CN103529723B - 一种零静态功耗防触发抖动定时开关电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种零静态功耗防触发抖动定时开关电路，主开关电路连接在供电输入和输出之间，其控制端与开关控制电路相连。定时控制反馈电路连接在主开关电路的输出端和开关控制电路的输入端之间。当外部触发信号使主开关导通时，电源经主开关电路输出，同时为负载和定时控制反馈电路提供电源，定时电路得电后开始计时并输出控制信号反馈到开关控制电路，使开关控制电路维持触发工作状态，触发开关的断开和抖动均不影响主开关电路的工作。在没有触发信号时，主开关电路和开关控制电路均处于断开状态，不消耗供电电能。本发明有效地解决了电池长时间供的电能量损耗、定时供电且要求开关输出稳定无抖动的难题。

Description

一种零静态功耗防触发抖动定时开关电路

技术领域

本发明涉及一种电池供电或有限能量供电测试设备中的电路，特别是一种零静态功耗防触发抖动定时开关电路。

背景技术

在一些利用电池或超级电容供电的精确测试系统中，有时需要采用触发开关启动短暂定时供电。由于机械式开关弹簧固有的振动，使得输出电压存在一段时间的抖动，导致系统的供电电源或触发驱动信号产生相应的抖动。对于精确测量系统，这种抖动会使测试结果误差增大。同时，如果触发开关电路自身存在一定的静态功耗，则由于电池或电容储存的能量有限，在长时间的静态等待工作状态下，电池或电容储存的能量就会被开关电路消耗掉，不满足测试系统长期正常工作。

现有的开关电路有的不具有防触发抖动功能，有的存在一定的静态功耗，有的虽具备零静态功耗，但没有定时关断功能，不能满足上述精确测试系统的使用要求。本发明针对上述要求，设计一种零静态功耗防触发抖动定时开关电路。

发明内容

本发明的目的是针对现有开关电路在防抖动功能、触发后定时断电功能、零静态功耗某方面的缺失，使得开关电路无法适应一些特殊供电要求的测试设备使用的难题，研制出一种具有防触发抖动、零静态功耗、定时关断且触发电压与开关电压可以灵活配置的开关电路。

实现本发明目的技术解决方案是：

一种零静态功耗防触发抖动定时开关电路，其特征是，由主开关电路、开关控制电路、定时控制反馈电路组成；

主开关电路根据开关控制电路输出的控制信号实现供电输入端与输出端之间的开关连接；

开关控制电路接收外部触发信号和定时控制反馈电路反馈的信号，为主开关电路输送控制信号；

当外部触发信号输送高电平信号到开关控制电路触发输入端后，开关控制电路中的开关管被触发导通，将主开关电路的控制端电位拉低，主开关电路导通，为负载输送电源，同时为定时控制反馈电路提供工作电源；定时控制反馈电路开始计时，并输出一高电平信号反馈到开关控制电路的输入端，使开关控制电路维持触发导通状态；

当定时控制反馈电路定时时间到后，定时控制反馈电路输出低电平信号，反馈到开关控制电路的输入端，开关控制电路中的开关管关断，主开关电路的控制端恢复到高电平状态，主开关电路关断。

主开关电路中包括第一三极管；第一三极管的发射极和集电极连接在电源输入端和电源输出端之间；第一三极管的基极通过一第四电阻与开关控制电路中的开关管相连，由开关控制电路中的开关管作为控制该第一三极管通断的控制端。

主开关电路中包括的第一三极管为PNP型三极管，PNP型三极管发射极引出作为电源输入端，PNP型三极管的集电极引出作为电源输出端。

触发信号TRIGGER由隔离二极管引入，然后经偏置电阻分压后接入到开关控制电路中的开关管的基极；定时控制反馈电路输出的反馈信号同时经偏置电阻分压后接入到开关控制电路中的开关管的基极。

开关控制电路中的第二开关管为NPN型三极管，控制端与该NPN型三极管的集电极相连；触发信号TRIGGER输入到隔离二极管的阳极，隔离二极管的阴极与偏置电阻连接。

定时控制反馈电路中包括比较器N1、第二二极管、第三二极管和一由第六电阻和电容构成的RC电路；

第三二极管的阴极和第六电阻的一端与电源输出端相连，第三二极管的阳极和第六电阻的另一端与比较器的反向输入端相连，比较器的反向输入端同时经电容接地；比较器的正向输入端与参考电源输出端相连，比较器的输出端与第二二极管的阳极相连，第二二极管的阴极与开关控制电路中的隔离二极管的阴极相连。

