Схемы самоблокировки питания для микроконтроллеров

«Научиться управлять самим собой» — это качество мечтает воспитать в себе каждый человек. Правда, далеко не у всех мечты совпадают с реальностью, отсюда стрессы, отрицательные эмоции, плохое настроение. Мудр тот, кто в сложной обстановке контролирует свои поступки, к чему надо стремиться и всем остальным.

МК, подобно человеку, тоже умеет управлять самим собой, точнее, процессом коммутации собственного напряжения питания. Эта функция полезна в следующих случаях:

• для устройств, которые питаются от батарей/аккумуляторов;
• для входа и выхода из «спящего» режима;
• для организации дистанционного включения/выключения питания;
• для минимизации потребляемой мощности;
• для автоматического отключения аппаратуры без участия человека.

В большинстве случаев для активизации МК можно обойтись одним тумблером питания. А как быть, если по дизайну конструкции лучше смотрится миниатюрный переключатель, не допускающий протекания большого тока, или нажимная (сенсорная) кнопка без фиксации контактов? На помощь придут схемы, изображённые на Рис. 4.6, а...т.

Рис. 4.6. Схемы включения/выключения питания с использованием МК (начало):

а) после нажатия кнопки SB1 напряжение +5 В подаётся на МК, который через выходную линию открывает ключ на транзисторе VT1 и включает реле К1. Контакты реле К1.1 закорачивают кнопку SBI, которую теперь можно отпустить. Выключение питания производится НИЗКИМ уровнем на выходе МК или переводом линии в режим входа без «pull-up» резистора. Резистор R2 не даёт открываться транзистору VT1 при начальном сбросе МК. Кнопка должна быть рассчитана на большой импульсный ток, равный полной нагрузке МК и подключённых к нему цепей. Транзистор VT1 выбирается в зависимости от мощности реле К1

б) после нажатия кнопки SB1 напряжение +5 В подаётся на узлы устройства и на МК, который через выходную линию открывает транзистор VT1. Контакты кнопки шунтируются открытым переходом «коллектор — эмиттер» и её теперь можно отпустить. Выключение питания производится ВЫСОКИМ уровнем на выходе МКили переводом линии в режим входа без «pull-up» резистора. Резистор R1 удерживает транзистор VT1 в закрытом состоянии при снятии питания. Кнопка SB1 должна быть рассчитана на большой импульсный ток, равный полной нагрузке М К и всего устройства в целом;

Рис. 4.6. Схемы включения/выключения питания с использованием МК (продолжение):

в) аналогично Рис. 4.6, б, но с двумя ключевыми транзисторами. Это имеет смысл при повышенной мощности в нагрузке транзистора VT2, когда для его перевода в открытое состояние требуется большой базовый ток, который определяется резистором R3;

г) схема Д. Мэниера. После нажатия кнопки SB1 открываются транзисторы VTI, VT2, напряжение+5 В поступаете МК, который выставляет на выходной линии порта ВЫСОКИЙ уровень. Кнопку SBI теперь можно отпустить, поскольку ток в базу транзистора VT1 подаётся через резистор R5. Выключение питания производится НИЗКИМ уровнем на выходе МК или переводом линии в режим входа без «pull-up» резистора. Достоинство схемы — кнопка SB1 может быть маломощная, рассчитанная на ток меньше 1 йА;

д) аналогично Рис. 4.6, г, но с интегральным стабилизатором DA1, с другими номиналами резисторов и с подключением кнопки SB1 к общему проводу. Вместо DAI можно использовать любой другой стабилизатор, рассчитанный на выходное напряжение +3...+5 В;

е) ключом, коммутирующим питание, является полевой транзистор VT1. Из-за этого снижается падение напряжения между входом и выходом и повышается экономичность. Умножитель напряжения собран на элементах VDI, VD2, С2, СЗ. Он формирует повышенное напряжение для отпирания транзистора VT1. Источником импульсов для умножителя служит внешний тактовый RC-генератор МК, собранный на элементах R1,C1 и имеющий отдельный выход ХТ2;

Рис. 4.6. Схемы включения/выключения питания с использованием МК (продолжение):

ж) аналогично Рис. 4.6, б, но с полевым транзистором VT1 и с пониженным напряжением питания. Достоинство схемы — экономичность ввиду меньшего падения напряжения на транзисторе VT1

з) аналогично Рис. 4.6, б, но между транзистором VT1 и МК встроен импульсный умножитель напряжения, собранный на микросхеме DA1 фирмы Maxim/Dallas. Если отсоединить вывод 1 микросхемы DA1 от выводов 5, 8 и соединить его с выводом 6, то напряжение питания МК повысится с +3.3 до +5 В;

