硬開關(guān)電路設(shè)計實例
硬開關(guān)電路是將2節(jié)7號電池的串聯(lián)電壓通過DC/DC轉(zhuǎn)換器MAX756轉(zhuǎn)換成3.3 V的電壓,電路圖如圖1所示。如果不經(jīng)升壓電路而直接由電池供電,那么因電池端產(chǎn)生的電壓存在一個由高到低的下降過程。
2節(jié)新電池的串聯(lián)電壓在3 V以上,隨著能量的耗盡,會下降到2V以下,導(dǎo)致機器無法正常工作。JM2按鍵為開/關(guān)機鍵,在按動JM2時,由于按鍵的抖動,會產(chǎn)生誤動作。由R20,C13,R21,R22,R23,V9構(gòu)成的充放電回路,作用是通過適當?shù)剡x擇R20,C13,R21的值,使充放電回路的充電時間與放電時間都大于鍵抖動時間,從而有效地消除鍵的抖動。
V9集電極輸出的按鍵脈沖經(jīng)去抖后,再通過U25 (74HC14)三個帶施密特觸發(fā)器的反相器進一步濾波整形,產(chǎn)生波形完整的單脈沖。由該脈沖觸發(fā)U24A(74HC74 D觸發(fā)器)的翻轉(zhuǎn)。
圖1中:
①若U24A的5腳Q端輸出高電平,則6腳Q端輸出低電平,該低電平輸入到MAX756的1腳禁止端(低電平有效)。此時MAX756處于關(guān)斷狀態(tài),但由于DC/DC轉(zhuǎn)換電路中的脈沖整流管V5的存在,電池電壓仍然經(jīng)V5到達DC/DC的輸出端6腳。
因此,在電路中還必須加一個晶體管V11作為開關(guān)元件。在U24A的6腳Q端輸出低電平使MAX756處于禁止狀態(tài)時,U24A的5腳Q端輸出高電平使晶體管V11處于截止狀態(tài),從而使電池到主電路的電源VCC的通路處于徹底關(guān)斷狀態(tài),機器處于關(guān)機狀態(tài),并且關(guān)機時整機電流為最小,經(jīng)測量不超過5uA.
②當按鍵脈沖觸發(fā)U24A(74HC74 D觸發(fā)器)翻轉(zhuǎn),U24A的5腳Q端輸出低電平,6腳Q端輸出高電平時,MAX756處于工作狀態(tài),因輸出電壓控制端2腳為高電平,所以輸出+3.3 V的電壓。同時,U24A的5腳Q端輸出低電平促使晶體管V11處于導(dǎo)通狀態(tài),這樣MAX756輸出可為主電路提供工作電源,機器處于開機狀態(tài)。
在開機狀態(tài)下,單片機的輸出SWPW保持為低電平。當單片機將SWPW輸出改為高電平時,通過V10構(gòu)成的反相電路輸出低電平,使U24A置1端有效,U24A的5腳Q端輸出高電平,6腳Q端輸出低電平,機器將被關(guān)機,所以SWPW可作為“自動關(guān)機”信號。
由于在單片機上電復(fù)位時1/O口輸出為高電平,復(fù)位時的SWPW高電平會引起“復(fù)位誤關(guān)機”現(xiàn)象。為防止這種現(xiàn)象的發(fā)生,在SWPW輸出電路中加了由R25,C14構(gòu)成的充電回路,適當選擇R25,C14的取值,復(fù)位后在R25,C14充電回路未充到V10導(dǎo)通的閥值電平0.7 V之前將SWPW置為低電平,便可避免“復(fù)位誤關(guān)機”現(xiàn)象。
MAX756的5腳LBI是電池低電壓的檢測引腳,如果該引腳上的電壓下降到內(nèi)部參考基準電壓1.25 V以下,MAX756的4腳LBO(漏極開路型輸出)便會輸出低電平,可作為電池低壓報警信號。報警電壓點的設(shè)定依據(jù)有兩個。
①國標要求電池終止電壓為0.9 V.經(jīng)過實際測量,當2節(jié)7號電池的串聯(lián)電壓降到2V以下時,電池能量即將耗盡,已不能維持產(chǎn)品持續(xù)穩(wěn)定工作。因此將電池低壓檢測報警點設(shè)定在2 V.
