Включение-выключение питания одной кнопкой, в том числе и нескольких устройств (видео)

С батарейным питанием все замечательно, кроме того, что оно кончается, а энергию надо тщательно экономить. Хорошо когда устройство состоит из одного микроконтроллера — отправил его в спячку и все. Собственное потребление в спящем режиме у современных МК ничтожное, сравнимое с саморазрядом батареи, так что о заряде можно не беспокоиться. Но вот засада, не одним контроллером живо устройство. Часто могут использоваться разные сторонние периферийные модули которые тоже любят кушать, а еще не желают спать. Прям как дети малые. Приходится всем прописывать успокоительное. О нем и поговорим.

▌Механическая кнопка Что может быть проще и надежней сухого контакта, разомкнул и спи спокойно, дорогой друг. Вряд ли батарейку раскачает до того, чтобы пробить миллиметровый воздушный зазор. Урания в них для этого не докладывают. Какой нибудь PSW переключатель то что доктор прописал. Нажал-отжал.

Вот только беда, ток он маленький держит. По паспорту 100мА, а если запараллелить группы, то до 500-800мА без особой потери работоспособности, если конечно не клацать каждые пять секунд на реактивную нагрузку (катушки-кондеры). Но девайс может кушать и поболее и что тогда? Приматывать синей изолентой к своему хипстерскому поделию здоровенный тумблер? Нормальный метод, мой дед всю жизнь так делал и прожил до преклонных лет.

▌Кнопка плюс Но есть способ лучше. Рубильник можно оставить слабеньким, но усилить его полевым транзистором. Например вот так.

Тут переключатель просто берет и поджимает затвор транзистора к земле. И он открывается. А пропускаемый ток у современных транзисторов очень высокий. Так, например, IRLML5203 имея корпус sot23 легко тащит через себя 3А и не потеет. А что-нибудь в DPACK корпусе может и десяток-два ампер рвануть и не вскипеть. Резистор на 100кОм подтягивает затвор к питанию, обеспечивая строго определенный уровень потенциала на нем, что позволяет держать транзистор закрытым и не давать ему открываться от всяких там наводок.

▌Плюс мозги Можно развить тему управляемого самовыключения, таким вот образом. Т.е. устройство включается кнопкой, которая коротит закрытый транзистор, пуская ток в контроллер, он перехватывает управление и, прижав ногой затвор к земле, шунтирует кнопку. А выключится уже тогда, когда сам захочет. Подтяжка затвора тоже лишней не будет. Но тут надо исходить из схемотехники вывода контроллера, чтобы через нее не было утечки в землю через ногу контроллера. Обычно там стоит такой же полевик и подтяжка до питания через защитные диоды, так что утечки не будет, но мало ли бывает…

Или чуть более сложный вариант. Тут нажатие кнопки пускает ток через диод на питание, контроллер заводится и сам себя включает. После чего диод, подпертый сверху, уже не играет никакой роли, а резистор R2 эту линию прижимает к земле. Давая там 0 на порту если кнопка не нажата. Нажатие кнопки дает 1. Т.е. мы можем эту кнопку после включения использовать как нам угодно. Хоть для выключения, хоть как. Правда при выключении девайс обесточится только на отпускании кнопки. А если будет дребезг, то он может и снова включиться. Контроллер штука быстрая. Поэтому я бы делал алгоритм таким — ждем отпускания, выбираем дребезг и после этого выключаемся. Всего один диод на любой кнопке и нам не нужен спящий режим 🙂 Кстати, в контроллер обычно уже встроен этот диод в каждом порту, но он очень слабенький и его можно ненароком убить если вся ваша нагрузка запитается через него. Поэтому и стоит внешний диод. Резистор R2 тоже можно убрать если нога контроллера умеет делать Pull-down режим.

▌Отключая ненужное Можно сделать и по другому. Оставить контроллер на «горячей» стороне, погружая его в спячку, а обесточивать только жрущую периферию.

Выделив для нее отдельную шину питания. Но тут надо учесть, что есть такая вещь как паразитное питание. Т.е. если вы отключите питание, например, у передатчика какого, то по шине SPI или чем он там может управляться пойдет питание, поднимется через защитные диоды и периферия оживет. Причем питания может не хватить для его корректной работы из-за потерь на защитных диодах и вы получите кучу глюков. Или же получите превышение тока через порты, как результат выгоревшие порты на контроллере или периферии. Так что сначала выводы данных в Hi-Z или в Low, а потом обесточивайте.

▌Выкидываем лишнее Что-то мало потребляющее можно запитать прям с порта. Сколько дает одна линия? Десяток миллиампер? А две? Уже двадцать. А три? Параллелим ноги и вперед. Главное дергать их синхронно, лучше за один такт.

Правда тут надо учитывать то, что если нога может отдать 10мА ,то 100 ног не отдадут ампер — домен питания не выдержит. Тут надо справляться в даташите на контроллер и искать сколько он может отдать тока через все выводы суммарно. И от этого плясать. Но до 30мА с порта накормить на раз два.

