Схемотехника: «Push-On, Push-Off Power-Switching Circuit» из патента US7781920B2

Картинки кликабельны и ведут на увеличенное изображение...
Push-On,Push-Off Power-Switching Circuit (VCC=1.5-7V)
(Диапазон питания подходит всем схемам с МК!)
Касательно нагрузки (на схеме L1), важное замечание: данной схеме для работы ОБЯЗАТЕЛЬНО требуется подключённая Нагрузка по выходу (для разряда конденсатора C1 при отключении питания, и также для переходных процессов во время включения триггера — для протекания тока по цепочке R2-SW1-R3-Нагрузка-Земля). В случаях, если Нагрузка может отсутствовать — рекомендация: установите дополнительный «разрядный резистор» (номиналом от R3 до 1M) по выходу, параллельно Нагрузке.
Примечание: Кнопка SW2 на схеме — символическая, чисто для симуляции (там и подпись: «Software...»). На самом деле, Q4 будет управляться с выхода микроконтроллера. И конечно, у него будет либо токоограничивающий резистор на базе, или вообще, тут можно использовать МОП-транзистор. Или даже, можно обойтись совсем без дискретного Q4, а коммутировать непосредственно портом МК, если позволяет мощность порта и не мешает «диодная вилка защиты от статики» (об этом есть пара слов в оригинальном Патенте)...
Пояснение работы схемы:
Триггер («bistable circuit») реализован на двух комплементарных биполярных транзисторах, включенных встречно-параллельно. По сути, это два параллельных [КОМПЛЕМЕНТАРНЫХ] каскада, замкнутые управлением один на другой, и поддерживающие друг друга в статическом состоянии — либо оба закрыты, либо оба открыты.
Замечу: Каскады на биполярных транзисторах являются «инвертирующими» — а именно так создаются все триггерные системы, через «положительную обратную связь»… Здесь построена ячейка памяти — т.н. Асинхронный «Одноступенчатый триггер» типа «latch/защёлка»…
Замечу: Добавление к этой ступени второго каскада на R3C1-цепочке — формирует систему «Двухступенчатого триггера» типа «flip-flop/шлёпающий» — переключающегося единственной кнопкой SW1… Ключ Q4 обеспечивает альтернативное асинхронное управление (только выкл).
Дополнительно, см. общую теорию...
Установившееся состояние триггера можно переключать, [КРАТКОВРЕМЕННО] подтягивая базу одного из двух транзисторов к Земле или к Питанию (итого, 4 возможных комбинации управляющих воздействий):
- Чтобы ВКЛЮЧИТЬ триггер (подать питание устройства) — подтянуть базу Q2 к Питанию (здесь это не удобно схемотехнически и не используется);
- или подтянуть базу Q3 к Земле (здесь коммутируется через конденсатор C1, чтобы единственной кнопкой SW1 реализовать чередование функции подтяжки «к Земле <-> к Питанию», посредством силового ключа Q1+ цепочки R3C1);
- Чтобы ВЫКЛЮЧИТЬ триггер (обесточить питание устройства) — подтянуть базу Q2 к Земле (здесь реализовано через развязывающий ключ Q4, и предлагается как метод «Software Power-Off» от МК),
- или подтянуть базу Q3 к Питанию (замыкается вручную SW1 на заряженный конденсатор C1, что даёт достаточно энергии для надёжного/гарантированного переключения триггера, даже при условии закрытия силового ключа Q4!).
Примечание: В Патенте заявлено, что Номиналы в данной схеме оптимизированы для работы в ДИАПАЗОНЕ НАПРЯЖЕНИЙ ПИТАНИЯ = 1..7V (*)
R3=R6=100K
C1=4.7uF
R1=R2=R4=10K
R5=4.7K
Для работы схемы в другом диапазоне питания — номиналы следует скорректировать соответственно (как именно? в оригинальном Патенте не поясняется).Роль резисторов:
Ключи Q2 и Q3 открываются одновременно, и закрываются одновременно…
Замечу: в «закрытом состоянии» триггера (при отключенном питании), в котором устройство предположительно пребывает большую часть времени — оба биполярных ключа Q2 и Q3 закрыты. Что при традиционно малом токе утечки (<100nA) обеспечивает мизерное собственное потребление схемы. (profit!)
Для ключей Q2 и Q3 в ЗАКРЫТОМ СОСТОЯНИИ — резисторы R6 и R2 (соответственно) являются подтяжками, препятствующими самопроизвольному открытию ключей от помех. Поэтому выбор номинала R2 относительно маленьким — целесообразен (но R2 выбирать не меньше R1! и достаточно большим относительно R5, чтобы ключ Q3 хорошо открывался — см. соотношение указано далее).
Для ключей Q2 и Q3 в ОТКРЫТОМ СОСТОЯНИИ — базовыми резисторами (т.е. токоограничивающими, чтобы в Базу не херачил слишком большой ток) являются R1+R4 и R5 (соответственно).
Причём, роль резисторов R4 и R5 не ограничивается токоограничением. Вторую важнейшую функцию, что они несут — это формирование управляющих потенциалов напряжений на Базах. Без них, триггер никогда бы не закрылся, не выключился!
Например, если R5=0, то База Q3 управляется с Коллектора Q2 непосредственно. Тогда, если ключ Q2 открыт (его VCEsat<0.7V), то потенциал его Коллектора надёжно привязан к Земле, и никак его не поднять (пока Q2 не закроется). Следовательно, никакой величины заряда с конденсатора C1 не хватило бы вкатить через SW1, чтобы закрыть Q3. Весь заряд C1 бы тут же разрядился через Q2 в Землю, да ещё и большим током спалил бы сам транзистор Q2!Некоторую ассиметрию схеме придаёт наличие резистора R1 (с опциональным конденсатором C2, стабилизирующим мелкие помехи-просадки по питанию) — создаёт смещение Эмиттера Q3 вниз, облегчающее его ЗАКРЫТИЕ.