主开关电路实现供电输入与输出之间的开关连接，开关控制电路接收外部触发信号和定时控制反馈电路信号的输入，并根据这些信号的特征为主开关电路输送控制信号。当无外部信号触发时，整个开关电路全部断开，没有工作电流，不消耗电源的电能，因此无静态功耗；当外部机械开关或其它控制电路输送高电平信号到开关控制电路触发端后，开关控制电路中的开关管被触发导通，将主开关电路的控制端电位拉低，主开关电路随即导通，为负载输送电源，同时为定时控制反馈电路输送工作电源，定时控制反馈电路开始计时，并同时输出一高电平信号反馈到开关控制电路，使开关控制电路维持触发导通状态。在这个过程中，外部机械开关若有抖动或输入控制信号有异常，将不会影响开关控制电路的触发工作状态，主开关也将维持导通状态，因此可以起到防触发抖动功能。当定时控制反馈电路达到定时时间后，定时控制反馈电路输出低电平信号，开关控制电路随即关断，主开关的控制端由偏置电阻提供电流，恢复到高电平状态，主开关关断，从而实现了定时关断功能。

本发明与现有技术相比，其有益效果为：

对于采用机械开关触发，且对输出电源抖动有较高要求的，采用本发明的开关电路可以有效消除开关抖动，使输出电压达到类似阶跃响应的信号，不会因机械开关触点抖动而产生波动；其二，具有零静态功耗特性，可以采用电池或超级电容长时间供电，不用担心开关电路在长时间静止状态消耗电能；其三，本发明开关电路具有定时供电功能，触发后开始供电，到达预定时间后关断，非常适合一些能量供应有限，触发就工作，完成任务后自动关断的测量设备或系统中。另外，本开关电路结构简单，元件少，便于小型化混合集成。

附图说明

图1是本发明一种零静态功耗防触发抖动定时开关电路的原理框图；

图2是本发明一种零静态功耗防触发抖动定时开关电路中的主开关电路图；

图3是本发明一种零静态功耗防触发抖动定时开关电路中开关控制电路的电路图；

图4是本发明一种零静态功耗防触发抖动定时开关电路定时控制反馈电路的电路图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细的描述：

结合图1，本发明一种零静态功耗防触发抖动定时开关电路由主开关电路1、开关控制电路2和定时控制反馈电路3组成。主开关电路1实现供电输入端POWER与输出端OUT之间的开关连接；开关控制电路2接收外部触发信号TRIGGER和定时控制反馈电路3信号的输入，并根据这些信号的特征为主开关电路1输送控制信号。当无外部信号触发时，整个开关电路没有工作电流，不消耗电源电能，因此无静态功耗；当外部机械开关或其它控制电路输送高电平信号到开关控制电路2触发输入端后，开关控制电路2中的开关管被触发导通，将主开关电路1的控制端电位拉低，主开关电路1随即导通，为负载输送电源，同时为定时控制反馈电路3提供工作电源，定时控制反馈电路3开始计时，并输出一高电平信号反馈到开关控制电路2的输入端，使开关控制电路2维持触发导通状态。在这个过程中，外部机械开关若有抖动或输入控制信号有异常，将不会影响开关控制电路2的触发工作状态，主开关电路1也将维持导通状态，因此可以起到防触发抖动功能；当定时控制反馈电路3定时时间到后，定时控制反馈电路3输出低电平信号，反馈到开关控制电路2的输入端，开关控制电路2随即关断，主开关电路1的控制端由偏置电阻提供电流，恢复到高电平状态，主开关电路1关断，从而实现了定时关断功能。另外，开关控制电路2的触发输入端和定时控制反馈电路3的输出端均串接隔离二极管，使触发信号与输出信号之间相互隔离，互不影响，因此触发信号和工作电压之间无须匹配，只需满足触发控制开关电路即可。

结合图2，说明主开关电路1。主开关电路1中包括PNP型三极管V2、电阻R3、R4。三极管V2的发射极和基极之间连接电阻R3，三极管V2的基极同时与电阻R4的一端相连，电阻R4的另一端作为控制端CONTROL与图3开关控制电路2中的三极管V3的集电极相连，三极管V2发射极引出作为电源输入端POWER，三极管V2的集电极引出作为电源输出端OUT。

结合图3，说明开关控制电路2。开关控制电路2中包括NPN型三极管V3、电阻R1、R2、电容C2、隔离二极管V1。触发信号TRIGGER由隔离二极管V1引入，然后经电阻R1、R2分压后接入到NPN型三极管V3的基极，三极管V3的发射极接地GND，集电极A与图2主开关电路1中的电阻R4一端相连，电容C2一端与隔离二极管V1的阴极相连，另一端接地GND。

