三极管+MOS管共建开关电路
电子设计宝典 2025-02-18

三极管优点:耐压高;缺点:电流驱动

MOS管优点:开关速度快,电压驱动


一、一键开关机电路(小鱼冠名)

(知识点不多,但是电路设计很巧妙)


1.1效果

按下按键松开→


再次按下按键松开→


1.2电路过程及原理

1.2.1上电,开关断开

上电时,开关断开通过给电容充电→电容上方电压达到→三极管基级电压为0→三极管断开→MOS管栅极电压为不小于负的→MOS管关断


1.2.2按下开关

电容电压为三极管基级电压为,三极管导通;同时通过放电→MOS管栅极经三极管导通至地,MOS管栅极电压为0→小于负的→MOS管导通→,电路处于开机状态。


1.2.3松开按键

当电容电压放电到等于三极管BE之间的开启电压,约0.7v时,三极管饱和导通电流由通过提供,三极管一直开启。这时即使松开按键,电路仍处于开机状态。


三极管导通时,集电极的电压约0,所以电容的电压也会接近于0。


1.2.4再次按下按键

按下按键→电容上端电压为0,三极管基级电压为0→三极管断开,MOS管栅极电压为→MOS管关闭


其中,由于电阻选取的非常大,使不能通过使三极管导通,而且电容的电压也不能升高。


1.2.5松开按键

松开按键,通过给电容充电→电容上方电压达到,再次按下按键后,电路又处于开机状态。


1.3器件参数

输入电压3~6v,器件参数可以参考下面的数值。


1.4电路缺点

当输出端连接的负载电容比较大时,容易出现MOS管关不断的情况。可以在输出端对地接一个几百欧的限流电阻,原因如上。


1.5陈氏总结

纵观整个电路过程:开关控制电容,电容控制三极管,三极管控制MOS管。


二、延时开关电路

(本电路知识很基础,但是讲解过程非常联系单片机实际情况)


2.1效果

配合单片机程序实现长按两秒开关机,短暂按下松开其他需要的功能。


2.2电路说明

=单片机上电电压=3.3V


单片机输出口单片机写信号


单片机输入口给单片机信号


的作用:反馈给单片机开关S1按下与否的状态。

D4上拉电阻接到3.3v,即单片机的一直是高电平,除非按下按键,D4就导通将拉低到0.7V。由于口写程序的时候,有上下限,例如在1v以下都是低电平,2.5v以上都是高电平(模数转换)。


2.3电路过程及原理


2.3.1按下和松开开关

按下开关后,电流通过→R15→D5→S1→GND将G点电压下拉为二极管的管压降0.3v。,MOS管导通,很小,单片机上电。接受开关关闭的信号后,单片机将设置成高电平,此时由于Q9导通,无论开关是按下还是没有按下,MOS管始终导通。


类比上一个电路,该电路此时如果误操作了开关也没有事,由处的高电平来保证单片机上电,不像上一个电路利用不太可靠的电容充放电。


2.3.2延时两秒开关机

利用对开关的监视功能,开/关机时开关闭合两秒,单片机系统做亮屏/息屏、接通/断开传感器、设置高/低电平等动作,松开按钮彻底开/关机。监视下还可以编写短暂开关键的其他作用,达到长按两秒开关机,按一下就松开是其他功能。


三、与门电路(跟我学电脑冠名)

(本电路十分简单,但是别出心裁的使用方法)


3.1效果

两个三极管都给高电平导通才可以驱动MOS管,输出才有电压。


四、H冠名

4.1效果

该电路和二中的电路有异曲同工之妙。


该电路可以实现软开启功能,增加一个电容(C1),一个电阻(R2)。


软开启,是指电源缓慢开启,以限制电源启动时的浪涌电流。


4.2电路过程及原理

4.2.1不上电且Control 为低电平或高阻

控制电源开关的输入信号Control 为低电平或高阻时→三极管Q2的基极被拉低到地,为低电平→Q2不导通→MOS管Q1的Vgs = 0(电源没上电)→MOS管Q1不导通→+5V_OUT 无输出。


电阻R4是为了在 Control 为高阻时,将三极管Q2的基极固定在低电平,不让其浮空。



4.2.2刚上电且Control 为低电平或高阻(实现软启动)


当电源 +5V_IN 刚上电时,要求控制电源开关的输入信号 Control 仍为低电平或高阻,即关闭三极管Q2,从而关闭MOS管Q1。


因 +5V_IN 还不稳定,不能将电源打开向后级电路输出。


电源 +5V_IN 上电完成后,MOS管G极与S极两端均为5V,仍然Vgs = 0。


电容上没有充电。


4.2.3上电完成且Control 为高电平


①三极管Q2的基极为0.7V,可算出基极电流Ibe为:


(3.3V - 0.7V) / 基极电阻R3 = 0.26mA


②三级管Q2饱和导通,Vce ≈ 0。电容C1通过电阻R2充电(现在由于三极管可以导地了),即C1与G极相连端的电压由5V缓慢下降到0V,导致Vgs电压逐渐增大。


③MOS管Q1的Vgs缓慢增大,令其缓慢打开直至完全打开。最终Vgs = -5V。


④利用电容C1的充电时间实现了MOS管Q1的缓慢打开(导通),实现了软开启的功能。


4.2.4上电完成且Control 为低电平


电源完全打开后,+5V_OUT 输出为5V电压。


此时将 Control 设为低电平,三极管Q2关闭,电容C1与G极相连端通过电阻R2放电,电压逐渐上升到5V,起到软关闭的效果。软关闭一般不是我们想要的,过慢地关闭电源,可能出现系统不稳定等异常。


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