Таким образом, номинал R5 выбирают так: Минимум, чтобы ограничить максимальный ток через Q2; Максимум, чтобы резистивный делитель R2:R5 формировал на Базе Q3 потенциал достаточный для открытия ключа (при всех напряжениях питания, и учитывая начальное смещение R1); А ещё, он входит в цепочку R5C1, которую следует учитывать/рассчитывать для таймингов разряда/выключения...
Зачем нужен R1? Пояснение: При больших токах потребления, Vout может иметь значительную просадку относительно Vin — следовательно, напряжение на заряженном конденсаторе C1 может быть заниженным, т.к. он заряжается по выходу (Vout<Vin) — следовательно, коммутируясь через SW1 на Базу Q3, этого напряжения может оказаться недостаточно для закрытия последнего… И чтобы Q3 уверенно закрывался — введено смещение его Эмиттера R1.Однако, при открытом триггере, пару резисторов R1+R4 следует рассматривать как совместную по функциям:
- Резистор R4 (подобно R5) также помогает закрыть Q2, формируя на его Базе низкий потенциал. Однако, в этой цепочке, присутствует также резистор-смешение R1, который играет ту же роль: участвует в формировании потенциала — таким образом, здесь (вместо одного резистора R5) работает как бы «распределённый» R1+R4!
- Он же, R1+R4 (минус R6, конечно, но он «маленький», поэтому игнор) формирует Базовый ток для Q2 в открытом состоянии.
Роль RC-цепочки:
Резистор R3 формирует R3C1-цепочку, которая обеспечивает второй каскад триггера и его «переключательные (flip-flop)» свойства.
Постоянная времени этой цепочки (R3*C1..3*R3*C1) определяет временную задержку с момента отпускания кнопки SW1 до готовности триггера к очередному включению/выключению, что подавляет «звон» в контактах кнопки SW1.
Но также, в динамике: на момент переключения триггера и во время удержания кнопки SW1, R3 изолирует R3C1-цепочку (т.е. изолирует УПРАВЛЯЮЩИЙ ПОТЕНЦИАЛ на Базе Q3) от изменений коммутируемого напряжения на выходе (Vout) — это даёт завершиться всем переходным процессам внутри триггера (что важно! иначе, схема застрянет в каком-нибудь запрещённом состоянии).
Важно: Для правильной работы схемы, номинал R3 должен быть выбран НА ПОРЯДОК больше, чем R2 (R3>>R2)!
Замечу, в статике: на положительном полюсе конденсатора C1, на разных фазах работы схемы, присутствуют ЧЕТЫРЕ характерных потенциала-состояния (и переходные процессы между ними):
- 0V = конденсатор разряжен, триггер выключен и кнопка отпущена, готов ко включению схемы;
Как замечалось выше: Данной схеме, для привода в состояние «готов ко включению» — ОБЯЗАТЕЛЬНО требуется какая-нибудь Нагрузка по выходу, для разряда конденсатора C1 до 0V при отключении питания... - Vout = конденсатор заряжен, триггер включен и кнопка отпущена, готов к выключению схемы;
- примерно Vin*R5/(R2+R5) = при включении схемы, при замыкании И УДЕРЖИВАНИИ кнопки SW1, после завершения переходных процессов в триггере — на конденсаторе C1 (и соответственно на базе Q3) установится промежуточное значение напряжения, формируемое делителем (R2||R3):R5. Оно должно быть гарантированно МЕНЬШЕ ПОРОГОВОГО (Vin-VbeOnMin) и недостаточное для цепной реакции повторного ЗАКРЫТИЯ ключа Q3 — чтобы реакция схемы была атомарной, устойчивой и стабильной (открылась и зафиксировалась), и не переходила в «генерацию»…
Если R3>>R2, то ток через R3 мы игнорируем… VCEsat=0 также игнорируем… Тогда между номиналами R2 и R5 требуется соблюсти условие: Vin*R2/(R2+R5) > VbeOnMax, где случается VbeOnMax=1.2V (для BC327/BC337).
Причём, видно, что хуже всего будет при малых Vin=1V (*)
- Например, при обычном Питании: 5V*10K/14.7K=3.4V > 1.2V (OK!)
- При минимальном заявленном Питании: 1V*10K/14.7K=0.68V > [0.6V-1.2V] (Биполярный ключ Q3 едва-едва начинает приоткрываться на этом пороге. И работая в линейном режиме, он создаёт значительную просадку напряжения: 0.2-0.3V… Поэтому создаваемого напряжения на Базе Q2 недостаточно для открытия последнего. Симуляция показывает: Нет, схема не включится! Не смотря на заявленный «поддерживаемый диапазон питания» в Патенте.) (*)
- А вот, при разумно малом Питании: 1.5V*10K/14.7K=1V > [0.6V-1.2V] (Симуляция показывает: Ключ Q2 уже откроется и схемы включится! Этого достаточно.)
- примерно Vin*R3/(R2+R3) = при выключении схемы, при замыкании И УДЕРЖИВАНИИ кнопки SW1, после завершения переходных процессов в триггере — на конденсаторе C1 (и соответственно на базе Q3) установится промежуточное значение напряжения, формируемое делителем R2:(R3+Нагрузка). Оно должно быть гарантированно БОЛЬШЕ ПОРОГОВОГО (Vin-VbeOnMin) и недостаточное для цепной реакции повторного ОТКРЫТИЯ ключа Q3… (напомню, что здесь речь о PNP транзисторе Q3 — поэтому утверждения «БОЛЬШЕ/МЕНЬШЕ» инверсивны, и звучат странно)
Т.е. при выборе номинала R3, требуется соблюсти условие: Vin*R2/(R2+R3) < VbeOnMin, где обычно VbeOnMin=0.6V, а Нагрузку принять=0 (схема должна работать даже при «КЗ» по выходу).
