一種雙電源供電及斷電時(shí)序控制裝置和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及水利水文、城鄉(xiāng)防汛、公共設(shè)施安全、地質(zhì)災(zāi)害等自動監(jiān)測技術(shù)領(lǐng)域，特別是應(yīng)用于上述領(lǐng)域且無可靠電源保障的野外數(shù)據(jù)采集終端設(shè)備(以下簡稱采集終端或采集終端設(shè)備)的正負(fù)雙電源供電及斷電時(shí)序控制裝置和方法。
【背景技術(shù)】
[0002]正常情況下，正電源、負(fù)電源的接通與關(guān)斷時(shí)序?yàn)?開通電源時(shí)，先控制接通正電源，等待正電源電壓建立穩(wěn)定后，再控制接通負(fù)電源；關(guān)斷電源時(shí)，先關(guān)斷負(fù)電源，等待負(fù)電源電壓回落到安全范圍內(nèi)，再控制關(guān)斷正電源。
[0003]—般地，采集終端通過內(nèi)部MCU執(zhí)行相關(guān)程序，按規(guī)定的時(shí)序控制P1端口電平來控制正、負(fù)電源的開通及關(guān)斷時(shí)序。但在野外較惡劣電磁環(huán)境下(如雷電干擾等)，程序可能失控導(dǎo)致正負(fù)電源接通及關(guān)斷時(shí)序錯(cuò)亂，使采集終端內(nèi)CMOS器件電路產(chǎn)生栓鎖效應(yīng)導(dǎo)致電路無法正常工作，嚴(yán)重時(shí)會損壞采集終端設(shè)備。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)通過程序控制雙電源供電及切斷，在野外較惡劣電磁環(huán)境下可能因程序失控導(dǎo)致CMOS器件栓鎖甚至損壞采集終端設(shè)備的問題，提供一種雙電源供電及斷電時(shí)序控制裝置，通過PMOS場效應(yīng)管和NMOS場效應(yīng)管等硬件電路控制正負(fù)電源接通時(shí)序及關(guān)斷時(shí)序，該裝置可以避免正、負(fù)電源供電及斷電時(shí)序錯(cuò)誤，保證設(shè)備正常工作。本發(fā)明還涉及一種雙電源供電及斷電時(shí)序控制方法。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0006]一種雙電源供電及斷電時(shí)序控制裝置，其特征在于，包括PMOS場效應(yīng)管、NMOS場效應(yīng)管、第一 NPN三極管、第二 NPN三極管、PNP三極管、第一電阻、第二電阻、第一電容、第二電容、第三電容和第四電容，
[0007]所述PMOS場效應(yīng)管為正電源的控制主開關(guān)，PMOS場效應(yīng)管的源極連接正電源，柵極連接第一 NPN三極管的集電極，漏極連接正電源輸出；所述NMOS場效應(yīng)管為負(fù)電源的控制主開關(guān)，NMOS場效應(yīng)管的源極連接負(fù)電源，柵極連接PNP三極管的集電極，漏極連接負(fù)電源輸出；所述第一 NPN三極管的基極連接電源開關(guān)控制信號線，發(fā)射極接地；所述PNP三極管的基極與第二 NPN三極管的集電極相連，PNP三極管的發(fā)射極同時(shí)連接第一電阻的一端和第二電阻的一端，所述第一電阻的另一端接地，所述第二電阻的另一端接正電源輸出；所述第二 NPN三極管的基極連接電源開關(guān)控制信號線，發(fā)射極接地；
[0008]所述第一電容設(shè)置于PMOS場效應(yīng)管的源極和柵極之間，所述第二電容設(shè)置于PMOS場效應(yīng)管的柵極和漏極之間，所述第三電容設(shè)置于NMOS場效應(yīng)管的源極和柵極之間，所述第四電容設(shè)置于NMOS場效應(yīng)管的柵極和漏極之間。