Главное не забывайте про конденсаторы, точнее про их заряд. В момент заряда кондера он ведет себя как КЗ и если в вашей периферии есть хотя бы пара микрофарад емкостей висящих на питании, то от порта ее питать уже не следует, можно порты пожечь. Не самый красивый метод, но иногда ничего другого не остается.

▌Одна кнопка на все. Без мозгов Ну и, напоследок, разберу одно красивое и простое решение. Его несколько лет назад набросил мне в комменты uSchema это результат коллективного творчества народа на его форуме.

Одна кнопка и включает и выключает питание.

Как работает:

При включении, конденсатор С1 разряжен. Транзистор Т1 закрыт, Т2 тоже закрыт, более того, резистор R1 дополнительно подтягивает затвор Т1 к питанию, чтобы случайно он не открылся.

Конденсатор С1 разряжен. А значит мы в данный момент времени можем считать его как КЗ. И если мы нажмем кнопку, то пока он заряжается через резистор R1 у нас затвор окажется брошен на землю.

Это будет одно мгновение, но этого хватит, чтобы транзистор Т1 распахнулся и на выходе появилось напряжение. Которое тут же попадет на затвор транзистора Т2, он тоже откроется и уже конкретно так придавит затвор Т1 к земле, фиксируясь в это положение. Через нажатую кнопку у нас С1 зарядится только до напряжения которое образует делитель R1 и R2, но его недостаточно для закрытия Т1.

Отпускаем кнопку. Делитель R1 R2 оказывается отрезан и теперь ничто не мешает конденсатору С1 дозарядиться через R3 до полного напряжения питания. Падение на Т1 ничтожно. Так что там будет входное напряжение.

Схема работает, питание подается. Конденсатор заряжен. Заряженный конденсатор это фактически идеальный источник напряжения с очень малым внутренним сопротивлением.

Жмем кнопку еще раз. Теперь уже заряженный на полную конденсатор С1 вбрасывает все свое напряжение (а оно равно напряжению питания) на затвор Т1. Открытый транзистор Т2 тут вообще не отсвечивает, ведь он отделен от этой точки резистором R2 аж на 10кОм. А почти нулевое внутреннее сопротивление конденсатора на пару с его полным зарядом легко перебивает низкий потенциал на затворе Т1. Там кратковременно получается напряжение питания. Транзистор Т1 закрывается.

Тут же теряет питание и затвор транзистора Т2, он тоже закрывается, отрезая возможность затвору Т1 дотянуться до живительного нуля. С1 тем временем даже не разряжается. Транзистор Т2 закрылся, а R1 действует на заряд конденсатора С1, набивая его до питания. Что только закрывает Т1.

Отпускаем кнопку. Конденсатор оказывается отрезан от R1. Но транзисторы все закрыты и заряд с С1 через R3 усосется в нагрузку. С1 разрядится. Схема готова к повторному включению.

Вот такая простая, но прикольная схема. Вот тут еще полно реализаций похожих схем. На сходном принципе действия.

Включение выключение нескольких устройств с помощью микроконтроллеров (на Ардуино)

 Ну и еще одна вариация работать с целой «плеядой» различных устройств, это использование микроконтроллеров.  Один из наиболее популярных и при этом понятных устройств это Адруино, на микроконтроллере Amtel 328P. Микроконтроллеры в состоянии решать поставленные задачи куда более «гибко», чем аналоговые схемы, особенно если учитывать возможность настройки и перенастройки. Поэтому один раз освоив микроконтроллеры, вы просто по наитию начнете все делать на них, так как цена на сегодняшний момент на микроконтроллеры сопоставима с аналоговыми элементами. Итак, о включении выключении нескольких устройств на микроконтроллере в статье «Ардуино управляет несколькими устройствами»

Предок современной кнопки включения и выключения питания компьютера

Раньше на компьютерах устанавливали обыкновенный кнопочный поступательно-возвратный выключатель или перекидной тумблер. Он имел достаточно высокую мощность коммутации. Потому что включение и выключение компьютера, который может потреблять от силовой сети 220 Вольт, до пятисот Ватт мощности, не так просто осуществить при помощи простого выключателя.

Такой мощный ток коммутировать и обеспечивать надёжный контакт, чтобы питание не прерывалось во время работы, способен вынести не любой выключатель. Специальные выключатели использовались для включения – выключения компьютера. Со временем решили сетевой выключатель заменить полупроводниковым силовым элементом.

Управление одним устройством (включение-выключение) от одной кнопки (NE555)

Первую схему мы не особо будем «мусолить» так как схема не является нашей оригинальной идеей, кроме того эта схема итак уже разобрана везде и всюду в интернете. Мы посмотрели, что на этот счет есть даже видео. Если есть желание, то можете поискать.