Причём, видно, что хуже всего будет при больших Vin=7V.
- Например, при обычном Питании: 5V*10K/110K=0,45V < 0.6V (OK!)
- А вот, при максимальном Питании: 7V*10K/110K=0,63V < 0.6V (Нет, работа схемы не гарантируется! Хотя здесь, скорее всего, работать будет: симуляция показывает, что при этом Q3 не полностью закрывается, но прикрывается В ЛИНЕЙНОМ РЕЖИМЕ так, что пропускает малый ток и напряжение на Базе комплементарного Q2 падает — и он/второй закрывается! А потом уже, когда кнопка SW1 будет отпущена, то каскадно, и Q3 тоже закроется. Ненадёжно...)
Сноски:
(*) Замечу: Работа данной схемы на пониженных напряжениях 1-1.5V не гарантируется (не работает, не смотря на заявленное в Патенте). Фактически поддерживаемый диапазон напряжений питания = 1.5-7V.
Причём, на пониженных напряжениях схема начинает сбоить: как из-за неправильно подобранных номиналов сопротивлений, так и самих ключей Q2/Q3 (резистивные делители создают недостаточные уровни для открытия биполярных ключей). Впрочем, если для Q2 и Q3 использовать менее мощные сигнальные биполярные транзисторы (например, аналоги КТ315 и КТ361, которые полностью открываются уже при VBEsat=0.7V), то данная схема заработает даже при 1V Питания…
А вот, используемому в данной схеме Силовому MOSFET «IRLML6401» (Q1), для уверенного открытия, требуется «Напряжение Смещения на Затворе» до 1.5V — его также потребуется заменить (на что? а вот это неясно)…
(**) Для работы данной схемы на совсем Малых Напряжениях Питания (до 1.5V, например, от одной пальчиковой батарейки или аккумулятора) — требуется переделка. Причём, как корректировка номиналов резисторов, так и замена силового ключа Q1.
Идея: для низких управляющих напряжений, можно попробовать для Q1 использовать силовой PNP транзистор…
(***) Из вышеразобранного случая следует ещё один вывод: Номинал резистора R2 определяет «минимальный порог напряжения» для открытия/включения схемы! А потому его роль может быть расширена.
Идея: подстройкой R2 можно регулировать «Минимум напряжения Питания», при котором схема будет САМА ОТКЛЮЧАТЬСЯ — это идея на будущее, для схемы «Контроля разряда АКБ»…
(****) Совет: Для улучшения работы триггера на низких напряжениях, для Q2 и Q3 следует использовать наименее мощные сигнальные биполярные транзисторы: аналоги КТ315 и КТ361 (которые начинают открываться при 0.6V, а полностью открыты ДЛЯ МАЛЫХ ТОКОВ уже при VBEsat=0.7V — гарантированно!)
Симуляция показывает, что при использовании BC54x/BC55x для Q2 и Q3, отдельно триггерная схема работает при напряжениях от 1V (как и заявляется в Патенте). Но тут нужно ещё подыскать, для Q1, MOSFET управляемый напряжением до 1V…
Замечу: Вообще, это хорошая идея использовать BC54x/BC55x для Q2 и Q3 в данной схеме, даже на высоких напряжениях. Всегда так и делайте! Я же использовал в симуляции более мощные (и несколько более грубые в управлении) BC327/BC337 — поскольку они у меня есть в активе, да и модель интереснее было проверить на критических пределах…
Push-On,Push-Off Power-Switching Circuit (VCC=4.5-20V)

Однако, в оригинальном Патенте приводятся ещё рекомендуемые схемные номиналы для диапазона питания = 4.5-20V
R3=360K
C1=1uF
R1=R2=R6=100K
R4=10K
R5=24K
(Предупреждение: В оригинальном патенте ошибка — неправильно указаны номера резисторов, расхождения в описании и на схеме! Клёво, да?.. Поэтому, я расставлял эти номиналы угадывая, пока Симуляция схемы не заработала.)Итак, что здесь?
R4 и R6 — не изменились.
R1 увеличили на порядок (ну понятно: при больших напряжениях питания — и помехи/просадки могут быть больше; да и токи больше — надо ограничить).
Соответственно, подогнали смещение на Базе Q3: R2=R1.
Проверка соотношений для уверенного переключения схемы:
- 3) Чтобы схема гарантированно включалась… между номиналами R2 и R5 требуется соблюсти условие: Vin*R2/(R2+R5) > VbeOnMax, где случается VbeOnMax=1.2V (для BC327/BC337)
Причём, видно, что хуже всего будет при малых Vin=4.5V.
В данной схеме уже выбран R2=100K. Осталось рассчитать от него: R5 < R2*(Vin/VbeOnMax-1)
R5 < 100K*(4.5/1.2-1)
R5 < 275K (У нас выбран: R5=24K ОК!) (Замечу: здесь предел не так критичен, есть хороший запас.) - 4) Чтобы схема гарантированно отключалась… при выборе номинала R3, требуется соблюсти условие: Vin*R2/(R2+R3) < VbeOnMin, где обычно VbeOnMin=0.6V, при Нагрузке=0 («КЗ» по выходу).
Причём, видно, что хуже всего будет при больших Vin=20V.
В данной схеме уже выбран R2=100K. Осталось рассчитать от него: R3 > R2*(Vin/VbeOnMin-1)
R3 > 100K*(20/0.6-1)
R3 > 3233K (Хм, а у нас стоит R3=360K, что на порядок меньше!)
