一种简易的自动开/关机电路设计

2006-08-03 15:16:34来源: 电子设计应用

引言
  节电是各种电池供电设备所需考虑的首要因素。为防止用户忘记关机,一些设备采用了自动关机电路。此外,许多设备中使用一个开/关按键控制开启或关断电源,即使微处理器(MPU)正在处理关键程序,按键按下时,系统也会关断,造成重要数据的丢失。本文仅使用一个D触发器设计了一种结构简单,使用方便可靠的开/关机电路。

电路设计
  实际设计的自动开/关机电路如图1所示。其中U1A为双D触发器CD4013,外接电池电源由Vin输入。Q输出通过阻值为472W的R5、103W的R4和NPN型三极管Q2反向驱动后,与开关电源芯片的开关引脚相连。以MAX1626为例,当SHDN为高时关闭电源,SHDN为低时打开系统电源。

  复位式按键S1为系统电源开/关键。C1和R2组成RC网络,使得在S1按下后,保证R有12×104×10-3=120ms的延迟时间处于高电平。CD4013的D、CLK端接输入电源地,保证其处于低电平。置位引脚R一端通过103W的电阻接电源地,另一端通过三极管Q3与MPU的I/O口相连。S1的右端与阻值为103W的R1相连,控制Q1开通。Q1的集电极与地之间接通稳压管,稳压管的输出与MPU的I/O口相连。


图1 自动开/关机电路原理

设计原理
  开/关机电路的核心器件是一个D型触发器,型号为CD4013。其真值表如表1所示。观察其真值表可已看出,无论CLK为何种状态,S为0时,输出Q为0;R为0时,输出Q为1;而当R、S均为1时,输出Q为1;当R和S均为0时,只要CLK不产生上升沿脉冲,输出Q会保持前一输出状态。本电路正是利用R、S均为零时的状态保持特性来实现开/关机功能的。

  由于本电路处于开/关电源前端,在电池接入状态下,无论系统电源是否打开,都处于工作状态。CD4013的输入电压范围为3~15V,因此本电路可以保证在宽电压输入范围内稳定工作。

系统开机原理
  当按下开机按钮S1时,S与高电平接通,S=1。查阅真值表可得,当R=1,S=1时,输出Q应稳定输出1,经过三极管反向后,电源控制引脚SHDN为低电平,打开系统电源。通常MPU进行初始化时会将I/O引脚置为高电平,由于RC网络的延迟作用,S1按下后可以保证S端约有120ms处于高电平(保证开机稳定条件:RC网络的延迟时间>系统上电复位并将POWER_CTL状态稳定为1的时间)。经过三极管Q3反向,此时S=1,R=0,Q端输出1,系统电源处于打开状态。

  MPU延迟后读取STATE引脚的状态。如果此时STATE为低电平,则确认Q1导通,S1曾按下,确认用户开机程序正常运行。如果此时STATE为高电平,则表明Q1截止,开机信号为误动作,程序执行关机程序。

  当RC网络的延迟时间过后,S端由1转为0,此时S=0,R=0,查阅真值表得出此时输出Q应该维持前一输出状态,即保持系统开通电源状态。

系统关机原理
  作为节电产品,如果在规定时间内系统没有工作,系统会自动转入关机程序,在保存重要数据后,自动关闭系统。

  当用户手动关机,按下S1时,Q1打开,STATE的状态由高电平转变为低电平,MPU检测到STATE的状态变化后,经过延时再次检测STATE状态,如仍为低电平,则确认为关机指令,程序将保存重要数据,关闭所有中断,然后将I/O引脚POWER_CTL置为低电平,程序进入循环等待关机状态。此时,I/O口状态经过Q3反相后使触发器R=1,S=0,查阅真值表可得Q端应该稳定输出0,经过三极管Q2反向驱动后,电源控制引脚SHDN为高电平,关闭系统电源。

  电源芯片关闭后,随着电容放电,MPU的供电电压不断下降,引脚POWER_CTL变为不定状态,但查阅真值表,无论此时R端电位高或低,输出Q都为低电平,稳定的使系统处于关机状态。

  随着电容继续放电,I/O引脚POWER_CTL稳定为低电平,此时触发器引脚R=1,S=0,稳定维持输出Q为低电平,保证系统电源的稳定关断。

设计的改进
  实际使用中发现,当更换供电电源时,触发器初始上电,D、CLK和R端下拉至地,保持稳定状态为0。而由于电容C1的充电作用,有可能使S=1,查阅真值表,当S=1,R=1时,输出Q为高电平,致使Q2导通,SHDN为高电平,打开系统。

  为了解决更换电源时系统有可能自动开机问题,在系统上电程序开始执行并延迟500ms后重新读取STATE状态。初始阶段,Q1导通,STATE状态为低电平。而随着RC网络的延迟时间过后,S端电位由高电平变为低电平,Q1由导通变为截止,STATE状态由低电平重新转换为高电平。MPU延时后读取的STATE如果为高电平,则认为是误开机,程序执行关机程序,重新关闭系统电源。如果STATE仍为低电平,则确认是开机指令,程序正常执行。因此要求用户在开机时,按下S1并保持500ms以上。
MPU开机初始化程序流程如图2所示。

图2 MPU开机初始化程序流程图

结语
  本电路相对其它电路结构简单,使用器件较少。配合软件处理,能够实现自动开/关机功能,对一般应用来说是较好的选择。

关键字:触发器  关机  三极管

编辑:金海 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/mndz/qtjs/200608/2230.html
本网站转载的所有的文章、图片、音频视频文件等资料的版权归版权所有人所有,本站采用的非本站原创文章及图片等内容无法一一联系确认版权者。如果本网所选内容的文章作者及编辑认为其作品不宜公开自由传播,或不应无偿使用,请及时通过电子邮件或电话通知我们,以迅速采取适当措施,避免给双方造成不必要的经济损失。
论坛活动 E手掌握
微信扫一扫加关注
论坛活动 E手掌握
芯片资讯 锐利解读
微信扫一扫加关注
芯片资讯 锐利解读
推荐阅读
全部
触发器
关机
三极管

小广播

独家专题更多

富士通铁电随机存储器FRAM主题展馆
富士通铁电随机存储器FRAM主题展馆
馆内包含了 纵览FRAM、独立FRAM存储器专区、FRAM内置LSI专区三大部分内容。 
走,跟Molex一起去看《中国电子消费品趋势》!
走,跟Molex一起去看《中国电子消费品趋势》!
 
带你走进LED王国——Microchip LED应用专题
带你走进LED王国——Microchip LED应用专题
 
电子工程世界版权所有 京ICP证060456号 京ICP备10001474号 电信业务审批[2006]字第258号函 京公海网安备110108001534 Copyright © 2005-2016 EEWORLD.com.cn, Inc. All rights reserved