之所以稱該電路為硬開關(guān)電路,主要原因在于按下JM2便可實現(xiàn)開關(guān)機,無須再由單片機來輔助。SWPW的作用是實現(xiàn)定時自動關(guān)機。接下來講的電池供電電路在按鍵控制開關(guān)機時必須有單片機來輔助才行。
軟開關(guān)電路設(shè)計實例
在圖2所示的電源管理電路中,采用了RN5RK331A DC/DC轉(zhuǎn)換器,將電池提供的電壓變換為3.3 V的電壓后再供給主電路,保證在電池的整個壽命周期內(nèi)機器都能穩(wěn)定工作。
該電路的開/關(guān)機的過程分為這樣兩種情況:
①在關(guān)機狀態(tài)下,JM16鍵作為開機鍵使用。按下JM16,電池電壓經(jīng)V1到達V5的基極,促使V5和V7導(dǎo)通;電池電壓經(jīng)V7到DC/DC轉(zhuǎn)換器RN5RK331A的輸入端和使能端,DC/DC轉(zhuǎn)換器開始工作,向主電路輸出3.3 V電源。
支付密碼器進入開機狀態(tài)后,再由單片機的P3.6輸出低電平并經(jīng)反相后通過V2使V5和V7保持導(dǎo)通狀態(tài),這樣即使JM16鍵松開后,支付密碼器也能維持開機狀態(tài),P3.6輸出低電平起到開機自保的作用。
②在開機狀態(tài)下,JM16鍵作為關(guān)機鍵使用。未按下JM16鍵時,SWH信號點為低電平。按下JM16鍵,SWH信號點為高電平,這一信號變化通過鍵盤接口被單片機讀??;在開機時檢測到JM16的閉合,可確定為關(guān)機命令;等到JM16鍵松開后,單片機的P3.6輸出高電平并經(jīng)反相后通過V2使V5和V7變?yōu)榻刂範顟B(tài),支付密碼器因為沒有電源供給而關(guān)機。
在該供電電路中晶體管V7是電池供電的開關(guān)元件,將它設(shè)在DC/DC轉(zhuǎn)換電路的前面,關(guān)機時將DC/DC轉(zhuǎn)換器的供電回路完全切斷,進一步減小了關(guān)機時的漏電流。整機關(guān)機后,經(jīng)檢測,關(guān)機電流小于5uA.圖2中的電池低電壓檢測報警由RN5VT20CA(U9)實現(xiàn),檢測電壓為固定值2V.
與圖1相比較,用JM16鍵開機后,還必須利用單片機P3.6輸出低電平實現(xiàn)開機自保,因此稱該電路為“軟開關(guān)電路”。使用該軟開關(guān)電路的優(yōu)點是無須考慮按鍵去抖動問題,硬件電路簡單,可降低硬件成本,節(jié)約印制板板面,在手持式產(chǎn)品中印制板板面是非常寶貴的(元器件的數(shù)量直接影響印制板的大小和產(chǎn)品整體外觀)。
缺點是當受到外界強信號干擾或由于電池電量不足而引起死機時,按鍵JM16將不起作用,必須取出電池,再重新裝入方能解決死機現(xiàn)象。當然這種情況出現(xiàn)的機率極低,且因電池電量不足而引起死機時,就需要更換電池了。而圖1的硬開關(guān)電路中,當碰到死機現(xiàn)象時,無需觸摸電池,通過按鍵JM2就能實現(xiàn)開機和關(guān)機。
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