Вывод: Теоретически, работа схемы не гарантируется. Ненадёжно… Хотя здесь, скорее всего, работать будет: симуляция показывает, что при этом Q3 не полностью закрывается, но прикрывается В ЛИНЕЙНОМ РЕЖИМЕ так, что пропускает малый ток и напряжение на Базе комплементарного Q2 падает — и он/второй закрывается! А потом уже, когда кнопка SW1 будет отпущена, то каскадно, и Q3 тоже закроется.
Замечу: здесь ситуация более критична, меньше запас по напряжению, требует больше внимания...
Относительно времени задержки на R3C1-цепочке:
было: 100K*4.7u=470ms
стало: 360K*1u =360ms
вывод: фактически, то же самое.
Ввиду возросших напряжений питания, я заменил силовой MOSFET на более высоковольтный:
- был, в схеме до 7V: irlml6401 (P-Channel, Vds=12V, Id=4.3A, Rds=0.05 Ohms, Vgs=8V Vgs_th=0,4..0,95V) — мощный, низковольтно управляемый.
- теперь, в схеме до 20V: irlml5203 (P-Channel, Vds=30V, Id=3A, Rds=0.165 Ohms, Vgs=20V Vgs_th=1..2,5V) — такой DI HALT поставил на DevBoard2, как защиту по питанию от переполюсовки.
Push-On,Push-Off Power-Switching Circuit (VCC=0.9-1.5V)
Схема для работы на совсем Малых Напряжениях Питания: до 1.5V (например, от одной пальчиковой батарейки или аккумулятора).
Q: Почему 0.9V предел?
A: Как ни крути, а для полупроводниковой схемотехники недоступны напряжения питания, меньшие чем 0.9V (транзисторы не открываются) — поэтому мы их даже не рассматриваем.
Замечу: я пробовал симулировать схему на 0.8V, но как бы я ни настраивал номиналы делителей (даже с идеальным ключом Q1) — транзисторы Q2/Q3 хоть и приоткрывались, но тут же аварийно закрывались. В итоге, Триггер мне удалось запустить, в симуляторе, только при питании 0.9V!
DISCLAIMER: Честно говоря, в такой конфигурации схема выглядит нецелесообразной, даже нерабочей (на сверхнизких напряжениях вообще трудно работать электронике) — поэтому приводится лишь для примера. К воспроизведению не рекомендуется.
Рекомендация: Лучше используйте Питание хотя бы от двух батареек/аккумуляторов (2xAAA). Даже очень разряженные, они дадут ЭДС выше 1.5V — самый оптимум для Устройств...
Какие типовые трудности здесь наблюдаются:
1) В схеме присутствует силовой транзистор Q1, который надо как-то открыть (малым напряжением), и это наибольшая проблема…
2) Ещё, на малых напряжениях, для сохранения помехоустойчивости и стабильности схемы, есть тенденция к увеличению ёмкости конденсатора C1 (поскольку малая ёмкость моментально заряжается до малых напряжений и становится неэффективной). Однако, электролиты имеют большие габариты, и очень не любят низких напряжений, деградируют быстро… Тут очень желательно бы остаться на «керамике» (чтобы С1<1.5uF).
Что в схеме скорректировано:
Для улучшения работы триггера на низких напряжениях, для Q2 и Q3 использованы наименее мощные сигнальные биполярные транзисторы: аналоги КТ315 и КТ361 (которые начинают открываться при 0.6V, а полностью открыты ДЛЯ МАЛЫХ ТОКОВ уже при VBEsat=0.7V — гарантированно!)
Замечу: Вообще, это хорошая идея использовать BC54x/BC55x для Q2 и Q3 в данной схеме, даже на высоких напряжениях. Всегда так и делайте! Ранее, я использовал более мощные (и несколько более грубые в управлении) BC327/BC337 — поскольку они у меня есть в активе, да и модель интереснее было проверить на критических пределах…
Ещё потребовалась корректировка схемных номиналов:
Помехоподавляющий конденсатор С2, вероятно, здесь можно совсем упразднить (?) — при таких малых напряжениях помехи минимальны, и бороться с ними проблематично, рассчитываем на стабильный постоянный источник питания (батарейку или аккумулятор).
Уменьшил помехоподавляющее смещение R1, и вместе с ним R4, в 2 раза — чтобы повысить потенциал Базы Q2 и повысить гарантии его открытия. Напомню: делитель (R1+R4):R6 формирует потенциал Базы Q2.
Для того же, увеличил R2 в 2 раза — чтобы понизить потенциал Базы Q3. Напомню: делитель R2:R5 формирует потенциал Базы Q3. Замечу: условие «R2 выбирать не меньше R1» сейчас соблюдается.
Q: Почему я увеличил R2, но не трогал R5, чтобы изменить делитель R2:R5?
A: Тут вступает другая зависимость: уменьшать номиналы сопротивлений R2 и R5 никак нельзя! Поскольку они связаны с конденсатором C1 и формируют RC-цепочки, участвующие (соответственно) при открытии и закрытии триггера.
Постоянные времени этих цепочек формируют Задержки, необходимые при переключении состояния схемы (триггера) — чтобы транзисторы Q2 и Q3 успели открыться/закрыться, учитывая их инертность (время рассасывания зарядов в базе и т.п.), усугубляющуюся при малых токах…
Если уменьшим сопротивления R2 и R5, то потребуется пропорционально увеличивать ёмкость C1… Но это бы очень ухудшило габариты Устройства (а там и так уже электролит на 4.7uF).
Какие проблемы ещё не решены?
Проблема: Самый неудобный элемент в данной схеме это силовой ключ Q1. Для управления MOSFET, требуется подавать ему на Затвор значительные напряжения смещения. Причём, даже IRLML-серия (т.н. «logic level») требует как минимум 1V, лучше 1.5V для уверенного открытия.
Неудачное решение: Поэтому, для низких управляющих напряжений требуется замена силового ключа Q1… На Биполярный PNP-транзистор?
