一种双电源供电及断电时序控制装置和方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及水利水文、城乡防汛、公共设施安全、地质灾害等自动监测技术领域，特别是应用于上述领域且无可靠电源保障的野外数据采集终端设备(以下简称采集终端或采集终端设备)的正负双电源供电及断电时序控制装置和方法。
【背景技术】
[0002]正常情况下，正电源、负电源的接通与关断时序为:开通电源时，先控制接通正电源，等待正电源电压建立稳定后，再控制接通负电源；关断电源时，先关断负电源，等待负电源电压回落到安全范围内，再控制关断正电源。
[0003]—般地，采集终端通过内部MCU执行相关程序，按规定的时序控制P1端口电平来控制正、负电源的开通及关断时序。但在野外较恶劣电磁环境下(如雷电干扰等)，程序可能失控导致正负电源接通及关断时序错乱，使采集终端内CMOS器件电路产生栓锁效应导致电路无法正常工作，严重时会损坏采集终端设备。
【发明内容】
[0004]本发明针对现有技术通过程序控制双电源供电及切断，在野外较恶劣电磁环境下可能因程序失控导致CMOS器件栓锁甚至损坏采集终端设备的问题，提供一种双电源供电及断电时序控制装置，通过PMOS场效应管和NMOS场效应管等硬件电路控制正负电源接通时序及关断时序，该装置可以避免正、负电源供电及断电时序错误，保证设备正常工作。本发明还涉及一种双电源供电及断电时序控制方法。
[0005]本发明的技术方案如下:
[0006]一种双电源供电及断电时序控制装置，其特征在于，包括PMOS场效应管、NMOS场效应管、第一 NPN三极管、第二 NPN三极管、PNP三极管、第一电阻、第二电阻、第一电容、第二电容、第三电容和第四电容，
[0007]所述PMOS场效应管为正电源的控制主开关，PMOS场效应管的源极连接正电源，栅极连接第一 NPN三极管的集电极，漏极连接正电源输出；所述NMOS场效应管为负电源的控制主开关，NMOS场效应管的源极连接负电源，栅极连接PNP三极管的集电极，漏极连接负电源输出；所述第一 NPN三极管的基极连接电源开关控制信号线，发射极接地；所述PNP三极管的基极与第二 NPN三极管的集电极相连，PNP三极管的发射极同时连接第一电阻的一端和第二电阻的一端，所述第一电阻的另一端接地，所述第二电阻的另一端接正电源输出；所述第二 NPN三极管的基极连接电源开关控制信号线，发射极接地；
[0008]所述第一电容设置于PMOS场效应管的源极和栅极之间，所述第二电容设置于PMOS场效应管的栅极和漏极之间，所述第三电容设置于NMOS场效应管的源极和栅极之间，所述第四电容设置于NMOS场效应管的栅极和漏极之间。
[0009]所述的双电源供电及断电时序控制装置还包括第三电阻，所述第三电阻与第一电容并联设置于PMOS场效应管的源极和栅极之间。
[0010]所述的双电源供电及断电时序控制装置还包括第四电阻和第五电阻，所述第一NPN三极管的基极通过第四电阻连接电源开关控制信号线，所述第一 NPN三极管的基极还连接第五电阻的一端，所述第五电阻的另一端接地。
[0011]所述的双电源供电及断电时序控制装置还包括第六电阻和第七电阻，所述第一NPN三极管的发射极连接第六电阻后再接地，所述第一 NPN三极管的发射极还连接第七电阻的一端，所述第七电阻的另一端连接负电源输出。
[0012]所述的双电源供电及断电时序控制装置还包括第八电阻，所述第八电阻与第三电容并联于NMOS场效应管的源极和栅极之间。
[0013]所述的双电源供电及断电时序控制装置还包括第九电阻，所述第二 NPN三极管的基极通过第九电阻连接电源开关控制信号线。
[0014]一种双电源供电及断电时序控制方法，其特征在于，采用PMOS场效应管为正电源的控制主开关，利用第一 NPN三极管和第一组电容控制PMOS场效应管的栅极以及控制正电源的开通与断开；采用NMOS场效应管为负电源的控制主开关，利用PNP三极管和第二组电容控制NMOS场效应管的栅极以及控制负电源开通与断开，在电源开关控制信号与PNP三极管之间采用第二 NPN三极管；
