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三极管配合 PMOS 管控制电路开关
STC MCU在烧录时, 需要断电重置后才能进入烧录状态, 通常是用手按开关比较繁琐. 如果利用STC-ISP在烧录开始时会拉低RTS的特性, 可以实现烧录开始时自动断电复位.
电路仿真测试
下面的电路适用于烧录下载STC MCU. 使用LTspice模拟. V2 为方波, 电压[0, 3.3V], 宽度1.5s
以下为模拟输出, 绿色为三极管基极电压, 红色为MOS管栅极(Gate)电压, 蓝色为负载(R1)两端电压.
对电路中元件的说明:
- V2: 用于模拟开关的通断, MCU的高低电平
- C1: 这个电容用于短时拉低三极管基极电压, 关闭三极管. C1值取值在1uF - 4.7uF之间, 值越小输出的截止时间越短, 值越大截止时间越长
- C2: 是为了压制方波上行时造成的高电平毛刺, 不能太大, 取值 0.5uF - 1uF 即可
- R4: 延长C1的充放电时间, 不能太小, 太小的话方波上升沿对C1叠加的电压太高会造成输出截止, 也不能太大, 太大的话输出截止时间太短, 最后可能就完全没有截止动作, 取值在 3K - 8K 之间
- R3: 为了给三极管基极提供电压使其导通
- R2和R6: 用于三极管限流和分压, 如果V1和V2没有压差, R6可以不要. 但是当V2小于V1时, 需要用R6将三极管的基极电压往上抬一点, 否则V2的下降沿会产生比较高的负电压.
- R1: 模拟负载
电路的工作原理:
- 稳定工作时, 因为C1等价于断路, 所以三极管的基极电压为正, 三极管导通, 电流在R2和R6之间产生的分压, 使得PMOS管栅极电压差不多是1/2的V1, 因为栅极(Gate)电压低于源极(Source), PMOS管导通
- 当V2跳变为0V(可以等价为短路, 合上开关等), 电压突变时, C1视为通路, 立刻拉低三极管基极电压, 此时三极管断开, PMOS管栅极电压拉高到VCC, 因为与源极电压相等, PMOS管关闭
- C1通过R3和R4充电后, 进入新的稳态, 等价于断路, 三极管的基极电压恢复为正, 三极管重新导通, R2和R6的分压再次拉低PMOS管栅极电压, PMOS管再次导通
- 当V2再次跳变回3.3V, 电压突变时, C1视为通路, 正电压叠加到C1上在三极管基极产生高于V2的电压(模拟中如果R3, R4较小, 可能会高出V1, 高出V1会导致PMOS管截止, 这种情况要避免), 只要三极管基极电压不高于V1, PMOS会继续保持导通
电路中V2可以换成一个微动开关, 或者用RTS控制, 实现在通讯前拉低RTS重启MCU.
电路原型测试
使用面包板对上面的电路进行测试
- MOS管使用SI2301, SOT23封装, 用一个SOT89的转接板凑合应付
- 三极管使用SS8050
- 因为没有2.2uF的电容, 暂时用一个4.7uF的电容代替
- 负载用两颗LED方便演示
- 用杜邦线手工切换高低电平
测试的情况:
- 因为2.2uF换成了4.75uF导致反向的电动势增大, 所以在输入端高低电平为[0, 3.3V]时工作正常, 但是在[0, 5V], 从低电平跳到高电平时LED有一个明显的闪烁, 反向的毛刺太高导致了MOS管出现通断变化. 将R2减小为5K, 拉低栅极电压基准, 这样在[0, 3.3V]和[0, 5V]都工作正常了.
- 同样电路, 仅替换SS8050为S9013, 运行结果一样.
测试视频: https://www.bilibili.com/video/BV19Y411F7CX
最终电路和实物
电路图
为兼容无RTS环境的烧录, 增加了一个开关
支持RTS的环境
接线 V->V, G->G, T->T, R->R, RTS->RTS, 由软件触发RTS拉低断电
不支持RTS的环境
接线 V->V, G->G, T->T, R->R, RTS短接(图中的2和3), 按下轻触开关可以触发RTS拉低断电
实物
背面
SS8050和SI2301都是SOT23封装, 非常小, 直接贴在背面. 有两个电阻因为要穿过其它元件, 为节省位置也放在背面. 在测试正常后, 这一面就用热熔胶封上了.
正面
灯是从键盘上换下来的, 不是常用色. 分别对VCC和GND增加了4个排针, 方便平时使用.
连线
视频演示
视频中使用STC-ISP执行了三次Check, 可以看到有三次断电的过程
https://www.bilibili.com/video/BV1nr4y1x7Uq
最后
对于几十到几百毫秒的断电, 用三极管配合MOS管比较简单, 如果需要一秒以上的断电, 可以考虑将前面部分换成NE555.