Примечание: В отличие от MOSFET, Биполярному транзистору требуется токоограничивающий базовый резистор R7 (добавил в схему). При hFE=100, и предположим Ic=500mA -> нужно обеспечить Ib>0.5mA. При Vin=0.8V, минус сколько-то там ещё выпадет на открытом Q2… Ну, пусть, R7=1.5k.
- Пробовал использовать силовой PNP транзистор серии "(Complementary BD43x series. корпус SOT-32. Ic=4A, Vebo=5V, 3MHz) NPN — BD433 (Vceo=22V), BD435 (32V), BD437 (45V). PNP — BD434 (22V), BD436 (32V), BD438 (45V)". Точнее, симулировал с транзистором «BD438 (PNP, 45V 4A)». Корпус «SOT-32» у него — не маленький, но смириться можно...
- Пробовал использовать, для малотоковых потребителей, с транзистором BC327 (PNP 45V 0.5A). Для удовлетворительного открытия (до Ic=0.1A) ему достаточно VBEon<0.8V (по графикам в datasheet). Кроме того, BC327 выпускается в корпусе SOT-23 (SMD) — удобно использовать в миниатюрных устройствах...
- Наконец, ставил даже сигнальный транзистор BC557 (PNP 45V 0.1A) — открывается от 0.6V и выпускается в корпусе SOT-23...
Однако, ничего не получилось!
Во-первых, биполярный транзистор тоже оказался довольно «тугим» В УПРАВЛЕНИИ: для нормального открытия требует Vbe(on) = от 0.7V до 1.2V (что уже, практически, как и MOSFET «IRLML6401») — поэтому схема работает нестабильно.
А во-вторых, и самое главное, ПРОСАДКА НАПРЯЖЕНИЯ на открытом биполярном ключе оказалась недопустимо большая: это на сигнальных Q2 и Q3, через которые протекают мизерные токи (Ic<0.1mA), и просадка мизерная (Vce<40mV)… Но уже при маломальском токе, на открытых СИЛОВЫХ биполярных ключах — просадка до 0.7-0.85V (Ы! это при питании Vin=0.9V) И сколько же тогда коммутируется на Нагрузку? А ничего не остаётся, схема не работает!
TODO: Таким образом, проблема низковольтно управляемого (до 1V) силового ключа осталась нерешённой...
См. симуляцию «Push-On,Push-Off Power-Switching Circuit (VCC=0.9-1.5V) — идеальный ключ.DSN»
Отдельно, триггер здесь работает. Но только с идеальным ключом, обладающим следующими параметрами: управляемый напряжением а не током (MOSFET); порог включения Vgs=0.7V (с гистерезисом +-0.05V); сопротивление открытого канала Rds=0.1 Ohms.

- +8
- 14 января 2015, 13:03
- Celeron
- 3
Люблю такой стиль описания- когда все разжевано и по полочкам =)
Воистину феномен Баадера-Майнхофа работает. Недавно наткнулся на эту же идею, и хотел поковырять схемы, да статейку накатать. Только схемы твои весьма объемны, мне удалось найти более компактные варианты.
Например, вот такой

Ну и оставлю пару полезных ссылок: анлийская статья, русская статья, в комментариях которой можно найти еще несколько ссылок.
Воистину феномен Баадера-Майнхофа работает. Недавно наткнулся на эту же идею, и хотел поковырять схемы, да статейку накатать. Только схемы твои весьма объемны, мне удалось найти более компактные варианты.
Например, вот такой

Ну и оставлю пару полезных ссылок: анлийская статья, русская статья, в комментариях которой можно найти еще несколько ссылок.
Я эту схему так и не заставил работать. Сильно зависит от нагрузки (в частности не работает вообще, если нагрузка емкостная — нужно ставить развязывающий диод). Схема в статье выглядит лучше, она не включает нагрузку и ключ в схему триггера.
Правда, у меня и схема из статьи не взлетела :( Они все требуют тонкой настройки, если требуется другое напряжение питания.
Правда, у меня и схема из статьи не взлетела :( Они все требуют тонкой настройки, если требуется другое напряжение питания.
схема из статьи — как раз по моему понимаю, тонкой настройки не требует. При повышении питания целесообразно просто уменьшить потребление. Думаю, со взлетом данной схемы проблем не должно быть. Единственный тонкий момент — нужно учитывать небесконечное обратное напряжение на БЭ транзистора (обычно оно в пределах -5В).
Это в теории. А на практике — на 12В не работает. Включается четко, выключаться отказывается. Надо отдать должное Celeron'у, он проанализировал схему глубже, чем я, и теперь вроде понятно, почему получилось именно так и что с этим делать.
Упрощенная схема, приведенная 1essor1 веждет себя аналогично — стабильно включается, но не выключается.
Упрощенная схема, приведенная 1essor1 веждет себя аналогично — стабильно включается, но не выключается.
Основной недостаток подобных схем — плохая повторяемость, каждая схема требует индивидуальной подгонки-настройки, может перестать работать при изменении температуры-влажности, короче — я против.
Лучше D-триггер поставить. Результат будет тот же, а надежность гораздо выше.
Лучше D-триггер поставить. Результат будет тот же, а надежность гораздо выше.
К D-триггеру еще потребуются средства борьбы с дребезгом. Я уже задумываюсь над PIC10F200, похоже он позволяет сделать самый дешевый, стабильный и компактный вариант :) Но ощущение «из пушки по воробьям» не покидает, заставляя экспериментировать с разными вариантами pololu switch'а…
Охренеть,6-пиновый мк! А подобные есть у Atmel или ST, не в курсе?
Про воробьев и пушку… Смотря по какому критерию эту характеристику определять. Если сравнивать по микроминиатюрности, то эта крошка уделывает кучу транзисторов и резисторов, да и логику в минимальном корпусе SO14, ЕМНИП.