и) нажатие одной или нескольких кнопок SB1...SB3 приводит к подаче питания на М К через открытые диоды VDI... VD3. Далее М К выставляет НИЗКИЙ уровень на линии выхода, открывая транзисторы VTI, VT2 и блокируя действие кнопок. Теперь кнопки SB1...SB3 можно использовать по прямому назначению для управления тремя входами М К с «pull-up» резисторами (диоды VD1...VD3 закрыты). Выключение питания производится ВЫСОКИМ уровнем на выходе МК. Если при этом будет постоянно замкнута хотя бы одна из кнопок, то МК останется в рабочем состоянии, но без подачи тока во внешнюю «взвешенную» цепь 4.8 В;

к) после нажатия кнопки SB J открывается транзистор VT1 через элементы R2, VD1. Напряжение +5 В поступает в МК, который выставляет на своём выходе ВЫСОКИЙ уровень. Транзистор VT2открывается, после чего кнопку SB1 можно отпустить. В дальнейшем её используют как обычную управляющую, при этом вход МК замыкается с общим проводом через кнопку SBI и диод VD2. Выключение питания производится НИЗКИМ уровнем на выходе МК или переводом данной линии в режим входа без «pull-up» резистора;

Рис. 4.6. Схемы включения/выключения питания с использованием МК (продолжение): л) аналогично Рис. 4.6, г, но с интегральным стабилизатором напряжения DAI и с визуальным индикатором подачи питания на светодиоде HL1

м) транзистор VT2 открывается только в том случае, когда напряжение питания после кнопки SB1 будет больше, чем +4 В (определяется суммой порогового напряжения стабилитрона VD1 и напряжения между базой и эмиттером транзистора VT1)

н) аналогично Рис. 4.6, в, но на полевых транзисторах VTI, VT2 и с интегральным стабилизатором напряжения DA 1 (диапазон замены +3...+5 В). Резистор между выходом МК и затвором транзистора VT2 не нужен, поскольку полевой транзистор управляется напряжением, а не током. Резистор R2 поддерживает закрытое состояние транзистора VT2 при сбросе МК;

о) при замыкании контактов кнопки SB1 напряжение ВЫСОКОГО уровня подаётся через диод VD1 на вывод 4 линейного стабилизатора напряжения DA1 фирмы Maxim Integrated Products. На выходе стабилизатора появляется напряжение +5 В, которое поступает в МК. В управляющей программе сразу же формируется ВЫСОКИЙ выходной уровень, который открывает диод VD2. Теперь кнопку SB1 можно отпустить. Выключение питания производится НИЗКИМ уровнем на выходе МК или переводом его в режим входа без «pull-up» резистора;

Рис. 4.6. Схемы включения/выключения питания с использованием МК (окончание):

п) запараллеленные выходные линии МК(1) в режиме ВЫСОКОГО уровня являются источником питания для МК(2). Нагрузочная способность составляет несколько десятков миллиампер. Кнопка SB1 работает в триггерном режиме, т.е. каждое её нажатие приводит к установке ВЫСОКОГО/НИЗКОГО уровня одновременно на всех трёх выходах и, соответственно, к включению/выключению питания МК(2). «Дребезг» контактов кнопки SB1 устраняется программно. Резистор R1 защищает вход МК(1) от наводок при большой длине проводов до кнопки SBI. Число запараллеленных выходных линий М К( 1) может быть больше, чем три;

р) аналогично Рис. 4.6, о, но с другой микросхемой стабилизатора напряжения DAI (фирма Maxim Integrated Products) и с дополнительным входом МК, через который проверяется состояние кнопки SB1, например, для триггерного включения/выключения питания. Резистор R2 ограничивает ток, протекающий через внутренний диод МК. Это актуально в первый момент времени после нажатия кнопки SB1;

с) аналогично Рис. 4.6, к, но с другими типами транзисторов, с другими сопротивлениями резисторов, с диодами Шоттки VDI, VD2w с повышенным напряжением на входе. Для питания МК требуется отдельный стабилизатор напряжения, например, на микросхеме 78L05;

т) аналогично Рис. 4.6, к, но с одним диодом VD1 и с интегральным стабилизатором напряжения DAL Если нагрузка по мощности для микросхемы DA1 меньше, чем 0.5 Вт, то её лучше заменить микросхемой 78L05 или аналогичной с низким собственным потреблением тока.

Источник: Рюмик С.М. 1000 и одна микроконтроллерная схема.