一种双电源供电及断电时序控制装置和方法_2

文档序号:9431667阅读:来源:国知局
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;通过分离的硬件元件同时检测电源开关控制信号及正电源输出电压、负电源输出电压,实现在正、负电源开通供电及关断供电时序的准确控制,保证设备的正常工作,完全克服了现有技术的弊端,提高了水利水文、城乡防汛、公共设施安全、地质灾害等自动监测技术领域应用的安全性能。
【附图说明】
[0024]图1为本发明双电源供电及断电时序控制装置的优选结构示意图。
[0025]图2为本发明双电源供电及断电时序控制装置的开通关断工作时序图。
[0026]图3为本发明双电源供电及断电时序控制方法的原理图。
[0027]图中各标号列示如下:
[0028]0N_0FF 一电源开关;M1 — PMOS场效应管;M2 — NMOS场效应管;Q1 —第一 NPN三极管;Q2 - PNP三极管;Q3 —第二 NPN三极管。
【具体实施方式】
[0029]下面结合附图对本发明进行说明。
[0030]本发明公开了一种双电源供电及断电时序控制装置,其优选结构如图1所示,包括PMOS场效应管MUNMOS场效应管M2、第一 NPN三极管QUPNP三极管Q2、第二 NPN三极管Q3、第一电阻R1、第二电阻R2、第一电容Cl、第二电容C2、第三电容C3和第四电容C4,PM0S场效应管Ml为正电源(+6V)的控制主开关,PMOS场效应管Ml的源极连接正电源,栅极连接第一 NPN三极管Ql的集电极,漏极连接正电源输出;NM0S场效应管M2为负电源(一6V)的控制主开关,NMOS场效应管M2的源极连接负电源,栅极连接PNP三极管Q2的集电极,漏极连接负电源输出;第一 NPN三极管Ql的基极连接电源开关0N_0FF控制信号线,发射极接地;PNP三极管Q2的基极与第二 NPN三极管Q3的集电极相连,PNP三极管Q2的发射极同时连接第一电阻Rl的一端和第二电阻R2的一端,第一电阻Rl的另一端接地,第二电阻R2的另一端接正电源输出;第二NPN三极管Q3的基极连接电源开关控制信号线,发射极接地;第一电容Cl设置于PMOS场效应管Ml的源极和栅极之间,第二电容C2设置于PMOS场效应管Ml的栅极和漏极之间,第三电容C3设置于NMOS场效应管M2的源极和栅极之间,第四电容C4设置于NMOS场效应管M2的栅极和漏极之间。
[0031]图1所示实施例中还包括第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8和第九电阻R9,第三电阻R3与第一电容Cl并联设置于PMOS场效应管Ml的源极和栅极之间,第一 NPN三极管Ql的基极通过第四电阻R4连接电源开关0N_OFF控制信号线,第一 NPN三极管Ql的基极还连接第五电阻R5的一端,第五电阻R5的另一端接地,第一 NPN三极管Ql的发射极连接第六电阻R6后再接地,第一 NPN三极管Ql的发射极还连接第七电阻R7的一端,第七电阻R7的另一端连接负电源输出,第八电阻R8与第三电容C3并联于NMOS场效应管M2的源极和栅极之间,第二 NPN三极管Q3的基极通过第九电阻R9连接电源开关控制信号线。
[0032]图1所示的双电源供电及断电时序控制装置,PMOS场效应管Ml为正电源(+6V)的控制主开关;NMOS场效应管M2为负电源(一6V)的控制主开关;采用第一 NPN三极管Ql、电阻R3、R4、R5、R6、R7,电容Cl、C2共同控制PMOS场效应管Ml栅极,控制正电源的开通与断开,并限制开通瞬间的电流冲击;采用PNP三极管Q2、电阻R1、R2、R8,电容C3、C4控制NMOS场效应管M2栅极,控制负电源的开通与断开,并限制开通瞬间的电流冲击。