Про воробьев и пушку… Смотря по какому критерию эту характеристику определять. Если сравнивать по микроминиатюрности, то эта крошка уделывает кучу транзисторов и резисторов, да и логику в минимальном корпусе SO14, ЕМНИП.
Уже нашел ATTINY10. Стоит несколько дороже PIC, но зато всеми любимая AVR =)
Я тут глянул, это ж идеальный контроллер для мелких задач — 12МГц, 4 порта ВВ, 4-канальный АЦП, есть аналоговый компаратор, 2 ШИМ канала.
Я тут глянул, это ж идеальный контроллер для мелких задач — 12МГц, 4 порта ВВ, 4-канальный АЦП, есть аналоговый компаратор, 2 ШИМ канала.
ну так это смотря где:) вообще, из всех тини именно 13-я, на мой взгляд, единственная заслуживает внимания. ну и самое главное — 13-я шьется обычным программатором, а для 10-й надо еще МК2 искать:)
но базару нет — если нужна миниатюризация, то 10-я тинька весьма неплоха.
но базару нет — если нужна миниатюризация, то 10-я тинька весьма неплоха.
- podkassetnik
- 14 января 2015, 16:54
- ↑
- ↓
Ну, кроме тини10 есть еще и ATXMEGA с PDI, который тоже в допере отсутствует, а вот асп вроде уже держит.
Но под пик тоже придется программатор добывать — хотя пиккит2 позволяет программировать почти все.
Зато мелкий МК. Тут как-то проскакивала ссылка на самолетик весом несколько граммов, в котором электроника как раз на PIC10F200 строилась.
Но под пик тоже придется программатор добывать — хотя пиккит2 позволяет программировать почти все.
Зато мелкий МК. Тут как-то проскакивала ссылка на самолетик весом несколько граммов, в котором электроника как раз на PIC10F200 строилась.
Ну ATXMEGA меня тем паче не интересуюет) Я крепко подсел на STM(8 и 32), а в АВР меня только держит наличие мк с малым количеством ног, такого у ST нету. Просто иногда задача на практически пару портов ввода-вывода, где пригодились бы мелкие тиньки, а запаивать 48-ногий комень под это дело вломы. Несмотря на то, что стоят они примерно одинаково.
Вот поэтому хотелось и найти такой мелкий камушек, чтоб без лишних телодвижений его применять. Но видимо тини13 — наще все)
P.S. Про наличие STM в корпусе TSSOP20 в курсе.
Вот поэтому хотелось и найти такой мелкий камушек, чтоб без лишних телодвижений его применять. Но видимо тини13 — наще все)
P.S. Про наличие STM в корпусе TSSOP20 в курсе.
Как вариант — STM8S003F3U6:
+ Цена в розницу хорошая. Но это пока, потом будет около 1 $.
+ Размеры 3х3 мм, т.е. чуть-чуть больше чем PIC10F200.
+ 8 кб Flash, 1 кб RAM. Значительно больше чем у конкурентов.
+ 16 GPIO.
+ Прошивка и отладка по 1 проводу.
+ Полноценный программатор/отладчик можно купить за 5$ у китайцев. Так же есть в составе отладочных плат discovery.
— Толщина контакта 0.25 мм, что в 2 раза меньше чем у PIC. Близко к пределу возможностей для ЛУТ.
— Контакты под корпусом, если не пропай или КЗ то сложно будет обнаружить и устранить.
— Компиляторы Си платные. Демо версии для любительской разработки до 8 кб можно использовать, но для комерческой нужно покупать.
— Напряжение питания 2.95-5.5В. AVR-ки и PIC-и от 2В работать будут.
+ Цена в розницу хорошая. Но это пока, потом будет около 1 $.
+ Размеры 3х3 мм, т.е. чуть-чуть больше чем PIC10F200.
+ 8 кб Flash, 1 кб RAM. Значительно больше чем у конкурентов.
+ 16 GPIO.
+ Прошивка и отладка по 1 проводу.
+ Полноценный программатор/отладчик можно купить за 5$ у китайцев. Так же есть в составе отладочных плат discovery.
— Толщина контакта 0.25 мм, что в 2 раза меньше чем у PIC. Близко к пределу возможностей для ЛУТ.
— Контакты под корпусом, если не пропай или КЗ то сложно будет обнаружить и устранить.
— Компиляторы Си платные. Демо версии для любительской разработки до 8 кб можно использовать, но для комерческой нужно покупать.
— Напряжение питания 2.95-5.5В. AVR-ки и PIC-и от 2В работать будут.
О, действительно. Мне всегда казалось, что первая буква означает корпус, перечитал даташит — нифига подобного, только количество ног, а корпус обозначается третьей буквой.
В таком случае несущественна (в большинстве случаев) для любителей только последняя цифра, обозначающая, ЕМНИП, температурный диапазон…
В таком случае несущественна (в большинстве случаев) для любителей только последняя цифра, обозначающая, ЕМНИП, температурный диапазон…
и да — 13-я тинька тоже не такая уж дешевая стала, зараза. ну, это, в принципе, ко всем радиозапчастям относится:)
- podkassetnik
- 14 января 2015, 16:54
- ↑
- ↓
У нас в розницу в смд — от 56р
вот такая же херня. я тут под новый год с десяток заказов делал в чип-нн. делал и тихо охуевал — с каждым днем (это не фигура речи — именно каждый день, а иногда и по два раза на дню) цены увеличивались:)
- podkassetnik
- 14 января 2015, 17:13
- ↑
- ↓
Ebay первая же ссылка 265.22 за 10 штук
www.ebay.com/itm/10PCS-NEW-SOP-8-ATTINY13A-SU-TINY13A-SU-SMD-IC-/200990104141?pt=LH_DefaultDomain_0&hash=item2ecbf19a4d
www.ebay.com/itm/10PCS-NEW-SOP-8-ATTINY13A-SU-TINY13A-SU-SMD-IC-/200990104141?pt=LH_DefaultDomain_0&hash=item2ecbf19a4d
Логика есть и в SOT23-6, скажем, одиночные элементы серии 74LVC1G.
