Меню

Схема подключения кнопочного выключателя без фиксации

Схема подключения кнопочного выключателя без фиксации

Иногда возникает необходимость управлять той или иной нагрузкой всего одной кнопкой. Кнопки бывают двух типов с фиксацией и без. Если использовать кнопки без фиксации, например для включения светодиода, то при нажатии светодиод засветится, а при отпускании потухнет.

Приведенная схема проста до безобразия и состоит из трех транзисторов, две из которых обратной проводимости. Работает она по следующему принципу — при первом нажатии светодиод засветится, при повторном — потухнет.

Областей применения такой простой электронной кнопки очень много, от простых фонариков до мощных систем коммутации.

Как это работает

В начальный момент, когда на схему подается питание, все три транзистора закрыты, одновременно через цепочку резисторов R1 и R2 заряжается электролитический конденсатор C1, напряжение на нем равно напряжению питания. При нажатии на кнопку положительный сигнал с конденсатора поступает на базу транзистора VT3 отпирая его, по открытому переходу этого транзистора напряжение поступает на базу транзистора VT2, в следствии чего он также открывается. Нагрузка, в нашем случае светодиод, тоже активируется, еще во время срабатывания транзистора VT3.

Эта часть схемы представляет из себя триггерную защелку. Транзистор VT3 открывает VT2, а тот открываясь подает напряжение на базу транзистора VT3 удерживая его в открытом состоянии.

В таком состоянии схема может находится бесконечно долгое время. Притом кнопку можно просто нажать и отпустить, а не удерживать в нажатом состоянии.

Открывающийся транзистор VT2 открывает также и транзистор VT1. В этом состоянии у нас все три транзистора открыты. Когда VT1 открыт, через его открытый переход и резистор R2, конденсатор C1 будет разряжаться, отсюда можно сделать вывод, что когда транзисторы открыты, конденсатор разряжен.

При повторном нажатии кнопки база транзистора VT3 оказывается подключенной к минусовой обкладке конденсатора C1, на базе ключа напряжение в районе 0,7 вольт, и в следствии заряда конденсатора оно просаживается и он запирается. С запиранием транзистора VT3, конденсатор опять начинает заряжаться в штатном режиме, через ранее указанные резисторы.

Коммутацию нагрузки осуществляет транзистор VT3, его можно взять помощней, например bd139, в этом случае у нас появится возможность подключать к схеме более мощные нагрузки, ну или можно усилить сигнал с выхода нашей кнопки дополнительным транзистором.

Использованные в схеме транзисторы не критичны, можно взять любые малой и средней мощности соответствующей проводимости. Номиналы других компонентов схемы можно отклонять в ту или иную сторону на 30%.

Схема не прожорливая, от источника питания в 5 вольт ток потребления без нагрузки всего 850 микроАмпер, так, что смело можно задействовать в качестве выключателя ну скажем в карманном фонарике.

Источник

Сенсорная ячейка TTP223B. Включение и выключение нагрузки одной кнопкой без фиксации. Защита от перенапряжения.

Сей обзор посвящен замечательной сенсорной ячейке TTP223B, но, поскольку обзоров на нее еще не писал только ленивый, я добавил немного гарнира и подливки.

В основном население закупает готовые модули с этой микросхемой, я лично готовые решения терпеть ненавижу, посему купил 20 штучек новеньких непаяных микросхем на эксперименты.
Сама по себе TTP223B представляет собой шестиногого клопа в корпусе SOT-23, назначение- «сенсорная ячейка», то есть по сути- «детектор прикосновения», призвана заменить собой механическое нажатие кнопки. Документацию на нее можно почитать, к примеру, здесь: ссылка

Схема включения очень проста. На микросхему подаем питание от 2 до 5,5 вольт, сама по себе микросхема практически ничего не жрет- с десяток микроампер максимум. Касаемся пальцем вывода 3 (входа), или электрически соединенного с ним металлического пятачка (sеnsor pad)- на выводе 1 (выход) при этом что-то происходит. Что именно происходит- определяется состоянием выводов 4 (AHLB) и 6 (TOG).