[0009]所述的雙電源供電及斷電時(shí)序控制裝置還包括第三電阻，所述第三電阻與第一電容并聯(lián)設(shè)置于PMOS場效應(yīng)管的源極和柵極之間。
[0010]所述的雙電源供電及斷電時(shí)序控制裝置還包括第四電阻和第五電阻，所述第一NPN三極管的基極通過第四電阻連接電源開關(guān)控制信號線，所述第一 NPN三極管的基極還連接第五電阻的一端，所述第五電阻的另一端接地。
[0011]所述的雙電源供電及斷電時(shí)序控制裝置還包括第六電阻和第七電阻，所述第一NPN三極管的發(fā)射極連接第六電阻后再接地，所述第一 NPN三極管的發(fā)射極還連接第七電阻的一端，所述第七電阻的另一端連接負(fù)電源輸出。
[0012]所述的雙電源供電及斷電時(shí)序控制裝置還包括第八電阻，所述第八電阻與第三電容并聯(lián)于NMOS場效應(yīng)管的源極和柵極之間。
[0013]所述的雙電源供電及斷電時(shí)序控制裝置還包括第九電阻，所述第二 NPN三極管的基極通過第九電阻連接電源開關(guān)控制信號線。
[0014]一種雙電源供電及斷電時(shí)序控制方法，其特征在于，采用PMOS場效應(yīng)管為正電源的控制主開關(guān)，利用第一 NPN三極管和第一組電容控制PMOS場效應(yīng)管的柵極以及控制正電源的開通與斷開；采用NMOS場效應(yīng)管為負(fù)電源的控制主開關(guān)，利用PNP三極管和第二組電容控制NMOS場效應(yīng)管的柵極以及控制負(fù)電源開通與斷開，在電源開關(guān)控制信號與PNP三極管之間采用第二 NPN三極管；
[0015]開通供電時(shí)，電源開關(guān)控制信號使第一 NPN三極管導(dǎo)通并向第一組電容充電以增大PMOS場效應(yīng)管的源一柵電壓使PMOS場效應(yīng)管導(dǎo)通，從而建立正電源輸出電壓；電源開關(guān)控制信號同時(shí)控制第二 NPN三極管導(dǎo)通，在建立的正電源電壓達(dá)到開啟負(fù)電源閾值時(shí)，PNP三極管導(dǎo)通并向第二組電容充電以增大NMOS場效應(yīng)管的源一柵電壓使NMOS場效應(yīng)管導(dǎo)通，從而建立負(fù)電源輸出電壓；
[0016]關(guān)斷供電時(shí)，電源開關(guān)控制信號使第二 NPN三極管截止進(jìn)而PNP三極管截止，第二組電容組放電以降低NMOS場效應(yīng)管的源一柵電壓使NMOS場效應(yīng)管關(guān)斷，負(fù)電源輸出電壓逐漸回升至零；電源開關(guān)控制信號同時(shí)控制第一 NPN三極管保持導(dǎo)通進(jìn)而PMOS場效應(yīng)管保持導(dǎo)通以維持正電源輸出電壓，在負(fù)電源輸出電壓逐漸回升至零時(shí)第一 NPN三極管截止，第一組電容放電以降低PMOS場效應(yīng)管的源一柵電壓使PMOS場效應(yīng)管關(guān)斷，正電源輸出電壓逐漸歸零。
[0017]利用第一 NPN三極管和第一組電容與第一組電阻配合工作以控制PMOS場效應(yīng)管的柵極以及控制正電源的開通與斷開，并限制正電源開通瞬間的電流沖擊；利用PNP三極管和第二組電容與第二組電容配合工作以控制NMOS場效應(yīng)管的柵極以及控制負(fù)電源開通與斷開，并限制負(fù)電源開通瞬間的電流沖擊。