По поводу аналогов — тини10, но пик200 дешевле. Есть и чуть более навороченный пик222, с АЦП.
По поводу аналогов — тини10, но пик200 дешевле. Есть и чуть более навороченный пик222, с АЦП.
Таких триггеров обычно два в корпусе микросхемы. Поищите подавление дребезга на триггере, дополните схему и будет примерно так.
На модели работает?
На модели работает?
Кондер на 1мкФ, AFAIK, быстро убьет кнопку (или при бОльших ли емкостях проблемы начинаются, не помню...).
И у этой схемы проблемы с питанием. Откуда ты собрался брать VCC, особенно если требуется нулевое потребление в выключенном состоянии?
При напряжениях до 15В лучше взять микру вроде 40хх, т.е. с питанием 3-15В.
И у этой схемы проблемы с питанием. Откуда ты собрался брать VCC, особенно если требуется нулевое потребление в выключенном состоянии?
При напряжениях до 15В лучше взять микру вроде 40хх, т.е. с питанием 3-15В.
Брать например из крохотного стабилизатора в sot-23 от большого источника.
Либо в цепях уже будут те самые +5В. По поводу дребезга, просто я в модели тригер неудачный подобрал — мой по posedge переключается, т.е. дребезг при размыкании надо давить.
А вот про емкости можно поподробнее?
Либо в цепях уже будут те самые +5В. По поводу дребезга, просто я в модели тригер неудачный подобрал — мой по posedge переключается, т.е. дребезг при размыкании надо давить.
А вот про емкости можно поподробнее?
Брать например из крохотного стабилизатора в sot-23 от большого источника.Становится сильно много деталек.
Ну все равно меньше чем 3-5 транзисторов и 10 резисторов, как на схеме в посте. Да и тем более откуда возникло условие нулевого потребления?) Может у меня там где-то в корпусе схема сидит питается 5ю вольтами, почему бы их оттуда не позаимствовать, чтоб более высоковольтную нагрузку то повключать/повыключать?..
У тебя получается 1-2 микросхемы и два транзистора, что уже не меньше.
Потребление может быть и ненулевым, но это отсекает применение схемы в батарейных приборах, что, пожалуй, составляет большую часть применений схемы (хотя, что забавно, мне такой выключатель тоже требовался в девайс с безлимитным питанием).
Потребление может быть и ненулевым, но это отсекает применение схемы в батарейных приборах, что, пожалуй, составляет большую часть применений схемы (хотя, что забавно, мне такой выключатель тоже требовался в девайс с безлимитным питанием).
Ну разве эти микросхемы и транзисторы так много потребляют? Тем более как я понимаю, батарейное — это как правило до 5В, т.е. можно напрямую сажать микрухи на батарею.
Ну а если напряжение батарей повыше, то можно взять и более высоковольтную логику, как ты говорил выше, только вероятно её размеры тоже будут побольше.
Ну а если напряжение батарей повыше, то можно взять и более высоковольтную логику, как ты говорил выше, только вероятно её размеры тоже будут побольше.
А вообще, я тут задумался, зачем эти пару корпусов микросхем логики, защита от дребезга, схемы о 4 транзисторах и десятке резисторов? Более элегантно? Просто чтобы внутренний рационалист не талдычил, мол, зачем всюду контроллеры суешь, где и простой логики/транзисторов хватит?
Можно ведь просто взять и дубовую ATTINY13A-SSU поставить — защита от дребезга программная, при желании можно хоть переключатель на несколько контакных пар сделать) Вряд ли по площади меньше будет(с учетом трассировки питания и сигналов этой пары микросхем или пачки тразисторов) да и по стоимости ебэйные/аллишные тини еще дешевы. А кого их вообще вагон да маленькая тележка =)
Можно ведь просто взять и дубовую ATTINY13A-SSU поставить — защита от дребезга программная, при желании можно хоть переключатель на несколько контакных пар сделать) Вряд ли по площади меньше будет(с учетом трассировки питания и сигналов этой пары микросхем или пачки тразисторов) да и по стоимости ебэйные/аллишные тини еще дешевы. А кого их вообще вагон да маленькая тележка =)
Ну для коммутации 220 эта схема работать то и не будет)
А для включения устройства вполне ставят и такие, тем более что часто устройство находится в дежурном режиме, запитанным внутри. Например, работал на осциллографе не за одну сотню тысяч рублей и он тоже включается маленькой кнопкой без фиксации.
А для включения устройства вполне ставят и такие, тем более что часто устройство находится в дежурном режиме, запитанным внутри. Например, работал на осциллографе не за одну сотню тысяч рублей и он тоже включается маленькой кнопкой без фиксации.
Или ты про ситуацию, когда источник источник один — батарейкаНу да. Места обычно не хватает в батарейных приборах. А нынче удобнее всего литий применять (2,9..4,2 В). Как раз SN74LVC2G74DCU идеально ложится под такую задачу и корпус всего чуть больше SOT-23.
А если еще нужен стабилизатор для питания логики, то ну его нах., его ведь еще микропотребляющим надо делать. Исходная схема (триггер на двух транзисторах), приведенная ТС, становится гораздо привлекательнее.
Не обязательно рассматривать эту кнопку с позиции экономии места. Можно еще рассматривать с позиции эстетической стороны или например, пожаробезопасной(как это делается в статье, приведенной в первом комменте).
