闭锁电源开关使用瞬时按钮

低电流,瞬时动作按钮开关,例如PCB安装“触觉”类型,价格便宜,并且有多种不同风格可供选择。另一方面,闭锁类型通常更大,更昂贵,并且仅在相对有限的样式范围内可用。如果您需要一个小型,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时动作转换为锁定功能。

之前的设计理念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。然而,下面概述的电路仅需要两个晶体管和少量无源元件来实现相同的结果。

图1(a)中的电路配置为将功率锁存到低侧(接地参考)负载。它工作在'切换'模式; 也就是说,第一个开关闭合器向负载供电,第二个开关闭合器断电,等等。

图1  电路将瞬时动作按钮开关转换为闭锁电源开关。

 

为了理解电路如何工作,假设刚刚施加了直流电源+ V S,电容器C1最初未充电,Q1断开。P沟道MOSFET Q2通过R1和R3保持在关断状态,它们串联工作以将栅极拉至+ V S,使得V GS为零。该电路现在处于“未锁定”状态,其中OUT(+)端子处的负载电压V L为零。

如果常开按钮开关暂时闭合,C1 - 未充电 - 将Q2的栅极拉至0V,从而导通MOSFET。OUT(+)处的负载电压现在立即上升至+ V S,Q1通过R4接收基极偏置并导通。在这些条件下,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。该电路现处于“锁定”状态,两个晶体管均处于开启状态,负载通电,C1 通过R2 充电至+ V S.

当开关暂时关闭第二次时,C1上的电压(现在大约等于+ V S)被转移到Q2的栅极。由于Q2的栅极 - 源极电压现在大致为零,因此MOSFET关断,负载电压降至零。Q1的基极 - 发射极电压也降至零,晶体管关断。因此,当开关被释放时,没有任何东西可以保持Q2导通,并且电路恢复到其“未锁定”状态,其中两个晶体管都截止,负载断电,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放电到负载。如果负载阻抗非常高(即,大小与R2相似),或者如果它包含有源器件(如LED),Q2瞬间关闭时的负载电压可能大到足以使Q1通过R4偏置,从而阻止电路正常关闭。当Q2关断时,R5的存在将OUT(+)端子拉低至0V,从而确保Q1快速关断,并允许电路以适当的方式恢复到其未锁定状态。

如果晶体管的额定值正确,则该电路可在较宽的电压范围内工作,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后会继续旋转。该旋转可以产生足够大的EMF以使Q1偏置,从而防止电路关闭。您可以通过在输出端串联一个阻塞二极管来消除这个问题,如图1(b)所示您还必须包含R5以确保Q1正常关闭。

图2中概述的互补电路用于连接到正电源轨的“高侧”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PNP晶体管取代,Q2现在是N沟道MOSFET。该电路以与上述类似的方式操作。这里,R5充当上拉电阻,当Q2关断时,它将OUT( - )端子拉至+ VS,从而确保Q1快速关断。与前面的电路一样,R5是可选的,仅对前面提到的负载类型是必需的。

注意,在两个电路中,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至0.5s的值应该是足够的。较小的时间常数可能导致不稳定的行为,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且R2 =1MΩ,时间常数标称值为0.33s。这通常足以使触点去抖动并允许在几秒钟左右之后切换负载功率。

两个电路都用于响应短暂的瞬时 开关闭合而锁定和解锁然而,即使按钮开关在任何时间长度内保持关闭,它们都被设计成确保正确操作。当Q2打开时,请考虑图2中的电路当按下开关以解锁电路时,栅极被拉向0V(因为C1未充电)并且MOSFET关断,允许 R1-R2的结通过R5和负载阻抗上升到+ V S. 同时,Q1也会关断,使Q2的栅极通过R3和R4的串联组合拉至0V。如果立即释放开关,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形成的分压器定义。如果我们假设当电路解锁时OUT( - )端子大致等于+ V S,则Q2的栅极 - 源极电压由下式给出:V GS =(+ V S)×(R3 + R4)/(R2 + R3 + R4)= 0.02(+ V S)。即使+ V S高达30V,所产生的约0.6V的栅极 - 源极电压也会太低而无法再次导通MOSFET。因此,两个晶体管都保持关断,直到开关触点断开。

当C1充电至+ V S时图2中的电路通过瞬间 闭合按钮开关而锁定,这导致OUT( - )下降到0V,因为Q2立即导通,紧接着Q1。瞬间开关闭合将允许C1在触点打开后通过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形成的分压器定义。由于Q1饱和,因此Q1集电极上R3-R4的结点将上拉至+ V S,R1-R2的结点将通过Q2下拉至0V。因此,在开关保持闭合的情况下,Q2的栅极 - 源极电压由下式给出: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都将保持接通,直到开关触点断开。

两种电路都提供了一种从瞬时开关获得锁存功能的廉价方式,就像机械锁存开关一样,静态(未锁定)功耗为零

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