Как одной кнопкой включать питание схемы, а потом использовать ее как обычную пользовательскую кнопку? И чтобы при этом микроконтроллер мог сам себя выключить.
За основу взято решение, применяемое во многих современное стабилизаторах напряжения, имеющих вход EN (режим нормальной работы или отключения). Как правило, когда на вход EN подается высокое напряжение, стабилизатор работает в штатном режиме. Если же подать на этот вход низкое напряжение, то стабилизатор перейдет в режим отключения с очень малым энергопотреблением (единицы или доли микроампер).
Схема, приведенная на Рисунке 1, работает следующим образом. Когда на входе EN стабилизатора DD1 напряжение менее 0.4 В, он переходит в режим сна и, соответственно, аккумулятор не разряжается. Если подать на вход EN напряжение от 1.2 В и выше (до напряжения питания включительно), стабилизатор перейдет в обычный режим работы.
При нажатии кнопки SW1 напряжение через плечо диодной сборки D1 и резистор R3 поступает на вход EN стабилизатора DD1 и запускает его. На микроконтроллер DD2 подается напряжение питания, и он стартует. Далее DD2 устанавливает на своем выходе «лог. 1». Напряжение через второе плечо диодной сборки D1 и резистор R3 дублирует сигнал EN, и теперь при отпускании кнопки SW1 стабилизатор DD1 продолжает работать и выдавать напряжение в нагрузку.
Теперь нажатие кнопки SW1 никак не влияет на работу стабилизатора. Однако напряжение с кнопки через делитель R1, R2 (понижающий напряжение до оптимального уровня) поступает на вход микроконтроллера DD2. Поэтому SW1 можно использовать как обычную пользовательскую кнопку. Конденсатор C1, подключенный к делителю, предназначен для подавления «дребезга контакта».
Если надо обесточить схему, то микроконтроллер DD2 устанавливает на выходе «лог. 0», и стабилизатор DD1 отключается. Есть вероятность того, что при выдаче микроконтроллером «лог. 0» кнопка SW1 будет в нажатом состоянии. Тогда отключение питания произойдет после отпускания кнопки.
Схема на Рисунке 1 не полна с точки зрения практического использования. Первое чего ей не хватает – это защиты аккумулятора от глубокого разряда. Второе – нет «защиты от дурака» при неправильном подключении аккумулятора. Если использовать Li-ion аккумулятор 3.7 В типоразмера 18650, то его легко вставить наоборот, спутав плюс с минусом. Поэтому добавим защиту от глубокого разряда и переполюсовки.
 |
|
| Рисунок 1. | Запуск питания и подача на микроконтроллер «лог. 0» или «лог. 1» одной кнопкой. |
Полная схема представлена на Рисунке 2. Супервизор DD3 отключает аккумулятор от нагрузки, когда напряжение на нем упадет ниже 2.93 В. Это гарантирует защиту от глубокого разряда и, соответственно, порчи аккумулятора. Сам супервизор при своей работе потребляет очень малый ток (единицы микроампер). Работает DD3 так: когда на его входе VCC напряжение ниже порогового уровня, полевой транзистор на выходе RES тянет его к земле. Когда же напряжение на VCC поднимается выше порога (2.93 В) и в таком состоянии находится минимум 200 мс, выход RES переходит в высокоомное состояние (т. е. внутренний полевой транзистор закрывается, и выход как бы висит в воздухе).
 |
|
| Рисунок 2. | Запуск питания и подача на микроконтроллер «лог. 0» или «лог. 1» одной кнопкой. Плюс защита аккумулятора от глубокого разряда и переполюсовки. |
При разряженном аккумуляторе и нажатии кнопки SW1 запуска питания не происходит, так как супервизор DD3 притягивает вывод EN стабилизатора DD1 к земле. Если же в процессе работы устройства напряжение на аккумуляторе упадет до критического уровня, то супервизор также принудительно отключит стабилизатор. Резистор R3 необходим для защиты полевых транзисторов супервизора и микроконтроллера от выхода из строя.
Защита от переполюсовки аккумулятора реализована на N-канальном MOSFET Q1. При правильном подключении аккумулятора он открыт и пропускает через себя ток. При неправильном – заперт. Опытным путем было установлено, что в некоторых случаях MOSFET может выйти из строя из-за статического электричества при прикосновении к его стоку пальцем. Такое вполне возможно, если контакты посадочного места аккумулятора открыты. Поэтому в схему добавлен резистор R4, который как бы заземляет «висящий в воздухе» вывод стока MOSFET. Сопротивление R4 велико, и на работу схемы в целом практически никак не влияет, зато не дает погибнуть Q1. По крайней мере, после введения этого резистора случаи выхода из строя полевого транзистора при установке аккумулятора прекратились.
Схема на Рисунке 2 работает в диапазоне напряжений аккумулятора 3 – 4.2 В. В выключенном состоянии схема потребляет ток от 3 до 3.7 мкА. Обычно я использую микроконтроллеры серии STM32F, для которых логическим нулем на входе является напряжение от 0 до 0.4 В, а логической единицей – от 0.7·VCC и выше. В случае питания от 3 В это означает, что минимальный уровень «лог. 1» составляет 2.1 В. Это надо учитывать при подборе сопротивлений делителя R1 и R2, если используется микроконтроллер с другими характеристиками.