Вывод AHLB определяет состояние выхода «по умолчанию», например- в момент подачи на микросхему питания.
1. Если вывод AHLB болтается в воздухе- выход по умолчанию привязан к земле («ноль» на выходе), при этом через вывод выхода можно пропускать ток до 8 миллиампер.
2. Если же вывод AHLB привязан к питанию- то выход по умолчанию так же привязан к питанию («единица» на выходе), при этом через вывод выхода можно пропускать уже вдвое меньший ток- до 4 миллиампер.

Вывод TOG определяет режим работы микросхемы: прямой или триггерный. Тут лучше всего объяснить на пальцах:
1. Вывод TOG болтается в воздухе: прямой режим. Состояние выхода определяется состоянием входа. Допустим, по умолчанию на выходе у нас ноль. Касаемся пальцем входа- на выходе устанавливается единичка. Убираем палец- на выходе снова ноль. (Если по умолчанию на выходе единица- касание будет устанавливать на выходе ноль).
2. Вывод TOG привязан к питанию: триггерный режим. При каждом касании пальцем входа состояние выхода меняется на противоположное и остается таковым, если палец убрали. Допустим, на выходе у нас ноль. Коснулись пальцем входа- на выходе установилась единичка. Убрали палец- ничего не произошло, единичка осталась. Снова коснулись пальцем входа- на выходе стал опять ноль, убрали палец- ноль остался.

Читайте также:  Быстродействующие выключатели постоянного тока ir6040sv

ВАЖНО! На схеме еще присутствует конденсатор между входом и землей, емкостью до 51 пикофарада, производитель рекомендует ставить его опционально «для корректировки чувствительности». Мне попадались отзывы от пользователей готовых модулей, что «микросхема глючная». Так вот- без этого конденсатора она воистину глючная и ставить его необходимо. Микросхема шибко чувствительная- настолько, что достататочно просто поднести к ней руку на расстояние в пару-тройку сантиметров- микросхема уже срабатывает. А вот если воткнуть между входом и землей маленькую емкостюшечку- микросхема перестает своевольничать и работает уже только на касание. Посему, у которых модули- проверьте наличие сего кондюка, при необходимости доукомплектуйте.

Теперь подливка и гарнир.
Собственно, был у меня налобный светодиодный фонарик… за сто рублей, из ларька. И светил тускло, и свет был мерзопакостный синий, и батарейки жрал аки конь, и вообще. Решил я его переделать по феншую- на более мощные светодиоды правильного спектра, и чтоб питались не абы как, а через DC-DC драйвер. Но это оказалось полбеды. Включение и выключение осуществлялось маленькой тактовой кнопочкой сбоку, причем в качестве управляющего элемента была какая-то микросхема типа «черная капля на плате», которую даже перепаять нельзя. И доставляла она мне кучу неудобств… При первом нажатии зажигала только четыре светодиода, при втором- восемь, при третьем- все сразу, при четвертом- начинала ими мигать, и только на пятом нажатии выключала, наконец, фонарь. Бесило жутко. Я хочу просто чтоб «вкл» и «выкл», на кой мне еще мигаторы эти?!
В общем, встал вопрос о достойной альтернативе.
Я пробовал по-всякому. Пробовал сделать простенький триггер на клопе 74lvc1g74- тщетно. Не хотел он работать, хоть плачь. Почему- я так и не выяснил, народ на форумах выдвинул предположение, что, несмотря на наличие триггера Шмидта по входу на схеме в документации, в реальности сей триггер отсутствует, и микросхема ловит любой дребезг- но это лишь гипотеза. Причем 74HC74 в той же схеме включения работала идеально, но на плату мою не лезла. 🙁 Далее мне где-то попалась простенькая схемка на двух мосфетах- условно работала. Условно- потому что очень сильно зависела от параметров мосфетов, от температуры окружающего воздуха (на морозе не работала), и от кучи прочих факторов. К тому же, стоило повесить ей на выход хоть какую емкость- работать отказывалась наотрез. В общем, не вариант. От отчаяния я стал рыть форумы, и там где-то кто-то кому-то сказал «Используй TTP223B, Люк!» Я задумался…
Но у меня- тактовая кнопка, и впаивать вместо нее медный цилиндрик, к примеру, мне совершенно не хотелось… Теряется герметичность, можно коснуться случайно, и вообще не по-джедайски.