[0033]本发明如图1所示装置的具体工作如下:需要开通供电时,MCU控制0N_0FF控制信号为逻辑“I”(CMOS逻辑电平,3.3V),使第一 NPN三极管Ql导通,向电容Cl、C2充电,PMOS场效应管Ml源-栅电压逐渐增大,PMOS场效应管Ml由关断状态逐渐变为导通状态,+6V供电输出电压由OV逐渐上升到+6V ;0N_0FF控制信号同时控制第二 NPN三极管Q3导通,但因+6V输出电压尚未建立,PNP三极管Q2保持截止,NMOS场效应管M2保持关断。当+6V输出电压上升到一定程度,电阻Rl、R2间电压值达到PNP三极管Q2三极管开启电压Vbe—Q2 (0.7V左右),PNP三极管Q2导通,向电容C3、C4充电,NMOS场效应管M2栅-源电压逐渐增大,NMOS场效应管M2由关断状态逐渐变为导通状态,-6V供电输出电压由OV逐渐下降到-6V。
[0034]需要关断供电时,MCU控制0N_0FF控制信号为逻辑“O” (CMOS逻辑电平,0V),第二 NPN三极管Q3立即截止,导致PNP三极管Q2也立即截止。电容C3、C4贮存电荷通过电阻R8放电,导致NMOS场效应管M2的栅-源电压逐渐降低,当NMOS场效应管M2的栅-源电压低于其开启阈值电压Vth (IV左右)时,NMOS场效应管M2关断,-6V电源输出电压逐渐由-6V回升至OV ;MCU的ON_OFF控制信号输出“O”逻辑电平,导致第一 NPN三极管Ql基极电平Vb为0V,但此时-6V电源输出电压仍维持-6V左右,导致电阻R6、R7之间的分压电平低于-Vbejl (约为-0.7V),第一 NPN三极管Ql维持导通,控制PMOS场效应管Ml继续保持导通,+6V电源输出电压继续保持为+6V ;当-6V电源输出电压逐渐变为接近OV时,电阻R6、R7之间的分压电平变为高于-Vbejjl (约为-0.7V),第一 NPN三极管Ql截止,电容Cl、C2贮存电荷通过电阻R3放电,导致PMOS场效应管Ml的源-栅电压逐渐降低,当PMOS场效应管Ml的源-栅电压低于其开启阈值电压Vth(IV左右)时,PMOS场效应管Ml关断,+6V电源输出电压逐渐由+6V回归至OV。
[0035]图2为本发明双电源供电及断电时序控制装置的开通关断工作时序图。在开通供电时,在Tl时刻开电源控制,正电源缓开启电流由小变大,逐渐建立正电源电压,直至达到正电源开启峰值电流,正电源稳态输出电压;在建立正电源电压的过程中在T2时刻栅极达到开负电源阈值时,负电源缓开启电流由小变大,逐渐建立负电源电压,直至达到负电源开启峰值电流,负电源稳态输出电压。在关断供电时,在T3时刻关电源控制,负电源缓关闭电流由大变小直至为零,并且在T4时刻栅极达到关正电源阈值时,关正电源,正电源缓关闭电流由大变小直至为零。在开通+6V供电电源、-6V供电电源过程中,将供电电流限制在特定值(如200mA)以内,避免因容性负载产生过大的冲击电流。综上,本发明双电源供电及断电时序控制装置的有益效果是:在开通供电时,先开通+6V电源供电电子开关,因+6V电源输出电压未建立,禁止开通-6V电源供电电子开关,只有当+6V电压输出电压建立好后,才开通-6V电源供电电子开关;在关断供电时,先关断-6V电源供电电子开关,因-6V电源输出电压尚未回0V,+6V电源供电电子开关继续保持开通,当-6V电源输出电压消失(即回归0V)后,再关断+6V电源供电电子开关。这样,可靠地保证开通及关断供电时严格的时序关系,避免电路栓锁效应,保证设备正常工作。
[0036]本发明还涉及一种双电源供电及断电时序控制方法,该方法与本发明上述的双电源供电及断电时序控制装置相对应,可理解为是实现本发明双电源供电及断电时序控制装置的方法。该方法采用PMOS场效应管为正电源的控制主开关,利用第一 NPN三极管、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;采用NMOS场效应管为负电源的控制主开关,利用PNP三极管、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;在电源开关控制信号与PNP三极管之间采用第二 NPN三极管。其实现的硬件电路图可参考图1。开通供电时,电源开关控制信号使第一
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