詳解一種簡易的自動開／關(guān)機(jī)電源電路設(shè)計與實現(xiàn)

引言

節(jié)電是各種電池供電設(shè)備所需考慮的首要因素。為防止用戶忘記關(guān)機(jī)，一些設(shè)備采用了自動關(guān)機(jī)電路。此外，許多設(shè)備中使用一個開/關(guān)按鍵控制開啟或關(guān)斷電源，即使微處理器(MPU)正在處理關(guān)鍵程序，按鍵按下時，系統(tǒng)也會關(guān)斷，造成重要數(shù)據(jù)的丟失。本文僅使用一個D觸發(fā)器設(shè)計了一種結(jié)構(gòu)簡單，使用方便可靠的自動開/關(guān)機(jī)電路。

電路設(shè)計

實際設(shè)計的自動開/關(guān)機(jī)電路如圖1所示。其中U1A為雙D觸發(fā)器CD4013，外接電池電源由Vin輸入。Q輸出通過阻值為472W的R5、103W的 R4和NPN型三極管Q2反向驅(qū)動后，與開關(guān)電源芯片的開關(guān)引腳相連。以MAX1626為例，當(dāng)SHDN為高時關(guān)閉電源，SHDN為低時打開系統(tǒng)電源。

復(fù)位式按鍵S1為系統(tǒng)電源開/關(guān)鍵。C1和R2組成RC網(wǎng)絡(luò)，使得在S1按下后，保證R有12×104×10-3=120ms的延遲時間處于高電平。 CD4013的D、CLK端接輸入電源地，保證其處于低電平。置位引腳R一端通過103W的電阻接電源地，另一端通過三極管Q3與MPU的I/O口相連。 S1的右端與阻值為103W的R1相連，控制Q1開通。Q1的集電極與地之間接通穩(wěn)壓管，穩(wěn)壓管的輸出與MPU的I/O口相連。

設(shè)計原理

開/關(guān)機(jī)電路的核心器件是一個D型觸發(fā)器，型號為CD4013。其真值表如表1所示。觀察其真值表可已看出，無論CLK為何種狀態(tài)，S為0時，輸出Q為 0;R為0時，輸出Q為1;而當(dāng)R、S均為1時，輸出Q為1；當(dāng)R和S均為0時，只要CLK不產(chǎn)生上升沿脈沖，輸出Q會保持前一輸出狀態(tài)。本電路正是利用 R、S均為零時的狀態(tài)保持特性來實現(xiàn)開/關(guān)機(jī)功能的。

表1

由于本電路處于開/關(guān)電源前端，在電池接入狀態(tài)下，無論系統(tǒng)電源是否打開，都處于工作狀態(tài)。CD4013的輸入電壓范圍為3~15V，因此本電路可以保證在寬電壓輸入范圍內(nèi)穩(wěn)定工作。

系統(tǒng)開機(jī)原理

當(dāng)按下開機(jī)按鈕S1時，S與高電平接通，S=1。查閱真值表可得，當(dāng)R=1，S=1時，輸出Q應(yīng)穩(wěn)定輸出1，經(jīng)過三極管反向后，電源控制引腳SHDN為低電平，打開系統(tǒng)電源。通常MPU進(jìn)行初始化時會將I/O引腳置為高電平，由于RC網(wǎng)絡(luò)的延遲作用，S1按下后可以保證S端約有120ms處于高電平(保證開機(jī)穩(wěn)定條件：RC網(wǎng)絡(luò)的延遲時間>系統(tǒng)上電復(fù)位并將POWER_CTL狀態(tài)穩(wěn)定為1的時間)。經(jīng)過三極管Q3反向，此時S=1，R=0，Q端輸出 1，系統(tǒng)電源處于打開狀態(tài)。

MPU延遲后讀取STATE引腳的狀態(tài)。如果此時STATE為低電平，則確認(rèn)Q1導(dǎo)通，S1曾按下，確認(rèn)用戶開機(jī)程序正常運行。如果此時STATE為高電平，則表明Q1截止，開機(jī)信號為誤動作，程序執(zhí)行關(guān)機(jī)程序。

當(dāng)RC網(wǎng)絡(luò)的延遲時間過后，S端由1轉(zhuǎn)為0，此時S=0，R=0，查閱真值表得出此時輸出Q應(yīng)該維持前一輸出狀態(tài)，即保持系統(tǒng)開通電源狀態(tài)。