Первый же эксперимент выявил следующее: сенсорную ячейку можно использовать не как сенсорную ячейку. Можно не припаивать к ней никаких металлических пятачков и ничего руками не касаться, а наоборот- припаять тактовую кнопку. Между входом и питанием. Работает отлично!

Микросхема в триггерном режиме, в качестве силового элемента- мосфет. Обратите внимание- тут N-мосфет, в момент подачи питания он должен быть закрыт, потому вывод AHLB болтается в воздухе- на выходе по умолчанию «ноль». Если будет использоваться P-мосфет (например, АО3401), то вывод AHLB надо привязать к питанию.
ТТР223B в данном варианте применения была запихнута уже в четыре разных устройства- везде и всюду работает безукоризненно! Первое нажатие тактовой кнопки включает нагрузку, второе- отключает, именно то, что я хотел!

Вот, например, полузапаяная готовая плата для фонарика. Микросхема настолько мелкая, что легко умещается «в поддоне» тактовой кнопки:

Ну и добавочка… к обозреваемой микросхеме она не имеет отношения, но может вдруг оказаться кому полезной.
Я подумал: фонарик у меня на батарейках, а вдруг, пока я сплю, с планеты Нибиру прилетят рептилоиды, и вместо двух батареек АА всунут мне два аккумулятора 14500, специально чтоб меня расстроить, раз уж вирус меня не берет? Погорит же всё!
Посему, была сочинена очень простенькая схемка защиты от перенапряжения, на схеме она в прямоугольничке:

Идею я почерпнул с какого-то форума, в качестве детектирующего элемента- широко известный и доступный регулируемый стабилитрон TL431. Для пущего понимания я приведу упрощенную схему его внутренностей:

Как работает защита: пока напряжение на выводе «Reference» не превышает 2,5 вольт- транзистор внутри стабилитрона закрыт и ток через стабилитрон почти не протекает. При этом мосфет VT1 тоже закрыт, а затвор мосфета VT2 привязан через резистор R5 к земле- поэтому VT2 открыт и ток от источника питания течет в нагрузку. Как только напряжение на Reference превысит 2,5 вольта- через стабилитрон начнет протекать некоторый ток, разность потенциалов истока и затвора VT1 превысит пороговую- VT1 откроется и зажжет светодиод. Напряжение на затворе VT2 при этом составит почти полное значение напряжения питания (падением на VT1 можно пренебречь)- VT2 закроется и отключит нагрузку. Величина напряжения питания, при котором срабатывает защита, определяется номиналами R1 и R2, при указанных- примерно 4,4 вольта (чтоб можно было питаться от одного Li-pol аккумулятора). Вместо этих резисторов можно поставить переменный- и установить сколько надо. Чисто теоретически- можно было вместо двух P-мосфетов тупо взять один N-мосфет, и подключить его напрямую к стабилитрону- но я не был уверен что напряжение на стабилитроне в момент срабатывания окажется достаточно низким для закрытия N-мосфета, поэтому сделал «наоборот» и с гарантией.
Схема была собрана и успешно испытана. Может пригодиться в том случае, если у вас в наличии, к примеру, три разных сетевых адаптера- на 3,3 вольта, на 5 вольт и на 12 вольт, у них у всех одинаковые стандартные разъемы, и вы боитесь сжечь свою самоделку, подключив случайно «не тот».

Читайте также:  Выключатель педали сцепления ваз 2123

Примечание: AO3400, AO3401 и TL431 полный алиэкспресс, сразу по сто штук продаются за копейки, но писать по ним отдельные обзоры мне лично лень…

Источник



Выключатель питания с нулевым потреблением мощности на основе нефиксируемой кнопки

Слаботочные выключатели без фиксации, подобные монтируемым на плату тактовым кнопкам, дешевы, доступны и отличаются большим разнообразием размеров и стилей. В то же время кнопки с фиксацией часто имеют бóльшие габариты, они дороже, а диапазон их конструктивных вариантов относительно ограничен. Это может оказаться проблемой, если вам потребуется миниатюрный недорогой выключатель для фиксации питания нагрузки. В статье предлагается схемное решение, позволяющее придать кнопке с самовозвратом функцию фиксации.

