Efaster - быстрый поиск электронных компонентов

Последовательно-зависимое включение и отключение нескольких источников питания

Приведены схемы электронных устройств, предназначенных для включения и отключения нескольких нагрузок в последовательно-зависимом порядке. Работа устройств основана на времязарядных и разрядных процессах в RC-цепях.

Надежность, функциональность и эффективность нового поколения ИП MEAN WELL на DIN-рейку: XDR/E, XDR и XTR для жестких условий промышленности

В последнее время на страницах журнала EDN развернулась оживленная дискуссия, посвященная обсуждению устройств последовательно-зависимого включения и отключения нескольких источников питания [1, 2]. Настоящая статья посвящена развитию этой темы и демонстрирует возможности создания простых электронных устройств подобного назначения на основе времязарядных и разрядных процессов в RC-цепях.

На Рисунке 1 приведена схема устройства последовательно-зависимого включения и отключения нагрузок от раздельных источников питания. Работает это устройство следующим образом. В исходном состоянии питание отключено, переключатель SA1 находится в положении OFF, конденсаторы C1 и C2 разряжены. При включении источника питания напряжение на конденсаторе C2 равно нулю, напряжение на конденсаторе C1 возрастает при зарядке его через резистор R1 от источника питания, однако максимальное напряжение на нем равно 27% от напряжения источника питания (определяется резистивным делителем R1, R2). Соответственно, напряжение на входах логических элементов DD1.1 и DD1.3 отвечает уровню логического нуля. Напряжение на выходе последовательно включенных логических элементов DD1.1 и DD1.2 также равно логическому нулю. Транзистор VT1 заперт, напряжение от источника питания +5 В на сопротивление нагрузки R_Н1 не поступает.


Рисунок 1.	Устройство последовательно-зависимого включения и отключения двух нагрузок и диаграмма электрических процессов.

Поскольку напряжение на входе логического элемента DD1.3 также равно логическому нулю, высокий уровень логического сигнала на выходе этого элемента поддерживает в закрытом состоянии транзистор VT2, нагрузка RН2 обесточена. При переводе переключателя SA1 в положение ON светодиод HL1 подключается последовательно с сопротивлением R3 к источнику питания устройства и индицирует включенное состояние. Конденсатор C1 заряжается через резистор R1 от источника питания с постоянной времени, пропорциональной произведению R1C1; конденсатор C2 заряжается через цепочку резисторов R1 + R2. После того как напряжение на обкладках конденсатора C1 превысит напряжение переключения логического элемента DD1.1, произойдет переключение последовательной цепочки элементов DD1.1 и DD.1.2. Транзистор VT1 откроется и подключит сопротивление нагрузки R_Н1 к источнику питания +5 В. Далее через некоторый интервал времени напряжение на обкладках конденсатора C2 также превысит напряжение переключения логического элемента DD1.3. На его выходе появится напряжение уровня логического нуля, транзистор VT2 откроется и подключит сопротивление нагрузки R_Н2 к источнику питания +15 В.

Отключение нагрузок R_Н1 и R_Н2 производится переводом переключателя SA1 в положение OFF. Конденсатор C2 практически мгновенно разряжается на сопротивление R3, нагрузка R_Н2 отключается от источника питания +15 В. Конденсатор C1 разряжается через резисторы R2 и R3, в связи с чем нагрузка R_Н1 отключается позже, см. также диаграмму электрических процессов на Рисунке 1.

На Рисунке 2 приведена схема переключателя нагрузок подобного назначения, но работающая по несколько иному принципу.


Рисунок 2.	Устройство мгновенного включения одной из нагрузок и зависимого включения и отключения второй из нагрузок, а также диаграмма электрических процессов.

В исходном состоянии переключатель SA1 находится в положении OFF. Оба конденсатора C1 и C2 разряжены, выходные транзисторы VT1 и VT2 закрыты, нагрузки R_Н1 и R_Н2 отключены. При переводе переключателя SA1 в положении ON конденсатор C1 практически мгновенно заряжается до напряжения питания устройства через цепочку R3 и VD1. Напряжение на входе логического элемента DD1.1 и на выходе цепочки DD1.1, DD1.2 устанавливается на уровне логической единицы. Транзистор VT1 открывается и подключает сопротивление нагрузки R_Н1 к источнику питания +5 В.

