Простые аналоговые схемы управляют последовательностью включения и выключения нескольких источников питания
В проектах, содержащих цифровые и/или аналоговые схемы, используется несколько источников питания, обычно 5 В для цифровых цепей и 15 В для аналоговых. В некоторых проектах в качестве третьего источника питания также используется напряжение 24 В или 48 В. Во многих случаях эти источники необходимо включать в определенной последовательности, обычно сначала 5 В, а затем 15 В, с задержкой между включениями. При выключении питания эту же последовательность нужно выполнить в обратном порядке, т. е. сначала отключить 15 В, а затем 5 В, и снова с задержкой между ними. (Включен первым, выключен последним – first in/last out, FILO).
В проектах на базе микроконтроллеров такая последовательность может быть реализована с помощью соответствующей программной процедуры [1]. В проектах без микроконтроллеров эту функцию для двух источников питания может выполнять простая аналоговая схема, показанная на Рисунке 1.
 | |
| Рисунок 1. | Простая аналоговая схема управляет последовательностью включения и выключения двух источников питания. |
Как работает эта схема? В основе ее работы лежит зарядка и разрядка конденсатора C1, которая обеспечивает как последовательность подачи питания, так и промежуточную задержку. SW1 – это двухполюсный переключатель. При нажатии на него напряжение 5 В подается сначала через один полюс, а затем через второй. На базу транзистора Q5 подается напряжение 0 В, и транзистор выключается. Затем конденсатор C1 начинает заряжаться через резистор R8.
Напряжение на конденсаторе C1 возрастает в соответствии со следующей формулой:
Здесь V = 5 В, T = R8 × C1. Резисторы R9, R10 и R11 образуют делитель для установки опорных напряжений для компараторов U1B и U1A.
Когда нарастающее напряжение v достигает уровня первого опорного напряжения, установленного резистором R11, выходное напряжение компаратора U1B становится высоким, и открывается MOSFET Q1. Транзистор Q2 открывается и подключает входное напряжение к выходу 5 В. Напряжение v на конденсаторе, продолжая расти, пересекает порог, заданный вторым опорным напряжением с помощью сопротивления R10 + R11. Теперь высокий уровень появляется на выходе компаратора U1A, открывая транзистор Q4. Транзистор Q3 также начинает проводить ток, и к выходу подключается напряжение 15 В.
При выключении, несмотря на то что переключатель SW1 теперь разомкнут, на выход по-прежнему поступает напряжение 5 В за счет остающегося открытым транзистора Q2. Напряжение на базе транзистора Q5 становится высоким, и транзистор насыщается. В результате конденсатор C1 начинает разряжаться через резистор R12. Напряжение v на конденсаторе C1 спадает в соответствии со следующей формулой:
Здесь T = R12 × C1. Когда это напряжение опускается ниже опорного напряжения 2, установленного на входе U1A, выходное напряжение этого компаратора становится низким. Теперь транзисторы Q4 и Q3 выключаются. Таким образом, первым отключается выходное напряжение 15 В. Когда напряжение на конденсаторе, продолжая снижаться, сравняется с опорным напряжением 1, низкий уровень на выходе компаратора U1B выключит транзисторы Q1 и Q2. Отключаясь последним, выход 5 В завершает требуемую последовательность FILO.
Важно отметить, что в данной конструкции не используется схема сторожевого таймера, постоянно потребляющая энергию. Для получения различных значений задержек подбирайте соответствующие номиналы резисторов R9, R10 и R11, чтобы установить требуемые опорные напряжения. При использовании подходящих МОП-транзисторов (Q2 и Q3) схема может работать с сильноточными источниками питания.
Эту концепцию можно расширить на любое количество источников питания, работающих в последовательности FILO с задержкой по времени. Например, на Рисунке 2 показана производная аналоговая схема, на этот раз поддерживающая три источника питания.
 | |
| Рисунок 2. | Аналоговая схема, разработанная на основе предыдущей, управляет последовательностью включения и выключения трех источников питания, при этом концепция может расширяться по мере необходимости. |
Комментарий С. Вудворда
Предложение: Поскольку максимальное напряжение затвор-исток транзистора IRF4435 составляет всего 20 В, а не 24 В, во избежание выхода из строя транзистора Q6, возможно, стоит добавить резистор (например, 10 кОм) между затвором и стоком транзистора Q7.