轻触开关代替自锁开关方案

在电路设计中,开关可以说是非常非常关键的器件,我们用的最多的是自锁开关,按下开关即可开启设备,但是实际我们总是会出现这样的问题,就是自锁开关的寿命问题,当自锁开关使用上百次或上千次时,自锁开关通常会变得非常不靠谱,严重的无法开启设备,这就让我们想到了能否使用其他的方式来替代自锁开关。既然自锁开关就是可以长期导通,而按键开关却只有在按键按下时导通,想想我们的手机开机过程,我们会长按一个开机按键,然后手机就开机的,这个其实也是的,我们不需要开机后持续按住,只是开机后就可以放开按键,因此我们想到用到锁存器来解决这个问题,确实,用锁存器是一种非常不错的解决方案,但是我们需要一个锁存器,在很多情况下锁存器没有专用的芯片,这个当然可以用寄存器代替使用,但是这个将会造成成本上升,所以我们可以想到还有一种方法就是直接用晶体管代替。

晶体管有三极管,NMOS管,PMOS管,这些管子理论上都可以来锁住状态使其长期处于导通状态,但是实际上,三极管的管功耗大,而且是电流控制型器件,管压降也大,因此我们放弃采用三极管,对于NMOS管和PMOS管,其实都是可以实现的,但是我们选择NMOS管,原因有两点:1. NMOS管比PMOS管的价格低很多 2.NMOS管的导通电阻比PMOS管小很多 因此我们完全有理由选择NMOS管而非PMOS管。

NMOS管价格较低,导通电阻较小的有两个 : SI2302   AO3400 这这两种管子在Vgs=2.5V时都只有几十毫欧,这是非常不错的。

先上电路图(采用SI2302):(必须下端接入即源极接地)

说明:

此电路只针对3.3V电源而言,若电源电压不是3.3V,则应该调整R1和R2的阻值大小,具体可以大致计算,不过最好是用器件实验下。

注意:按键按下必须保持一段时间,为什么这样有两个原因,第一:单片机必须开始执行程序来拉高GPIO,第二:MOS管存在开关损失。

 但是对于小电流而言,有很多现有的方案可共选择:

芯片 最大电流
RT9193 300mA
RT9013  500mA 
SY8088 1A
SY8089 2A
RS3236 500mA

这里以RT9013为例:

下面是引自某博客https://blog.csdn.net/wwwlyj123321/article/details/79225872

  MOS管应用电压的极性和我们普通的晶体三极管相同,N沟道的类似NPN晶体三极管,漏极D接正极,源极S接负极,栅极G正电压时导电沟道建立,N沟道MOS管开始工作,同样P道的类似PNP晶体三极管,漏极D接负极,源极S接正极,栅极G负电压时,导电沟道建立,P沟道MOS管开始工作。

1.导通特性 

NMOS的特性,Vgs大于一定的值就会导通,适合用于源极接地时的情况(低端驱动),只要栅极电压达到4V或10V就可以了。   
PMOS的特性,Vgs小于一定的值就会导通,适合用于源极接VCC时的情况(高端驱动)。但是,虽然PMOS可以很方便地用作高端驱动,但由于导通电阻大,价格贵,替换种类少等原因,在高端驱动中,通常还是使用NMOS。

2.MOS开关管损失 
  不管是NMOS还是PMOS,导通后都有导通电阻存在,这样电流就会在这个电阻上消耗能量,这部分消耗的能量叫做导通损耗。选择导通电阻小的MOS管会减小导通损耗。现在的小功率MOS管导通电阻一般在几十毫欧左右,几毫欧的也有。   

MOS在导通和截止的时候,一定不是在瞬间完成的。MOS两端的电压有一个下降的过程,流过的电流有一个上升的过程,在这段时间内,MOS管的损失是电压和电流的乘积,叫做开关损失。通常开关损失比导通损失大得多,而且开关频率越高,损失也越大。 
  导通瞬间电压和电流的乘积很大,造成的损失也就很大。缩短开关时间,可以减小每次导通时的损失;降低开关频率,可以减小单位时间内的开关次数。这两种办法都可以减小开关损失。
3.MOS管驱动 
  跟双极性晶体管相比,一般认为使MOS管导通不需要电流,只要GS电压高于一定的值,就可以了。这个很容易做到,但是,我们还需要速度。 
  在MOS管的结构中可以看到,在GS,GD之间存在寄生电容,而MOS管的驱动,实际上就是对电容的充放电。如果有兴趣,可以在mos的G级串一个电流表,看电流的变化。对电容的充电需要一个电流,因为对电容充电瞬间可以把电容看成短路,所以瞬间电流会比较大。选择/设计MOS管驱动时第一要注意的是可提供瞬间短路电流的大小。 
  第二注意的是,普遍用于高端驱动的NMOS,导通时需要是栅极电压大于源极电压。而高端驱动的MOS管导通时源极电压与漏极电压(VCC)相同,所以这时栅极电压要比VCC大4V或10V。如果在同一个系统里,要得到比VCC大的电压,就要专门的升压电路了。很多马达驱动器都集成了电荷泵,要注意的是应该选择合适的外接电容,以得到足够的短路电流去驱动MOS管。

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风君子

独自遨游何稽首 揭天掀地慰生平

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