Конденсатор С2 заряжается через резистор R2, а также цепочку из резистора R3 и диода VD1. Когда напряжение на его обкладках превысит напряжение переключения логического элемента DD1.3, элемент DD1.3 переключит свое состояние, открыв тем самым транзистор VT2. Нагрузка R_Н2 будет подключена к источнику питания +15 В, см. также диаграмму на Рисунке 2.

При переводе переключателя SA1 в положение OFF произойдет практически мгновенный разряд конденсатора C2 через цепочку из резистора R3 и диода VD2. Напряжение на входе логического элемента DD1.3 упадет до нуля, транзистор VT2 закроется, отключив тем самым сопротивление нагрузки R_Н2. Конденсатор C1 будет разряжаться через резистор R1, а также цепочку последовательно включенных элементов R2, VD2 и R3. Когда напряжение на обкладках конденсатора C1 снизится ниже точки переключения логического элемента DD1.1, произойдет отключение нагрузки R_Н1.

На Рисунке 3 приведена схема зависимого включателя-отключателя нагрузок, выходные каскады которого выполнены на электронных коммутаторах микросхемы CD4066. Принцип работы данного устройства соответствует ранее описанному. Для обеспечения нагрузочной способности переключателя до 20 мА его коммутаторы включены попарно-параллельно.


Рисунок 3.	Устройство включения и отключения двух нагрузок на основе электронных коммутаторов микросхемы CD4066 и диаграмма электрических процессов.

Особенностью работы данного устройства является то, что нарастание напряжения при подключении источника питания +15 В к сопротивлению нагрузки R_Н2 происходит достаточно плавно, а отключение источника питания +5 В сопровождается относительно плавным снижением напряжения на нагрузке R_Н1.


Рисунок 4.	Устройство включения отключения нагрузок с использованием компараторов и диаграмма электрических процессов.

Переключатель нагрузок на Рисунке 4 выполнен с использованием компараторов DA1.1 и DA1.2 микросхемы LM339, что позволяет плавно регулировать потенциометром R5 временные интервалы включения и отключения нагрузок.

Переключатель, Рисунок 5, работает по иному принципу, а, именно, имеет раздельные цепи заряда и разряда конденсаторов и обеспечивает зависимое подключение трех источников питания к сопротивлениям нагрузок R_Н1, R_Н2 и R_Н3. Резисторы R1–R5 обеспечивают индивидуальные времена зарядки и разрядки конденсаторов С1–С3 при переключении переключателя SA1 из положения OFF в положение ON и обратно. Диаграмма электрических процессов приведена на Рисунке 5.


Рисунок 5.	Вариант последовательно-зависимого включения и отключения трех нагрузок и диаграмма электрических процессов.

Наиболее перспективным видится коммутатор нагрузок, выполненный на линейке компараторов, Рисунок 6. Резистивный делитель R1–R5 может обеспечить как линейный, так и любой необходимый пользователю закон переключения компараторов во времени. В исходном состоянии при нахождении переключателя SA1 в положении OFF на выходах всех компараторов поддерживается уровень логического нуля.

При переводе этого переключателя в состояние ON конденсатор C1 заряжается через резистор R от источника питания. Напряжение на его обкладках плавно повышается, в связи с чем происходит поочередное переключение компараторов; на их выходах происходит разнесенное во времени появление напряжения уровня логической единицы в последовательности от компаратора DA1.4 до компаратора DA1.1, см. также диаграмму на Рисунке 6.


Рисунок 6.	Устройство последовательно-зависимого включения и отключения нескольких нагрузок с использованием линейки компараторов, а также диаграмма электрических процессов.

Отключение внешних источников питания происходит в обратной последовательности при переводе переключателя SA1 в положении OFF и разряде конденсатора C1 на резистор R.

При необходимости обеспечить раздельное регулирование времен заряда и разряда конденсатора C1 могут быть использованы различные варианты зарядно-разрядных цепочек, показанные на Рисунке 6.