详解一种简易的自动开／关机电源电路设计与实现

引言

节电是各种电池供电设备所需考虑的首要因素。为防止用户忘记关机，一些设备采用了自动关机电路。此外，许多设备中使用一个开/关按键控制开启或关断电源，即使微处理器(MPU)正在处理关键程序，按键按下时，系统也会关断，造成重要数据的丢失。本文仅使用一个D触发器设计了一种结构简单，使用方便可靠的自动开/关机电路。

电路设计

实际设计的自动开/关机电路如图1所示。其中U1A为双D触发器CD4013，外接电池电源由Vin输入。Q输出通过阻值为472W的R5、103W的 R4和NPN型三极管Q2反向驱动后，与开关电源芯片的开关引脚相连。以MAX1626为例，当SHDN为高时关闭电源，SHDN为低时打开系统电源。

复位式按键S1为系统电源开/关键。C1和R2组成RC网络，使得在S1按下后，保证R有12×104×10-3=120ms的延迟时间处于高电平。 CD4013的D、CLK端接输入电源地，保证其处于低电平。置位引脚R一端通过103W的电阻接电源地，另一端通过三极管Q3与MPU的I/O口相连。 S1的右端与阻值为103W的R1相连，控制Q1开通。Q1的集电极与地之间接通稳压管，稳压管的输出与MPU的I/O口相连。

设计原理

开/关机电路的核心器件是一个D型触发器，型号为CD4013。其真值表如表1所示。观察其真值表可已看出，无论CLK为何种状态，S为0时，输出Q为 0;R为0时，输出Q为1;而当R、S均为1时，输出Q为1；当R和S均为0时，只要CLK不产生上升沿脉冲，输出Q会保持前一输出状态。本电路正是利用 R、S均为零时的状态保持特性来实现开/关机功能的。

表1

由于本电路处于开/关电源前端，在电池接入状态下，无论系统电源是否打开，都处于工作状态。CD4013的输入电压范围为3~15V，因此本电路可以保证在宽电压输入范围内稳定工作。

系统开机原理

当按下开机按钮S1时，S与高电平接通，S=1。查阅真值表可得，当R=1，S=1时，输出Q应稳定输出1，经过三极管反向后，电源控制引脚SHDN为低电平，打开系统电源。通常MPU进行初始化时会将I/O引脚置为高电平，由于RC网络的延迟作用，S1按下后可以保证S端约有120ms处于高电平(保证开机稳定条件：RC网络的延迟时间>系统上电复位并将POWER_CTL状态稳定为1的时间)。经过三极管Q3反向，此时S=1，R=0，Q端输出 1，系统电源处于打开状态。

MPU延迟后读取STATE引脚的状态。如果此时STATE为低电平，则确认Q1导通，S1曾按下，确认用户开机程序正常运行。如果此时STATE为高电平，则表明Q1截止，开机信号为误动作，程序执行关机程序。

当RC网络的延迟时间过后，S端由1转为0，此时S=0，R=0，查阅真值表得出此时输出Q应该维持前一输出状态，即保持系统开通电源状态。