詳解一種簡易的自動開／關機電源電路設計與實現

引言

節電是各種電池供電設備所需考慮的首要因素。為防止用戶忘記關機，一些設備采用了自動關機電路。此外，許多設備中使用一個開/關按鍵控制開啟或關斷電源，即使微處理器(MPU)正在處理關鍵程序，按鍵按下時，系統也會關斷，造成重要數據的丟失。本文僅使用一個D觸發器設計了一種結構簡單，使用方便可靠的自動開/關機電路。

電路設計

實際設計的自動開/關機電路如圖1所示。其中U1A為雙D觸發器CD4013，外接電池電源由Vin輸入。Q輸出通過阻值為472W的R5、103W的 R4和NPN型三極管Q2反向驅動后，與開關電源芯片的開關引腳相連。以MAX1626為例，當SHDN為高時關閉電源，SHDN為低時打開系統電源。

復位式按鍵S1為系統電源開/關鍵。C1和R2組成RC網絡，使得在S1按下后，保證R有12×104×10-3=120ms的延遲時間處于高電平。 CD4013的D、CLK端接輸入電源地，保證其處于低電平。置位引腳R一端通過103W的電阻接電源地，另一端通過三極管Q3與MPU的I/O口相連。 S1的右端與阻值為103W的R1相連，控制Q1開通。Q1的集電極與地之間接通穩壓管，穩壓管的輸出與MPU的I/O口相連。

設計原理

開/關機電路的核心器件是一個D型觸發器，型號為CD4013。其真值表如表1所示。觀察其真值表可已看出，無論CLK為何種狀態，S為0時，輸出Q為 0;R為0時，輸出Q為1;而當R、S均為1時，輸出Q為1；當R和S均為0時，只要CLK不產生上升沿脈沖，輸出Q會保持前一輸出狀態。本電路正是利用 R、S均為零時的狀態保持特性來實現開/關機功能的。

表1

由于本電路處于開/關電源前端，在電池接入狀態下，無論系統電源是否打開，都處于工作狀態。CD4013的輸入電壓范圍為3~15V，因此本電路可以保證在寬電壓輸入范圍內穩定工作。

系統開機原理

當按下開機按鈕S1時，S與高電平接通，S=1。查閱真值表可得，當R=1，S=1時，輸出Q應穩定輸出1，經過三極管反向后，電源控制引腳SHDN為低電平，打開系統電源。通常MPU進行初始化時會將I/O引腳置為高電平，由于RC網絡的延遲作用，S1按下后可以保證S端約有120ms處于高電平(保證開機穩定條件：RC網絡的延遲時間>系統上電復位并將POWER_CTL狀態穩定為1的時間)。經過三極管Q3反向，此時S=1，R=0，Q端輸出 1，系統電源處于打開狀態。

MPU延遲后讀取STATE引腳的狀態。如果此時STATE為低電平，則確認Q1導通，S1曾按下，確認用戶開機程序正常運行。如果此時STATE為高電平，則表明Q1截止，開機信號為誤動作，程序執行關機程序。

當RC網絡的延遲時間過后，S端由1轉為0，此時S=0，R=0，查閱真值表得出此時輸出Q應該維持前一輸出狀態，即保持系統開通電源狀態。