电路设计

闭锁电源开关使用瞬时按钮---凯利讯半导体

2019-07-14 09:27发布

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　　低电流，瞬时动作按钮开关，如PCB安装的“触觉”型，价格便宜，并且可以提供丰富的不同风格。另一方面，锁存类型通常更大，更昂贵，并且只能在相对有限的范围内使用。如果您需要一个小型的，价格便宜的开关来锁定 　　
　　负载电源，这可能会成为一个问题 。解决方案是将按钮的瞬间动作转换为锁定功能。 　　之前的设计思路已经提出了基于分立元件(参考文献1)和基于IC的电路(参考文献2和参考文献3)的解决方案。下面概述的电路只需要两个晶体管和一些无源元件即可达到相同的结果。 　　图1(a)中的电路被配置为将功率锁定到低端(地面参考)负载。它以“切​​换”模式工作; 也就是说，第一个开关闭合给负载供电，第二个开关闭合，等等。 　　
　　图1 电路将瞬时动作按钮开关转换为锁定电源开关。 　　为了理解电路如何工作，假定直流电源+ V S刚被施加，电容器C1初始不带电，Q1断开。P沟道MOSFET Q2由R1和R3保持在关断状态，R1和R3串联工作以将栅极拉高到+ V S，使得V GS为零。该电路现在处于“解锁”状态，OUT(+)端的负载电压V L为零。 　　如果常开按钮开关暂时闭合，则C1-未被充电 - 将Q2的栅极拉至0V，从而导通MOSFET。OUT(+)的负载电压现在立即上升到+ V S，Q1通过R4接收基极偏置并导通。在这种情况下，Q1饱和并通过R3将Q2的栅极拉低，从而在开关打开时保持MOSFET导通。该电路现在处于“锁定”状态，两个晶体管导通，负载通电，C1 通过R2 充电至+ V S。 　　当开关第二次瞬间闭合时，C1上的电压(现在大约等于+ V S)被传送到Q2的门极。由于Q2的栅源电压现在大致为零，因此MOSFET关断，负载电压降至零。Q1的基极 - 发射极电压也下降到零，晶体管关闭。因此，当开关被释放时，没有任何东西把Q2保持在导通状态，并且电路恢复到其“断开”状态，其中两个晶体管关断，负载断电，并且C1通过R2放电。 　　输出端子上的电阻R5是一个可选组件，可用作下拉电阻。当开关松开时，C1通过R2放电进入负载。如果负载阻抗非常高(即与R2的幅度相似)，或者如果它包含有源器件(如LED)，则Q2瞬间的负载电压可能会大到足以通过R4偏置Q1，从而阻止电路正常关闭。当Q2关断时，R5的存在将OUT(+)引脚下拉到0V，从而确保Q1快速关断，并使电路以适当的方式恢复到非锁存状态。 　　如果晶体管的额定电压正确，电路将工作在宽电压范围内，非常适合驱动负载，如继电器，螺线管，LED等。但是，请注意，某些直流风扇和电机在驱动电源断开时会继续旋转。这种旋转可以产生足够大的电动势，使Q1偏置，从而防止电路关闭。通过在输出端串联一个阻塞二极管，可以消除这个问题，如图1(b)所示。您还必须包含R5以确保Q1正确关闭。 　　图2中概述的互补电路用于连接到正电源导轨的“高端”负载，例如本例中所示的继电器。 　　
　　图2 用于高端负载的互补电路 　　请注意，Q1已被替换为PNP晶体管，Q2现在是N沟道MOSFET。该电路以与上述类似的方式操作。在这里，R5作为上拉电阻，在Q2关断时将OUT( - )端子拉至+ VS，从而确保Q1快速关断。和前面的电路一样，R5是可选的，只对前面提到的负载类型是必需的。 　　请注意，在两个电路中，由C1-R2产生的时间常数提供了按钮开关触点的去抖动。通常，0.25s到0.5s的值应该是足够的。较小的时间常数可能会导致不稳定的行为，而较大的时间常数会增加开关闭合之间的等待时间，以确保C1正确充电和放电。如图所示，C1 = 330nF，R2 =1MΩ，时间常数标称值为0.33s。这通常足以消除触点并允许在几秒钟左右的时间内切换负载电源。 　　两个电路都是为了响应短暂的瞬时 开关闭合而锁定和解锁。但是，即使按压开关长时间保持关闭状态，也可保证正确的操作。Q2打开时考虑图2中的电路。当按下开关解锁电路时，栅极被拉低至0V(因为C1未充电)，MOSFET关断， 　　R1-R2的连接点通过R5和负载阻抗上升至+ V S。同时，Q1也关断，Q2的栅极通过R3和R4的串联组合被拉至0V。如果立即释放开关，则C1将简单地向+ V S充电通过R2。但是，如果开关保持闭合，则Q2的栅极电压将由主要由R2和R3 + R4形成的分压器来定义。如果假设电路解锁时OUT( - )端子大致等于+ V S，则Q2的栅源电压由下式给出：V GS=(+ V S)×(R3 + R4)/(R2 + R3 + R4)= 0.02(+ V S)。即使+ V S高达30V，产生的0.6V左右的栅源电压也会太低，不能再次开启MOSFET。因此，两个晶体管保持断开，直到开关触点打开。 　　当C1充电至+ V S时，图2中的电路通过暂时 闭合按钮开关而锁定，当Q2立即导通时，OUT( - )降至0V，紧接着Q1。瞬间开关闭合将允许C1在触点断开后通过R2放电至零。但是，如果开关保持闭合，则Q2的栅极电压将由R2和R3形成的分压器确定。由于Q1饱和，Q1集电极R3-R4的连接点将被上拉至+ V S，R1-R2的连接点将通过Q2下拉至0V。因此，在开关保持闭合的情况下，Q2的栅源电压由下式给出：V GS =(+ V S)×R2 /(R2 + R3)= 0.99(+ V S)。因此，如果电源电压至少等于Q2的栅极 - 源极阈值电压，则Q2和Q1将保持导通，直到开关触点打开。 　　两个电路都提供了一种从瞬时开关导出锁存功能的廉价方式，就像机械锁存开关一样，静态(解锁)功耗为零

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