Circuiti di ritenuta soft

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L‘uso di un singolo pulsante tattile per commutare alternativamente un circuito su ON e OFF richiede un circuito contenente un fermo logico bistabile. Un tale latch può essere implementato usando un flop flop D o usando un feedback positivo attorno a due amplificatori o porte logiche invertenti. Ad esempio, un interruttore ON-OFF di blocco di base può essere implementato utilizzando una doppia porta NAND, utilizzando questo circuito:

Fig. 1 Chiusura a porte NAND con pressione momentanea del pulsante

Una breve pressione del pulsante attiva o disattiva lo stato di uscita di questo dispositivo di chiusura del NAND. È possibile utilizzare qualsiasi gate CMOS NAND, compresi i gate trigger Schmitt. In effetti, qualsiasi dispositivo di inversione può essere utilizzato con lievi modifiche al circuito: un inverter, inverter a collettore aperto, porte NAND o NOR, transistor, FET o MOSFET.

Quando viene applicata l’alimentazione per la prima volta, il condensatore all’ingresso della prima porta garantisce che l’uscita del latch, Switched Power, sia inizialmente bassa. Successivamente, la pressione del pulsante fa commutare l’uscita in alto e in basso.

Per trasformare il latch in un interruttore di alimentazione, l’uscita del NAND può essere utilizzata per controllare un interruttore high-side P-MOSFET, come mostrato qui:

Fig. 2 NAND per controllare un interruttore a MOSFET

Inconveniente di tale circuito è che consuma una piccola corrente anche in stato di OFF. Cosa che non accade col circuito seguente che utilizza i due MOSFET contenuti nel DMC2308 o un suo equivalente

Fig. 3 Implementazione MOSFET del precedente circuito con NAND

Questo circuito utilizza solo un singolo dispositivo attivo, il doppio MOSFET a montaggio superficiale, ma attiva e disattiva correnti fino a 4,5 Amp.Il carico può essere praticamente qualsiasi dispositivo elettrico, dalle luci a LED ad alta potenza all’alimentazione della stragrande maggioranza dei circuiti.

Non fornisco un possibile stampato per la sua ovvia semplicità e perchè sicuamente esso sarà una parte di un circuito ben più complesso.

Gestire carichi capacitivi

Posizionare l’interruttore MOSFET lato alto all’interno del percorso di feedback per il latch introduce un potenziale malfunzionamento se l’uscita pilota carichi capacitivi a decadimento lento, come potrebbe accadere negli interruttori del bus di potenza. Se l’interruttore applica l’alimentazione a un alimentatore con condensatori di ingresso di grandi dimensioni e il carico non assorbe abbastanza corrente per consentire a tali condensatori di scaricarsi rapidamente, la pressione del pulsante transitorio potrebbe non spegnere l’interruttore in modo affidabile. Invece, dopo che l’interruttore del lato alto si spegne, la tensione sostenuta alla sua uscita, sostenuta dai grandi condensatori, mantiene il MOSFET inferiore acceso, che a sua volta attiva l’interruttore del lato alto dopo il rilascio del pulsante.Un modo per prevenire tale modalità di guasto è posizionare un diodo Schottky in serie con il carico, come mostrato in questo schema circuitale:

Fig. 4

Pressione ON – Lunga pressione per OFF

Per il controllo di prodotti intelligenti contenenti microcontrollori, spesso si desidera assicurarsi che l’alimentazione non venga inavvertitamente rimossa. Di conseguenza, si desidera un interruttore di alimentazione che può essere acceso premendo brevemente un pulsante, ma richiede una pressione più lunga e deliberata del pulsante per disattivarlo. Ciò impedisce di eliminare accidentalmente la potenza se l’interruttore tattile viene toccato involontariamente.

Quanto segue mostra un latch gate NAND che implementa l’azione desiderata:

Fig. 5 pressione breve ON lunga-OFF

Quando viene applicata l’alimentazione per la prima volta, l’uscita viene mantenuta bassa per 3 secondi, durante i quali il pulsante non ha alcun effetto. Successivamente, una pressione momentanea blocca l’uscita in alto e una pressione prolungata superiore a 3 secondi blocca nuovamente l’uscita in basso. È possibile utilizzare l’uscita per accendere e spegnere una varietà di dispositivi, inclusi interruttori MOSFET hight o low-side. L’uscita dell’altra porta NAND può essere utilizzata se è necessario un livello logico invertito.

Lo schema seguente mostra un circuito molto utile per controllare un interruttore lato alto (un P-MOSFET) in modo simile. Il circuito utilizza solo un componente attivo, un doppio MOSFET, che fornisce la logica di blocco e funge da interruttore / relè di alimentazione lato alto. Una pressione momentanea del pulsante fa sì che il circuito si blocchi, fornendo energia al carico, e viene nuovamente spento da una pressione più lunga del pulsante. Può fornire potenza da 5 a 18 volt fino a 3 ampere.