Ранее были предложены конструкции, схемы которых основывались на дискретных компонентах [1] и микросхемах [2], [3]. Однако ниже будет описана схема, которой для выполнения тех же функций потребуется всего пара транзисторов и горсть пассивных компонентов.

На Рисунке 1а приведен вариант схемы включения питания для случая нагрузки, подключенной к земле. Схема работает в режиме «переключателя»; это значит, что первое нажатие включает питание нагрузки, второе выключает, и так далее.

а) б)
Рисунок 1. Эта схема превращает кнопку без фиксации в выключатель питания.

Чтобы понять принцип работы схемы, представим, что источник питания +VS только что подключен, конденсатор C1 в исходном состоянии разряжен, и транзистор Q1 выключен. При этом резисторы R1 и R3 оказываются включенными последовательно и подтягивают затвор P-канального MOSFET Q2 к шине +VS, удерживая транзистор в закрытом состоянии. Сейчас схема находится в «деблокированном» состоянии, когда напряжение нагрузки VL на контакте OUT (+) равно нулю.

При кратковременном нажатии нормально разомкнутой кнопки затвор Q2 подключается к конденсатору C1, разряженному до 0 В, и MOSFET включается. Напряжение нагрузки на клемме OUT (+) немедленно увеличивается до +VS, через резистор R4 транзистор Q1 получает базовое смещение и открывается. Вследствие этого Q1 насыщается и через резистор R3 подключает затвор Q2 к земле, удерживая MOSFET открытым, когда контакты кнопки разомкнуты. Теперь схема находится в «зафиксированном» состоянии, когда оба транзистора открыты, нагрузка получает питание, а конденсатор C1 заряжается до напряжения +VS через резистор R2.

После повторного кратковременного замыкания переключателя напряжение на конденсаторе C1 (теперь равное +VS) окажется приложенным к затвору Q2. Поскольку напряжение затвор-исток Q2 теперь близко к нулю, MOSFET выключается, и напряжение нагрузки падает до нуля. Напряжение база-эмиттер Q1 также опускается до нуля, закрывая транзистор. В результате при отпущенной кнопке ничто не удерживает Q2 в открытом состоянии, и схема возвращается в «деблокированное» состояние, когда оба транзистора выключены, нагрузка обесточена, а C1 разряжается через резистор R2.

Шунтирующий выходные зажимы резистор R5 устанавливать необязательно. При отпущенной кнопке конденсатор C1 разряжается на нагрузку через резистор R2. Если импеданс нагрузки очень велик (то есть, соизмерим с величиной R2), или нагрузка содержит активные устройства, такие, скажем, как светодиоды, напряжение нагрузки во время выключения Q2 может оказаться достаточно большим, чтобы через резистор R4 открыть транзистор Q1 и не позволить схеме выключиться. Резистор R5 при выключении Q2 подтягивает клемму OUT (+) к шине 0 В, обеспечивая быстрое выключение Q1 и давая схеме возможность надлежащим образом перейти в закрытое состояние.

Читайте также:  Ваз 2110 выключатель рециркуляции для чего он нужен

При правильном выборе транзисторов схема будет работать в широком диапазоне напряжений и может использоваться для управления такими нагрузками, как реле, соленоиды, светодиоды и т. д. Однако не забывайте, что некоторые работающие на постоянном токе вентиляторы и моторы продолжают вращаться и после выключения питания. Это вращение может создавать противоЭДС, достаточно большую, чтобы открыть транзистор Q1 и не позволить схеме выключиться. Решение проблемы показано на Рисунке 1б, где последовательно с выходом включен блокировочный диод. В этом случае также можно добавить в схему в резистор R5.

На Рисунке 2 изображена еще одна схема, предназначенная для нагрузок, подключенных к верхней шине питания, таких, например, как показанное в этом примере электромагнитное реле.

Обратите внимание, что Q1 был заменен p-n-p транзистором, а на месте Q2 теперь находится N-канальный MOSFET. Эта схема работает точно так же, как схема описанная выше. Здесь R5 выполняет функцию подтягивающего резистора, соединяющего выходной контакт OUT (-) с шиной +VS, когда транзистор Q2 выключается, и обеспечивающего быстрое закрывание Q1. Как и в предыдущей схеме, резистор R5 является необязательным компонентом, и устанавливается только при некоторых типах нагрузки, упомянутых выше.