[0015]开通供电时，电源开关控制信号使第一 NPN三极管导通并向第一组电容充电以增大PMOS场效应管的源一栅电压使PMOS场效应管导通，从而建立正电源输出电压；电源开关控制信号同时控制第二 NPN三极管导通，在建立的正电源电压达到开启负电源阈值时，PNP三极管导通并向第二组电容充电以增大NMOS场效应管的源一栅电压使NMOS场效应管导通，从而建立负电源输出电压；
[0016]关断供电时，电源开关控制信号使第二 NPN三极管截止进而PNP三极管截止，第二组电容组放电以降低NMOS场效应管的源一栅电压使NMOS场效应管关断，负电源输出电压逐渐回升至零；电源开关控制信号同时控制第一 NPN三极管保持导通进而PMOS场效应管保持导通以维持正电源输出电压，在负电源输出电压逐渐回升至零时第一 NPN三极管截止，第一组电容放电以降低PMOS场效应管的源一栅电压使PMOS场效应管关断，正电源输出电压逐渐归零。
[0017]利用第一 NPN三极管和第一组电容与第一组电阻配合工作以控制PMOS场效应管的栅极以及控制正电源的开通与断开，并限制正电源开通瞬间的电流冲击；利用PNP三极管和第二组电容与第二组电容配合工作以控制NMOS场效应管的栅极以及控制负电源开通与断开，并限制负电源开通瞬间的电流冲击。
[0018]开通供电时，利用第一组电容的密勒效应控制PMOS场效应管的源一栅电压逐渐增大，使PMOS场效应管缓慢导通；利用第二组电容的密勒效应控制NMOS场效应管的源一栅电压逐渐增大，使NMOS场效应管缓慢导通。
[0019]通过MCU控制电源开关控制信号电平为逻辑I或者负电源输出电压有效时，开通正电源供电电子开关；通过MCU控制电源开关控制信号电平为逻辑I且正电源输出电压有效时，开通负电源供电电子开关；通过MCU控制电源开关控制信号电平为逻辑O时关断负电源供电电子开关；通过MCU控制电源开关控制信号电平为逻辑O且负电源输出电压无效时，关断正电源供电电子开关。
[0020]本发明的技术效果如下:
[0021]本发明涉及的双电源供电及断电时序控制装置，包括PMOS场效应管、NMOS场效应管、第一 NPN三极管、第二 NPN三极管、PNP三极管、第一电阻、第二电阻、第一电容、第二电容、第三电容和第四电容等特定连接关系的硬件元件，PMOS场效应管为正电源的控制主开关，NMOS场效应管为负电源的控制主开关，第一 NPN三极管、第一电容和第二电容控制PMOS场效应管栅极，并控制正电源的开通与断开，PNP三极管、第一电阻、第二电阻、第三电容和第四电容控制NMOS场效应管栅极，并控制负电源的开通与断开。通过PMOS场效应管和NMOS场效应管等各硬件元件配合工作逻辑控制正负电源接通时序及关断时序，使得在开通供电时，因正电源输出电压未建立，禁止开通负电源，只有当正电压输出电压建好后，才开通负电源；在关断供电时，因负电源输出电压尚未回归至零，正电源继续保持开通，当负电源输出电压回归零后，再关断正电源。这样，可靠地保持开通及关断供电时严格的时序关系，避免了现有技术通过程序控制双电源供电及切断会在野外较恶劣电磁环境下由于程序失控可能导致时序错乱以及发生电路锁栓甚至损坏采集终端设备的问题，该装置可以避免正、负电源供电及断电时序错误，避免电路锁栓效应，保证设备正常工作。
[0022]本发明双电源供电及断电时序控制装置还设置第三电阻，在关断供电时，第一电容和第二电容贮存的电荷可通过第三电阻放电，再导致PMOS场效应管的源一栅电压逐渐降低，当PMOS场效应管的源一栅电压低于其开启阈值电压时，PMOS场效应管关断，正电源输出电压回归至零，该结构简单易实现，通过分离的硬件元件逻辑控制工作，保证了双电源供电及断电时序准确性。
[0023]本发明涉及的双电源供电及断电时序控制方法，与本发明所述的双电源供电及断电时序控制装置相对应，可理解为是实现上述双电源供电及断电时序控制装置的方法，或者理解为是上述双电源供电及断电时序控制装置的工作方法，采用PMOS场效应管为正电源的控