Fig. 6

Nello stato OFF iniziale, questo circuito non consuma energia – l’unica corrente assorbita sono le correnti di dispersione inversa del diodo e dei MOSFET. Anche nello stato ON il circuito assorbe pochissima corrente di polarizzazione per mantenere il suo stato bloccato – solo il transistor di serie dissipa una certa potenza mentre passa la corrente al carico. E quella potenza è minima; il P-MOSFET ha una resistenza ON di soli 74 milli-Ω.

Quando si trova nello stato OFF, premendo momentaneamente il pulsante tattile si accende l’alimentazione commutata e si blocca su ON, fornendo energia all’uscita. Mentre è acceso, tenendo premuto il pulsante per più di 3 secondi, l’interruttore di alimentazione viene nuovamente spento e rimane spento fino alla successiva pressione momentanea del pulsante. Affinché si spenga in modo affidabile su OFF, il carico dovrebbe assorbire corrente sufficiente in modo che eventuali condensatori a valle si scarichino entro pochi secondi, consentendo il decadimento del gate drive dell’N-MOSFET.

L’RDS-ON del P-MOSFET utilizzato come interruttore high-side è solo 0,074 ohm, quindi il suo contenitore a montaggio superficiale non riscalda molto, anche a correnti di 3 amp. La tensione di ingresso è limitata dalla tensione massima gate-source, VGS, dei MOSFET, che è di 20V, quindi consiglio una tensione di ingresso massima di 18 V, che consenta un margine di sicurezza di 2 V.

Il condensatore da 10μF dovrebbe essere una varietà a bassa perdita – un condensatore ceramico funziona bene.

Il funzionamento del circuito è il seguente: Quando viene applicata l’alimentazione per la prima volta, la tensione del gate della sorgente del P-FET rimane zero, mantenendo l’interruttore del lato alto su OFF, oppure il gate viene mantenuto basso quando la sorgente aumenta, accendendo il MOSFET, a seconda sulla posizione del jumper Auto-ON . Quando il MOSFET è spento, un tocco momentaneo del pulsante ON / OFF abbassa il gate per decine di millisecondi, ruotando completamente sul MOSFET lato alto. L’aumento della tensione di uscita viene trasmesso al gate dell’N-MOSFET attraverso il condensatore e le resistenze da 10 μF, accendendolo. Con il FET lato basso ON, il gate del FET lato alto viene abbassato, mantenendolo acceso. Di conseguenza, l’alimentazione si blocca anche dopo aver rilasciato il pulsante. Solo pochi volt di VGS sono sufficienti per mantenere i MOSFET completamente accesi.

Successivamente, un lungo tocco di pulsante disattiva il circuito. Premendo e tenendo premuto il pulsante si abbassa il gate del MOSFET lato basso dopo alcuni secondi di ritardo determinati dalla scarica del condensatore da 10 μF attraverso la resistenza da 270 kΩ. Il MOSFET lato basso si spegne, consentendo al gate del MOSFET lato alto di raggiungere la tensione di sorgente, spegnendolo anch’esso. Fintanto che la tensione di carico scende entro circa un secondo (ovvero, non è sostenuta da alcun condensatore di uscita veramente grande), l’alimentazione si blocca su OFF fino alla successiva pressione momentanea del pulsante ON / OFF.

Il condensatore di retroazione consente il funzionamento anche con carichi capacitivi moderati (in lento decadimento della tensione di uscita). L’utente tiene premuto il pulsante fino a notare che l’alimentazione è disattivata. In quel momento il carico sta decadendo e il -dV / dt della tensione di uscita viene trasmesso dal condensatore di feedback al gate dell’N-MOSFET, tenendolo spento anche quando la tensione di uscita è ancora al di sopra della tensione di accensione del MOSFET.

È possibile controllare il comportamento all’avvio del circuito in modo che si accenda automaticamente alla prima accensione o rimanga spento. Nel circuito seguente, se il jumper Auto-ON collega il condensatore 0,1μF a terra (o se è collegato in modo permanente in quel modo), il circuito si accende se l’alimentazione viene applicata all’improvviso al suo ingresso. Nell’altra posizione (o se il condensatore 0.1μF è collegato in modo permanente alla barra di alimentazione in ingresso), il circuito rimane nello stato OFF quando viene applicata l’alimentazione.

Sperando di essere stato utile mi congedo augurandovi i miei più sinceri AUGURI DI BUONE FESTE

Amilcare

VOTO
2 commenti
  1. Amilcare
    Amilcare dice:

    Essenzialmente verrà usato nella versione smd col doppio mosfet, il circuito potrebbe entrare tranquillamente dietro al pulsante stesso, ovviamente sulla faccia opposta del pcb. L’uso delle porte logiche è servito a semplificare la trattazione senza dover usare formule particolari. Se si comprende il circuito a logica poi quello a mosfet è una conseguenza facilmente assimilabile. Poi ognuno è libero di usare la sezione che desidera.

    Approvazioni
  2. Picmicro675
    Picmicro675 dice:

    Informazioni molto interessanti. Mi incuriosiva l’idea di un sensore touch, eventualmente bistabile, per un nuovo programma. Io nel caso delle NAND avrei optato per un flip-flop e usare tutte le 4 porte.

    Buone feste a tutti i partecipanti del forum.

    Approvazioni

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