Возможно мне захочется иметь аккуратненькую кнопочку на лицевой панели, а не мощный тумблер или рокерный переключатель. А в таких применениях, как правило, питание не ограничено, либо все равно есть стабилизаторы, которые питают мк или прочие низковольтные приблуды.
Возможно мне захочется иметь аккуратненькую кнопочку на лицевой панели, а не мощный тумблер или рокерный переключатель. А в таких применениях, как правило, питание не ограничено, либо все равно есть стабилизаторы, которые питают мк или прочие низковольтные приблуды.
Все равно ты УНИВЕРСАЛЬНОГО решения не найдешь. :)
У меня, например, во всех трех приборах, в которых применял подобное решение (триггер и силовой ключ), отключение производилось основным контроллером, поскольку требовалось записать некие параметры текущей сессии в EEPROM. Получалось что в одну сторону триггер перекидывается кнопкой, а в другую только сигналом от МК. И при таких условиях одна кнопка на перекидывание триггера и туда и сюда уже не годится совсем.
У меня, например, во всех трех приборах, в которых применял подобное решение (триггер и силовой ключ), отключение производилось основным контроллером, поскольку требовалось записать некие параметры текущей сессии в EEPROM. Получалось что в одну сторону триггер перекидывается кнопкой, а в другую только сигналом от МК. И при таких условиях одна кнопка на перекидывание триггера и туда и сюда уже не годится совсем.
Я понимаю) Просто интересно знать в целом как решаются различные задачи такого класса, чтобы потом решить свой частный случай)
Я, например, делаю БП себе лабораторный для нужд насущных — цифровое управление, несколько каналов и все такое. Так вот у меня получается что внутри будут два отдельных источника — силовой и для питания управляющей части. Т.е. по включению в сеть (и включенном рокерном переключателе сзади по типу комповых БП АТ) будет всегда активен маломощный источник, а силовой источник разомкнут на уровне ~220В. И чтобы не тащить 220 через весь корпус на переключатель на лицевой панели для его включения, я вот как раз и думаю применить кнопку+триггер+ключ+реле, чтобы прокинул провода с безобидными 5В до кнопки и все. И внешний вид такой кнопки будет много более приятный чем брутальный переключатель.
Я, например, делаю БП себе лабораторный для нужд насущных — цифровое управление, несколько каналов и все такое. Так вот у меня получается что внутри будут два отдельных источника — силовой и для питания управляющей части. Т.е. по включению в сеть (и включенном рокерном переключателе сзади по типу комповых БП АТ) будет всегда активен маломощный источник, а силовой источник разомкнут на уровне ~220В. И чтобы не тащить 220 через весь корпус на переключатель на лицевой панели для его включения, я вот как раз и думаю применить кнопку+триггер+ключ+реле, чтобы прокинул провода с безобидными 5В до кнопки и все. И внешний вид такой кнопки будет много более приятный чем брутальный переключатель.
цифровое управление,
два отдельных источника — силовой и для питания управляющей части.Непонятно, чего ты паришься с триггером. :) Поставил контроллер, навешал кнопок и/или энкодеров на входы, на выходы — релюшек и все дела.
Триггер интересен там, где приходится извращаться с дерганием самого себя за хвост. Или там где нет совсем мозгов (МК). Если в схеме есть МК, то вполне естественно использовать его как тот самый триггер. :) Примерно как здесь

POW — сигнал ОТ контроллера «удерживать включенным»
BTN — сигнал НА контроллер «нажатие кнопки».
При таком включении можно заставить пользователя выстукивать морзянкой «ВЫКЛ» для выключения. :)
Даже это не нужно. Всегда доступно дежурное питание, так что достаточно просто завести кнопку и сигнал управления источником на МК. Примерно как это сделано в ПК.
Реле тоже необязательно, если источник импульсный — у него обычно есть вход разрешения работы (либо его можно сделать, модифицировав цепь ОС).
Реле тоже необязательно, если источник импульсный — у него обычно есть вход разрешения работы (либо его можно сделать, модифицировав цепь ОС).
В готовый блок, если нет штатного входа управления действительно лучше не лезть. Хотя через цепь ОС это делается довольно просто (нужно просто имитировать через нее, что на выходе у блока напряжение выше требуемого и источник заткнется сам).
А насчет кнопки с фиксацией — программное управление делается весьма просто и дает дополнительные фишки. Например, можно сделать автоотключение.
А насчет кнопки с фиксацией — программное управление делается весьма просто и дает дополнительные фишки. Например, можно сделать автоотключение.
Я тоже сначала хотел заюзать мк, но потом мне чего-то стало лень тянуть провод к мк, тянуть от него — и я решил пойти в его обход. А сейчас, так получилось, что у меня появилась красивая кнопка с фиксацией, так что обойдусь реле и кнопкой) Но схемы оставил про запас, полюбому где-нибудь да пригодятся.
Сначала кстати не обратил внимание, но разве моделирование аналоговых цепей в Протеусе не извращение?)
По сути, это два параллельных [КОМПЛЕМЕНТАРНЫХ] каскада, замкнутые управлением один на другойЭту штука называется «аналог тиристора», и, кстати, имеет такую же структуру — PNPN. Здесь, правда, он обвешан кучей резисторов, для снятия/подвода управляющих сигналов (нормальный тиристор закрыть сигналом управления нельзя).
Кнопка SW2 на схеме — символическая, чисто для симуляции (там и подпись: «Software...»). На самом деле, Q4 будет управляться с выхода микроконтроллера. И конечно, у него будет либо токоограничивающий резистор на базе; или вообще, тут можно использовать МОП-транзистор; или даже, можно обойтись совсем без дискретного Q4, а коммутировать непосредственно портом МК, если мощность позволяет (об этом есть пара слов в оригинальном Патенте)…
Комментарии (93)
RSS свернуть / развернуть