Выключатель питания, управляемый RC-цепочкой и кнопкой без фиксации

Автоматическое отключение удобно в измерительных приборах с автономным питанием

Портативные тестеры оптических кабелей с батарейным питанием измеряют уровень света, выходящего из оптического волокна, под небольшим давлением зажатого в V-образном блоке. Пара фотодиодов, расположенных по обе стороны от получившегося изгиба, сравнивает уровни аналоговых сигналов, чтобы определить наличие света и его направление, а ФАПЧ декодеры тональных частот индицируют наличие до трех тонов оптической модуляции. Идея заключается в том, чтобы «пометить» волокно с сигналом центральной станции, позволив оператору, находящемуся в палатке или смотровом колодце, пред тем, как резать и соединять, правильно определить нужное волокно, не допуская случайных ошибок.

Ввиду отсутствия на передней панели места для выключателя питания, в конструкции требуется ползунковый механизм для включения устройства в крайнем положении перемещения, когда оператор вставляет волокно. Устройство должно оставаться включенным каждый раз, когда оператор подключает другой оптический кабель, а затем автоматически выключаться, когда оператор заканчивает работу и больше не активирует ползунковый механизм. Места для громоздкого многополюсного переключателя в этой конструкции нет; его функцию выполняет выключатель, имеющий всего один полюс. В этом устройстве используется отрезок провода из фосфористой бронзы, запаянный в печатную плату напротив позолоченного штыря, – практически бесплатный переключатель, не требующий затрат. Без процессора или тактового генератора функция реализуется схемой, основанной на неиспользуемой части микросхемы операционного усилителя и горстке других компонентов (Рисунок 1).

Рисунок 1.	Используя RC-таймер, эта схема удерживает питание в течение заданного времени после каждого замыкания контакта переключателя без фиксации.

Контакты S₁ нормально разомкнуты. При выключении питания любой остаточный заряд на конденсаторе C₁ стекает через резистор R₅ и импульсный диод с низкой утечкой D₁, такой, например как MMBD2836, объединенный в общем корпусе анодами с диодом D₂, предотвращая прохождения входного тока в шину питания через микросхему IC₁. P-n-p транзистор Q₁, рассчитанный на ток, потребляемый устройством, удерживается в закрытом состоянии; падение напряжения на R₁ из-за тока в резисторе R₄ слишком мало, чтобы открыть Q₁. Транзистор Q₂ закрыт нулевым напряжением на выходе не имеющей питания микросхемы IC₁.

Замыкание S₁ открывает транзистор Q₁, подключая питание к регулятору, стабилизирующему напряжение для остальной части схемы. Кроме того, замыкание S₁ обеспечивает полный разряд C₁ через R₅ и D₂. Микросхема IC₁ теперь активна; примерно через одну постоянную времени RC на ее неинвертирующий вход через резисторы R₆ и R₇ подается 60% напряжения батареи. В качестве IC₁ можно выбрать любую КМОП микросхему с однополярным питанием, такую, например, как rail-to-rail операционный усилитель LMC6482 с низкими входными токами утечек. Можно также использовать КМОП компаратор с низкими входными токами. Если он имеет выход с открытым стоком, нужно будет добавить подтягивающий резистор R₁₀.

Пока C₁ разряжен, уровень напряжения на выходе микросхемы IC₁ остается близким к напряжению верхней шины питания, и транзистор Q₂ будет открыт. В качестве Q₂ может использоваться любой p-n-p транзистор общего назначения с низким обратным током, такой, например, как MMBT3904, или работающий в режиме обогащения N-канальный MOSFET с логическим уровнем управления. После размыкания кнопки S₁ транзистор Q₂ обеспечивает Q₁ базовым током для поддержания питания схемы.

Когда кнопка S₁ отпущена, C₁ начинает заряжаться через резисторы R₃, R₄ и R₅ до напряжения базы транзистора Q₁, которое на величину напряжения на переходе база-эмиттер ниже напряжения батареи. Последующие нажатия S₁ разряжают конденсатор C₁ для перезапуска таймера. Если кнопка S₁ остается не нажатой в течение времени, превышающего постоянную времени C₁R₄, – приблизительно 10 с при указанных на схеме номиналах компонентов (сопротивления резисторов R₃ и R₅ можно не учитывать), – напряжение на инвертирующем входе IC₁ становится выше, чем на неинвертирующем, и выходное напряжение IC₁ уменьшается почти до уровня земли. В результате транзистор Q₂ закрывается, закрывая, в свою очередь, Q₁, и питание устройства отключается. По мере падения напряжения на шине конденсатор C₁ разряжается через диод D₁ и резистор R₅, чтобы не допустить повреждения защитного диода на входе IC₁, но при этом напряжение на нем остается близким к напряжению шины питания. Напряжение на неинвертирующем входе усилителя IC₁ всегда составляет 60% от напряжения шины питания, гарантируя, что уровень сигнала на выходе IC₁ будет оставаться низким в течение всего времени спада напряжения шины. Подбор сопротивлений резисторов R₈ и R₉ для ограничения напряжения базы транзистора Q₂ на уровне ниже порога его включения предотвращает любые кратковременные провалы, которые могут возникать на выходе операционных усилителей или компараторов.

Материалы по теме

1. Datasheet ON Semiconductor MMBD2836
2. Datasheet Texas Instruments LMC6482