Заметим, что в обеих схемах постоянная времени C1, R2 выбирается исходя из требуемого подавления дребезга контактов. Обычно нормальной считается величина от 0.25 с до 0.5 с. Меньшие постоянные времени могут привести к неустойчивой работе схемы, в то время как бóльшие увеличивают время ожидания между замыканиями контактов кнопки, за которое должен произойти достаточно полный заряд и разряд конденсатора C1. При указанных на схеме значениях C1 = 330 нФ и R2 = 1 МОм номинальная величина постоянной времени равна 0.33 с. Обычно этого бывает достаточно, чтобы устранить дребезг контактов и переключить нагрузку за время порядка пары секунд.

Рисунок 2. Схема, видоизмененная для нагрузки, подключенной к
положительной шине питания.

Обе схемы предназначены для фиксации и отпускания ключа в ответ на кратковременные замыкания контактов. Однако каждая из них проектировалась таким образом, чтобы гарантировать правильную работу даже при сколь угодно длительном нажатии кнопки. Рассмотрим схему на Рисунке 2, когда транзистор Q2 закрыт. Если кнопка нажимается для выключения схемы, затвор подключается к потенциалу 0 В (поскольку конденсатор C1 разряжен), и MOSFET закрывается, давая возможность общей точке резисторов R1 и R2 подключиться к шине +VS через резистор R5 и импеданс нагрузки. Одновременно Q1 также выключается, в результате чего затвор Q2 оказывается соединенным с шиной GND через резисторы R3 и R4. Если кнопку сразу же отпустить, C1 просто зарядится через резистор R2 до напряжения +VS. Однако если оставить кнопку замкнутой, напряжение затвора Q2 будет определяться потенциалом делителя, образованного резисторами R2 и R3+R4. Считая, что при разблокированной схеме напряжение на контакте OUT (-) приблизительно равно +VS, для напряжения затвор-исток транзистора Q2 можно записать следующее выражение:

Даже если напряжение +VS будет равно 30 В, результирующего напряжения 0.6 В между затвором и истоком не хватит, чтобы открыть MOSFET вновь. Следовательно, при разомкнутых контактах кнопки оба транзистора будут оставаться выключенными.

Схема на Рисунке 2 фиксируется в открытом состоянии кратковременным замыканием контактов кнопки, когда конденсатор C1 заряжен до напряжения +VS, в результате чего Q2 быстро открывается и потенциал клеммы OUT (-) падает до нуля, а вслед за ним быстро включается Q1. Нажатие кнопки после размыкания контактов позволило бы конденсатору C1 разрядиться до нуля через резистор R2. Однако если кнопка останется нажатой, напряжение на затворе Q2 будет определяться потенциалом, задаваемым делителем R2 и R3. Поскольку Q1 открыт и насыщен, напряжение в точке соединения R3 и R4 на коллекторе Q1 будет близко к +VS, а общая точка резисторов R1 и R2 через транзистор Q2 будет подключена к шине GND. Поэтому при удержании кнопки в замкнутом состоянии напряжение затвор-исток транзистора Q2 равно

Следовательно, если напряжение питания равно, по крайней мере, пороговому напряжению затвор-исток Q2, оба транзистора Q2 и Q1 будут включены до тех пор, пока контакты кнопки остаются разомкнутыми.

Обе схемы служат примерами недорого способа фиксации питания нагрузки с помощью нефиксируемой кнопки. Как и у механического переключателя, мощность, рассеиваемая схемами при отключенной нагрузке, равна нулю.

Ссылки

  1. Smith, Anthony H., «Latching power switch uses momentary-action pushbutton», EDN, October 28, 2004.
  2. Schelle, Donald, «Electronic circuit replaces mechanical push-push switch», EDN, September 28, 2006.
  3. Bhandarkar, Santosh, «Single-IC-based electronic circuit replaces mechanical switch», EDN, March 15, 2007.

Перевод: AlexAAN по заказу РадиоЛоцман

Источник