将基本的瞬时按压或触觉开关转变为锁存双稳态器件。如图1所示。
图1:两个晶体管组成一个电源开关锁存器,可以通过短按按钮设置(开机),通过长按按钮复位(关机)。
Q1和Q2交叉耦合形成一个锁存器,Q1是实际的电源开关,由Q2控制。最初,两者都处于关闭状态。短暂按下Sw1会通过C1将脉冲注入Q2的栅极,将其打开,从而也打开Q1以向下游电路和Q2供电,将两个晶体管锁存为开启状态。
按住按钮约一秒钟,C2便会通过R4充电,直到Q3开始导通,从而将驱动器短路至Q2的栅极并断开反馈回路,这样Q1和Q2都会关闭。打开开关后,C2便会通过D1和R5放电,为下一个周期做好准备。关闭时,电路只会消耗漏电流。
有些组件会标记为TBD,因为虽然整个电路可以在3至20V的任意电压下工作(如果Q1的额定值合适,则更高),但个别组件或功能可能无法工作。典型值为:
电压 | R2 | R4 |
3V | 0R | 100k |
6 V | 0R | 330k |
12 V | 100k | 680k |
20 V | 300k | 1M0 |
R2确保Q1的栅极-源极电压足以使其完全导通,而不会导致其栅极保护二极管导通。R4使“保持关闭”时间接近一秒。其他需要注意的点还有Q1本身,IRLML6402的漏极-源极额定值为20V,在我们的条件下导通电阻为50-100mΩ,栅极-源极击穿电压为12V。它只需要1.2V即可完全开启,而此时它可以轻松地处理一两个安培的电流。
Q2和Q3并不重要,但合适的逻辑电平器件可能比ZVN3306As更好。如果在电路接通时按下Sw1,C1仍会向Q2的栅极提供一个尖峰,短暂地将其驱动至电源电压的两倍。这应该由Q2的输入保护二极管钳位,但如果您不相信这一点,请在C1底部安装一个接通二极管,将其连接到输入轨。这些相同的保护二极管也可能在高电源电压下导通,电流受R3限制。
如果开关按钮由于某种原因被卡住,电路将保持关闭状态,但R5仍会吸收一些电流。
从目前的情况来看,所有这些都能很好地适用于从无负载到一两个安培的负载,以及负载电容至少达到100µF的情况。但添加一些东西来在最后一次按下按钮几分钟后自动关闭电源可能会很有用,图2显示了如何做到这一点。
图2:添加振荡器/计数器可以在适当的延迟后自动关闭电路。
将CD4060B振荡器/计数器添加到组合中。它由输出供电,在电路开启时振荡频率约为13.7Hz(至少我的样品是这样的)。大约10分钟后,其计数达到8192,Q14升高,通过D2为C2充电以打开Q3,关闭Q2和Q1。再按一下Sw1就会复位,重新启动计时周期。
CD4060B是3至18V的组件,这就是图2电路的电压额定值较低的原因。(数据表声称20V是可以承受的,但我在实验时在19V时就损失了一个。小心!这就解释了为什么要添加R8,它是为了避免任何尖峰带走复位引脚,而这正是所发生的情况。)因为负载电容需要充分放电以避免电路重新启动,所以现在它不应该大于10µF,至少在轻负载下如此。我找不到一种简单的(意味着便宜而可靠的)方法在关机时对其放电,甚至在关闭时用撬棍将其撬开:我以为这应该很容易,但事实并非如此。
使用计数器和逻辑来控制一切固然不错,但除非使用微控制器来处理,否则会更加复杂。这种方法需要的硬件要少得多,而且有很多机会实现额外的、有趣的编码功能——但这难道不是作弊吗?
(原文刊登于EDN美国版,参考链接:To press on or hold off? This does both.,由Ricardo Xie编译)