结合图4，说明定时控制反馈电路3。定时控制反馈电路3中包括比较器N1、二极管V4、V5、电阻R6和电容C1。二极管V5的阴极和电阻R6的一端连接到电源输出端OUT，同时与比较器N1的6脚相连，二极管V5的阳极、电阻R6的另一端与比较器N1的反向输入端4脚相连，比较器N1的反向输入端4脚同时还与电容C1的一端相连，电容C1的另一端接地GND，比较器N1的正向输入端3脚与参考电源输出端5脚相连，比较器N1的GND端2脚接地，比较器N1的输出端1脚与二极管V4的阳极相连，二极管V4的阴极FB与图3中隔离二极管V1的阴极B相连，二极管V4起着单向导通作用，可以防止触发信号TRIGGER倒灌到比较器N1的输出端，损坏比较器N1，隔离二极管V1同样起着单向导通作用，可以防止比较器N1输出信号灌入外部触发源，损坏外部器件。

当无外部信号触发时，整个开关电路全部断开，没有工作电流，不消耗电源的电能，因此无静态功耗；当外部机械开关或其它控制电路输送高电平信号到开关控制电路2触发端TRIGGER后，开关控制电路2中的三极管V3被触发导通，将主开关电路1的控制端CONTROL电位拉低，主开关电路1随即导通，为负载输送电源，同时为定时控制反馈电路3输送工作电源，定时控制反馈电路3开始计时，并同时输出一高电平信号反馈到开关控制电路2，使开关控制电路2维持触发导通状态。在这个过程中，外部机械开关若有抖动或输入控制信号有异常，将不会影响开关控制电路2的触发工作状态，主开关电路1也将维持导通状态，因此可以起到防触发抖动功能。当定时控制反馈电路3达到定时时间后，定时控制反馈电路3二极管V4的阴极FB输出低电平信号，开关控制电路2中的三极管V3随即关断，主开关电路1的控制端CONTROL由偏置电阻提供电流，恢复到高电平状态，主开关电路1关断，从而实现了定时关断功能。

Claims (6)

1. 一种零静态功耗防触发抖动定时开关电路，其特征是，由主开关电路、开关控制电路、定时控制反馈电路组成；

主开关电路根据开关控制电路输出的控制信号实现供电输入端与输出端之间的开关连接；

开关控制电路接收外部触发信号和定时控制反馈电路反馈的信号，为主开关电路输送控制信号；

当外部触发信号输送高电平信号到开关控制电路触发输入端后，开关控制电路中的开关管被触发导通，将主开关电路的控制端电位拉低，主开关电路导通，为负载输送电源，同时为定时控制反馈电路提供工作电源；定时控制反馈电路开始计时，并输出一高电平信号反馈到开关控制电路的输入端，使开关控制电路维持触发导通状态；

当定时控制反馈电路定时时间到后，定时控制反馈电路输出低电平信号，反馈到开关控制电路的输入端，开关控制电路中的开关管关断，主开关电路的控制端恢复到高电平状态，主开关电路关断。

2.根据权利要求1所述的零静态功耗防触发抖动定时开关电路，其特征是，主开关电路中包括第一三极管；第一三极管的发射极和集电极连接在电源输入端和电源输出端之间；第一三极管的基极通过一第四电阻与开关控制电路中的开关管相连，由开关控制电路中的开关管作为控制该第一三极管通断的控制端。

3.根据权利要求2所述的零静态功耗防触发抖动定时开关电路，其特征是，主开关电路中包括的第一三极管为PNP型三极管，PNP型三极管发射极引出作为电源输入端，PNP型三极管的集电极引出作为电源输出端。

4.根据权利要求2所述的零静态功耗防触发抖动定时开关电路，其特征是，触发信号TRIGGER由隔离二极管引入，然后经偏置电阻分压后接入到开关控制电路中的开关管的基极；定时控制反馈电路输出的反馈信号同时经偏置电阻分压后接入到开关控制电路中的开关管的基极。

5.根据权利要求4所述的零静态功耗防触发抖动定时开关电路，其特征是，开关控制电路中的第二开关管为NPN型三极管，所述主开关电路的控制端与该NPN型三极管的集电极相连；触发信号TRIGGER输入到隔离二极管的阳极，隔离二极管的阴极与偏置电阻连接。

6.根据权利要求4所述的零静态功耗防触发抖动定时开关电路，其特征是，定时控制反馈电路中包括比较器N1、第二二极管、第三二极管和一由第六电阻和电容构成的RC电路；

第三二极管的阴极和第六电阻的一端与电源输出端相连，第三二极管的阳极和第六电阻的另一端与比较器的反向输入端相连，比较器的反向输入端同时经电容接地；比较器的正向输入端与参考电源输出端相连，比较器的输出端与第二二极管的阳极相连，第二二极管的阴极与开关控制电路中的隔离二极管的阴极相连。