[0018]開通供電時(shí)，利用第一組電容的密勒效應(yīng)控制PMOS場效應(yīng)管的源一柵電壓逐漸增大，使PMOS場效應(yīng)管緩慢導(dǎo)通；利用第二組電容的密勒效應(yīng)控制NMOS場效應(yīng)管的源一柵電壓逐漸增大，使NMOS場效應(yīng)管緩慢導(dǎo)通。
[0019]通過MCU控制電源開關(guān)控制信號電平為邏輯I或者負(fù)電源輸出電壓有效時(shí)，開通正電源供電電子開關(guān)；通過MCU控制電源開關(guān)控制信號電平為邏輯I且正電源輸出電壓有效時(shí)，開通負(fù)電源供電電子開關(guān)；通過MCU控制電源開關(guān)控制信號電平為邏輯O時(shí)關(guān)斷負(fù)電源供電電子開關(guān)；通過MCU控制電源開關(guān)控制信號電平為邏輯O且負(fù)電源輸出電壓無效時(shí)，關(guān)斷正電源供電電子開關(guān)。
[0020]本發(fā)明的技術(shù)效果如下:
[0021]本發(fā)明涉及的雙電源供電及斷電時(shí)序控制裝置，包括PMOS場效應(yīng)管、NMOS場效應(yīng)管、第一 NPN三極管、第二 NPN三極管、PNP三極管、第一電阻、第二電阻、第一電容、第二電容、第三電容和第四電容等特定連接關(guān)系的硬件元件，PMOS場效應(yīng)管為正電源的控制主開關(guān)，NMOS場效應(yīng)管為負(fù)電源的控制主開關(guān)，第一 NPN三極管、第一電容和第二電容控制PMOS場效應(yīng)管柵極，并控制正電源的開通與斷開，PNP三極管、第一電阻、第二電阻、第三電容和第四電容控制NMOS場效應(yīng)管柵極，并控制負(fù)電源的開通與斷開。通過PMOS場效應(yīng)管和NMOS場效應(yīng)管等各硬件元件配合工作邏輯控制正負(fù)電源接通時(shí)序及關(guān)斷時(shí)序，使得在開通供電時(shí)，因正電源輸出電壓未建立，禁止開通負(fù)電源，只有當(dāng)正電壓輸出電壓建好后，才開通負(fù)電源；在關(guān)斷供電時(shí)，因負(fù)電源輸出電壓尚未回歸至零，正電源繼續(xù)保持開通，當(dāng)負(fù)電源輸出電壓回歸零后，再關(guān)斷正電源。這樣，可靠地保持開通及關(guān)斷供電時(shí)嚴(yán)格的時(shí)序關(guān)系，避免了現(xiàn)有技術(shù)通過程序控制雙電源供電及切斷會在野外較惡劣電磁環(huán)境下由于程序失控可能導(dǎo)致時(shí)序錯(cuò)亂以及發(fā)生電路鎖栓甚至損壞采集終端設(shè)備的問題，該裝置可以避免正、負(fù)電源供電及斷電時(shí)序錯(cuò)誤，避免電路鎖栓效應(yīng)，保證設(shè)備正常工作。
[0022]本發(fā)明雙電源供電及斷電時(shí)序控制裝置還設(shè)置第三電阻，在關(guān)斷供電時(shí)，第一電容和第二電容貯存的電荷可通過第三電阻放電，再導(dǎo)致PMOS場效應(yīng)管的源一柵電壓逐漸降低，當(dāng)PMOS場效應(yīng)管的源一柵電壓低于其開啟閾值電壓時(shí)，PMOS場效應(yīng)管關(guān)斷，正電源輸出電壓回歸至零，該結(jié)構(gòu)簡單易實(shí)現(xiàn)，通過分離的硬件元件邏輯控制工作，保證了雙電源供電及斷電時(shí)序準(zhǔn)確性。
[0023]本發(fā)明涉及的雙電源供電及斷電時(shí)序控制方法，與本發(fā)明所述的雙電源供電及斷電時(shí)序控制裝置相對應(yīng)，可理解為是實(shí)現(xiàn)上述雙電源供電及斷電時(shí)序控制裝置的方法，或者理解為是上述雙電源供電及斷電時(shí)序控制裝置的工作方法，采用PMOS場效應(yīng)管為正電源的控