По сути это схема работает на микросхеме таймере NE555. Да, микросхемка уже легендарная и сыскавшая себе славу. Здесь из этого самого таймера организовали мультивибратор. Итак, если у таймера создать обратную связь, то получается мультивибратор. А эта самая связь как раз и создается посредством нажатия на кнопку. В итоге таймер входит в режим мультивибратора и с определенной периодичность начинает выдавать на выходе импульсы то единичку, то нолик. В итоге именно этот импульс и будет управляющим для силовой и индикационной цепочки на транзисторе с реле и светодиоде.

 Какие здесь могут быть минусы. Ну, главный минус, что таймер так и остается таймером, то есть его не особо интересует сколько раз вы нажали на кнопку, ему более интересно как быстро зарядиться или разрядиться конденсатор в 1 МкФ. То есть, возможно проскакивания включения выключения, не явное и неточное срабатывание. Некоторые радиолюбители называют это «дребезжанием контактов», но к этому термину это не имеет никакого отношения. Это штатная работа таймера, не более того. Итак, с этим вариантом все понятно.

Принцип работы современной кнопки выключения компьютера

Все современные компьютеры имеют кнопку выключения питания, наделённую интеллектуальными свойствами. Но силовую цепь эта кнопка не отключает, а лишь производит сигнальное действие по выключению.

На самом деле сейчас применяются такие кнопки выключателя, как примерно те, что же используются у манипуляторов типа «мышь». При включении компьютера кнопкой передаётся команда на включение.

Провода от кнопки поступают вовсе не в блок питания, а на колодку системной платы. Триггерный элемент схемы ликвидирует «дребезг» от кнопки (многократное замыкание-размыкание цепи в короткий промежуток времени), это неизбежный процесс, возникающий в моменты коммутации цепей.

Эволюция кнопки выключения компьютера со временем

Раньше искры в момент коммутации возникали в силовом выключателе и контакты со временем подгорали. Обеспечиваемый контакт становился не устойчивым и часто приводил к возникновению проблем.

Кратковременное пропадание контакта приводило к сбросу процессора и последующей перезагрузке компьютера. В некоторых случаях кратковременное отключение могло приводить к выходу из строя блока питания компьютера и даже его возгоранию.

В том случае, если не происходило аварийной ситуации, то потеря несохранённых данных и сбои из-за не завершённых файловых операций, могли произойти почти наверняка.

Применяемый сейчас силовой полупроводниковый элемент, избавлен от того недостатка с возможным возникновением кратковременных перебоев в поступлении питания. И выход из строя блока питания по этой причине удалось практически исключить.

Управление несколькими или одним устройством (включение-выключение) от одной кнопки (К155ИЕ7)

Теперь вариант на счетчике. Здесь принцип такой. Есть двоичный счетчик на микросхеме К155ие7, на его выходе с подачей входного сигнала меняется потенциал. Опять же это либо единичка, либо нолик. Всего четыре выхода. Первый выход на ножке 3 меняет свой потенциал при каждом 1 нажатии, второй на ножке 2 при каждом 2 и т.д. В итоге что получается? Выходит то, что одним нажатием можно управлять не только одним устройством, а сразу 4, то есть согласно количеству выходов. Здесь главное сигнал слабого тока преобразовать в сигнал высокого тока. Именно для этого на нужную нам ножку-выход достаточно «повесить» силовой модуль, собранный на оптопаре 4n25, транзисторе и реле.

Кнопка выключения компьютера кнопке включения не брат

Включение компьютера происходит достаточно просто. Исправная схема сразу же запускается и происходит загрузка компьютера. А вот при попытке выключения питания, задействуются механизмы обеспечения соблюдения некоторых условий. Это сделано для того, чтобы случайно не выключить питание при ошибочном нажатии на клавишу выключателя.

Откуда возникают такие сложности с отключением питания, что не в любой ситуации кнопка выключения срабатывает? Во-первых, в BIOS имеются специальные настройки, задавая которые, можно определить поведение интеллектуальной кнопки выключателя питания.

Во-вторых, операционные системы перехватывают управление полупроводниковым силовым элементом выключателя, на себя. Настройками в операционной системе, также, кнопке отключения питания можно назначить различные функции.

В обычной ситуации при нажатии на кнопку выключения питания операционная система получает сигнал на выключение и завершает свою работу. И только после того, как все данные будут сохранены, операционная система выдаст сигнал управления, который переведёт блок питания в дежурный режим.

А точно ли кнопка выключения компьютера выключает компьютер полностью

На самом деле полного выключения компьютера с отключением его от питающей сети не происходит. Даже исходя из того, что цепи управления триггерной системы полупроводникового силового элемента должны постоянно получать питание, иначе включить компьютер не получится.

Секрет кнопки питания современных компьютеров скрывает то, что компьютер постоянно остаётся включенным в силовую сеть. Только отключением подаваемого напряжения через сетевой фильтр или UPS на блок питания компьютера, можно обесточить компьютер, таким образом действительно отключить компьютер от силовой сети.

В прошлых версиях реализации сетевых выключателей используемых в компьютерах, происходило реальное отключение компьютера от питающей сети. Но совершенствование модели подачи питания, привело к тому, что теперь компьютер той самой кнопкой выключения питания не отключается от сети.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *