В последнее время было много интересных обсуждений и совместной работы авторов EDN по изобретению схем для управления включением/выключением питания с использованием недорогих нефиксируемых кнопок (см. [1] – [4]).
В большинстве этих конструкций используются триггеры, запускаемые фронтом (например, CD4013), но, конечно, существуют и другие возможности. Одна из них показана на Рисунке 1.
 |
|
| Рисунок 1. | Переключение включено-выключено без триггеров и дребезга контактов, со сбросом при включении питания и малым количеством компонентов. |
Хорошо, я (почти) слышу ваши возражения. Технически не совсем верно описывать Рисунок 1 как схему без триггера, поскольку два инвертора U1a и U1b, соединены как бистабильная защелка. То есть, как триггер. На самом деле, отличие состоит в том, как его состояние переключается с помощью кнопки S1. Вот как это работает.
Пока при ненажатой кнопке S1 схема находится во включенном или выключенном состоянии, инвертор U1a через резистор R1 заряжает конденсатор C2 до уровня, противоположного уровню на его входе. Таким образом, при нажатии S1 C2 создает перепад на входе U1a, тем самым переключая защелку. Постоянная времени R1C2, равная 100 мс, достаточно велика, чтобы гарантировать, что если на контактах S1 возникнет дребезг, а это наверняка произойдет, дополнительный заряд C2 успешно преодолеет турбулентность.
Тогда, поскольку R2 < R1, положительная обратная связь через резистор R2 возьмет верх над R1, поддерживая на C2 ту же полярность заряда до тех пор, пока кнопка S1 остается нажатой. Это гарантирует, что позже, когда кнопка S1 будет отпущена, если при размыкании возникнет дребезг (как, по слухам, делают некоторые переключатели), новое состояние защелки не будет потеряно. Теперь p-канальный MOSFET Q1 передает питание на нагрузку (или не передает). Таким образом, мы можем с уверенностью рассчитывать на надежные включения и выключения.
А каково назначение конденсатора C1? Это объясняет Рисунок 2.
 |
|
| Рисунок 2. | Включение при подаче питания, когда нарастающий фронт V+ на истоке p-канального полевого транзистора, уровень напряжения на затворе которого поддерживается низким с помощью RC-цепи, открывает его. |
Если напряжение V+ некоторое время было нулевым (из-за того, что была вынута батарея или отключен сетевой адаптер), конденсаторы C1 и C2 также разрядятся до нуля (или около того). Поэтому, когда напряжение V+ восстановится, они будут удерживать затворы полевых транзисторов инвертора притянутыми к земле. Это сделает потенциал затвора p-канального полевого транзистора отрицательным относительно его истока, включит его, устанавливая на его выходе высокий уровень, и сбросит защелку в положение «ВЫКЛЮЧЕНО».
Тогда зачем нужен резистор R3?
Если защелка некоторое время находится в состоянии покоя при ненажатой кнопке S1, независимо от того, включена она или выключена, конденсатор C1 зарядится до уровня V+. Затем, когда кнопка S1 нажата, C1 будет «быстро» разряжаться. Без R3 «быстро» могло бы быть слишком хорошо и повлечь за собой достаточно большой мгновенный ток через S1 и, следовательно, достаточно большое количество энергии, выделяющейся на ее контактах, чтобы сократить срок службы кнопки.
И последнее соображение по поводу количества компонентов. Микросхема 4069 содержит шесть элементов, поэтому использование на Рисунке 1 только двух инверторов из шести выглядит расточительством. Можно надеяться, что разработчик сумеет найти применение неиспользуемым элементам в другом месте своей схемы, но что, если у него это не получится?
Тогда может оказаться, что будет полезным Рисунок 3.
 |
|
| Рисунок 3. | Сделайте что-нибудь полезное с оставшимися 2/3 микросхемы U1, исключите Q1 для нагрузок менее 10 мА и получите бесплатную защиту от короткого замыкания. |
Выходное сопротивление микросхемы 4069 зависит от напряжения V+, но может составлять до 200 Ом (типовое значение) при напряжении V+ большем 10 В. Поэтому, если включить все пять доступных инверторов параллельно, как показано на Рисунке 3, мы получим между V+ и VOUT результирующее сопротивление 200/5 = 40 Ом. Этого может быть достаточно для маломощных приложений, что делает транзистор Q1 излишним. Дополнительным преимуществом является то, что при случайном замыкании на землю защелка и закороченная нагрузка будут быстро и автоматически отключены. Таким образом, у U1 будет гораздо меньше шансов загореться, а у нас – огорчаться! Обратите внимание, что это также работает, если защелка выключена, а выход закорочен на шину V+.
Ссылки
- Nick Cornford. Нажать или удерживать? Это делает и то, и другое
- Stephen Woodward. Нажал - включил, нажал - выключил
- Nother, Chris. "Latching D-type CMOS power switch: A “Flip ON Flop OFF” alternative."
- R Jayapal. "To press ON or hold OFF? This does both for AC voltages."
