一种按键防误触延时开关电路

1、应用背景

在我们日常生活中，用的最多的电子产品，比如电脑、手机等，一般都有开关机键，当我们想开机或者关机的时候，我们就必须长按（比如5s）才会产生动作响应。

图1  应用场景

这样设计的目的就是防止误操作，防止不小心碰到了，然后就开关机了，影响体感。

今天给大家分享一种按键防误触延时开关电路。

2、电路分析

该电路主要由PMOS管，NPN三极管和按键组成。由按键S1和软件GPIO1来控制MOS管Q1的通断，达到控制设备开关机的效果。

图2  电路

电路分析：

步骤一：

按键S1按下，MOS栅极被拉低，Vgs=Vg-Vs=VA-12V＜0V。

通过设定电阻R3，R4的阻值，为PMOS的Vgs提供一个合适的电压，因为不同MOS的gs不同，超过其工作范围，管子可能会坏。

阻值设定好后，MOS导通（电流流向路径①），电源12V向后级供电，比如DC/DC芯片，运放，单片机或电路其他部分；

图3  按键S1按下，电流方向

步骤二：

后级电路通电后，单片机开始工作，单片机的GPIO1产生一个高电平，从而三极管Q2开通，MOS管Q1栅极被拉低，MOS导通，完成供电自锁。自锁后，电路就就一直有电。

图4  Q2导通，电流方向

整个电路的工作过程很简单，那它是怎么做到防误触延时开关的呢？

细心的同学可能有注意到，图中还有一个GPIO2信号检测口：

当按键S1松开时，GPIO2被3.3V拉高，为3.3V高电平；

当按键S1闭合时，形成如图所示的电流回路，GPIO2被拉低，为0.7V低电平；

图5  按键S1按下，GPIO2检测电压发生变化

由上可知，单片机另外提供一个GPIO口用来检测控制信号（按键输入），我们可以设定一个时间，比如按键按下5s，即GPIO2从高电平变为低电平5s后，再触发GPIO1产生一个高电平，即使松开按键S1，MOS也会沿着电流路径②，从打开MOS，为后级负载供电。

这种情况下，在5s内GPIO1不是高电平，如果松开按键，Q1就不会打开，达到防误触开机的效果。

同理，当我们想关机时，假设长按5s关机，按下按键S1，单片机GPIO2检测到信号从高电平变为低电平5s后，再触发GPIO1产生一个低电平，这时松开按键，就可以关机了。

可以看出开关延时都是软件来做的，单片机开个定时器和IO口中断就可以解决。

可能有同学会问，图中D1，D2的作用是什么，可以不要吗？

图6  D1，D2的作用

①假设没有D1，即：D1短路。

当GPIO1为高电平时，Q2导通，GPIO2被拉低，MOS导通，此时按键不管怎么按都GPIO2都为低，即按键失灵，无法控制。

图7  没有D1，电流方向

如果有D1，就可以隔离三极管集电极低电平对于GPIO2控制检测口的影响，

即：当GPIO1为高电平时，Q2导通时，GPIO2不会产生变化，起到隔离作用。只能通过按键的开关来改变GPIO2的高低电平，进而通过控制按键按下的时间长短，来控制开关机。

②假设没有D2，即：D2短路。

图8  没有D2，电流方向

当按键松开、Q2关闭时，电流会沿着如图箭头所示路径，主电源12V会对单片机电源3.3V造成冲击，从而损坏单片机。

加上二极管D2，可隔离电源对于IO口和单片机电源的冲击。

另外二极管选型，选用普通的二极管即可。