Давайте представим, что вам нужно добавить выключатель питания к чему-то, что работает от батареи, но не имеет процессора; возможно, оно также должно быть водонепроницаемым и, следовательно, иметь мембранную герметизацию. Или, может быть, вы просто хотите использовать блестящую современную кнопку, а не какую-нибудь штуковину типа нажимного/ рокерного/ движкового переключателя, которая может быть дешевой и надежной, но будет выглядеть как нечто пришедшее из прошлого тысячелетия.
В этой статье на Рисунке 1 показано, как обычную кнопку с самовозвратом или тактовую (тактильную) кнопку превратить в бистабильное фиксирующее устройство.
 |
|
| Рисунок 1. | Два транзистора образуют защелку, переключающую питание, которую можно установить (включить) коротким нажатием кнопки, а затем сбросить (выключить) более длительным нажатием. |
Перекрестное соединение транзисторов Q1 и Q2 образует защелку, причем Q1 является фактическим выключателем питания, который управляется транзистором Q2. Изначально оба транзистора выключены. При кратковременном нажатии кнопки Sw1 на затвор Q2 через конденсатор C1 подается импульс, который включает транзистор, и тем самым включает также Q1 для подачи питания на последующие схемы и на транзистор Q2, фиксируя оба транзистора во включенном состоянии.
Удержание кнопки нажатой в течение примерно секунды позволяет конденсатору C2 заряжаться через резистор R4 до тех пор, пока транзистор Q3 не начнет открываться, закорачивая затвор Q2 и разрывая цепь обратной связи, в результате чего транзисторы Q1 и Q2 выключаются. Размыкание кнопки позволяет конденсатору C2 разряжаться через диод D1 и резистор R5, чтобы подготовиться к следующему циклу. В выключенном состоянии схема потребляет только ток утечки.
Некоторые компоненты помечены как TBD (tо be determined, подлежит уточнению), поскольку, хотя схема в целом может работать с напряжением питания от 3 до 20 В (или больше, если это допустимо для транзистора Q1), отдельные части или функции могут не работать. Типичные значения номиналов показаны в Таблице 1.
| Таблица 1. | Сопротивления резисторов для различных напряжений питания |
|||||||||||||||
|
||||||||||||||||
Резистор R2 гарантирует, что напряжение затвор-исток транзистора Q1 будет достаточным для его полного включения, но диоды защиты затворов останутся при этом закрытыми. Резистор R4 поддерживает время удержания, необходимое для выключения, близким к секунде. Другие моменты, на которые стоит обратить внимание, относятся к самому транзистору Q1. Номинальное напряжение сток-исток транзистора IRLML6402 равно 20 В, сопротивление открытого канала в условиях нашей схемы составляет 50–100 мОм, а напряжение пробоя затвор-исток равно 12 В. Для полного включения ему требуется всего 1.2 В, при этом он легко выдерживает ампер или два.
Выбор транзисторов Q2 и Q3 не критичен, хотя какие-то устройства с логическими уровнями управления могут быть лучше, чем ZVN3306A. Если нажать кнопку Sw1, когда схема включена, конденсатор C1 все равно передаст импульс на затвор Q2, на короткое время повысив напряжение на нем до удвоенного напряжения питания. Его должны ограничить входные защитные диоды затвора Q2, но если вы не доверяете этому, установите ограничительный диод между нижней стороной C1 и входной шиной. Защитные диоды могут также открываться при высоких напряжениях питания, но их ток будет ограничен резистором R3.
Если по какой-либо причине кнопка выключателя залипнет, схема останется выключенной, хотя резистор R5 все же будет потреблять некоторый ток.
Автоматическое выключение
В таком виде все это прекрасно работает с нагрузками от нуля до одного-двух ампер и с емкостями нагрузки CLOAD не менее 100 мкФ. Но было бы полезно добавить что-нибудь для автоматического отключения питания через несколько минут после последнего нажатия кнопки, и на Рисунке 2 показано, как это сделать.
 |
|
| Рисунок 2. | Добавив генератор/счетчик, можно автоматически выключать схему после соответствующей задержки. |
Для этого в схему добавляется двоичный счетчик/генератор CD4060B. Он питается от выхода и работает на частоте около 13.7 Гц – по крайней мере, мой образец – пока схема включена. Примерно через 10 минут счетчик досчитывает до 8192, и на выходе Q14 появляется высокий уровень, заряжая конденсатор C2 через диод D2, чтобы включить транзистор Q3, а Q2 и Q1 выключить. Любое дополнительное нажатие кнопки Sw1 сбрасывает его, перезапуская цикл формирования задержки. CD4060B рассчитан на напряжение от 3 до 18 В, поэтому номинальное напряжение в схеме на Рисунке 2, ниже. (В техническом описании указано, что микросхема выдерживает 20 В, но я потерял одну при напряжении 19 В во время экспериментов. Будьте осторожны! И это объясняет появление резистора R8, добавленного для того, чтобы избежать скачков напряжения, выводящих из строя вывод сброса, что и произошло). Поскольку емкость нагрузки должна разряжаться адекватно, чтобы избежать перезапуска схемы, она не должна превышать 10 мкФ, по крайней мере, при легких нагрузках. Я не смог найти простого (то есть дешевого и надежного) способа разрядить или хотя бы шунтировать ее при выключении; думал, что это должно быть просто, а оказалось, что нет.
Было бы неплохо всем управлять с помощью счетчиков и логики, но без микроконтроллера это было бы сложно. Он потребует гораздо меньше аппаратных средств и даст много возможностей для реализации дополнительных, интересно запрограммированных функций, но не будет ли это изменой?
Купить CD4060B на РадиоЛоцман.Цены
