一种新型的电子自锁式开关

广东乐源数字技术有限公司　李　斌　赵伟娟

一种新型的电子自锁式开关

广东乐源数字技术有限公司李斌赵伟娟

采用JK触发器，与常开式按键开关结合，构成一种新型的自锁式开关，这种开关为纯电子式，结构简单，成本低，稳定可靠，实用性强。【关键词】自锁开关；电子开关

1.引言

目前自锁式开关一般采用机械自锁开关，利用弹簧将触点弹起，再利用卡位限制实现常开或常闭功能，但这种开关在电气会造成电压抖动，弹簧易损坏，长时间或按键次数多而导致功能失效，另外导通电流也受触点限制，而且这种开关结构上体积大，按键手感差，按键行程长。

另一种开关如专利［1］所述，采用可控硅或三极管，及电容充放电的延时来实现自锁功能，在此种形式的开关电路中，若按下按键长时间不放，则该电路会发生周期性的跳变，其跳变周期由电容大小决定，电容越大，周期越长，因此这种开关在开关频率较高的场合不适用，且随着电容容值增大，电容体积也会增大，这就影响了整个电路的体积；反过来，电容容值越小，电容存储的电量越小，跳变周期就越短，若不及时松开按键，开关就会反复跳变，自锁性能也将受到影响。

还有一些常用的自锁开关是通过单片机或PLD，进行程序控制，这种开关电路虽然可以解决以上两种开关的缺点，但这种电路结构复杂，需要编程处理，成本高。

2.JK触发器

JK触发器是数字电路触发器中的一种基本电路单元。JK触发器具有置0、置1、保持和翻转功能，JK出发起属于时序电路，每一次的动作都有时钟信号触发；在各类集成触发器中，JK触发器的功能最为齐全。在实际应用中，它不仅有很强的通用性，而且能灵活地转换其他类型的触发器。JK触发器的功能可由下面的真值表表示，如表1所示。

表1　JK触发器真值表

其中Qn为当前时刻的Q的输出值，Qn+1为下一时刻Q的值，Qn’为Qn的非，J，K为JK触发器的两个输入，

由表1可得JK触发器特征方程：

Qn+1=J Qn’+K’ Qn（1）

由此 可以得到一个特殊状态：J=K=1时，Qn+1=Qn’，也就是说在J=K=1时，每输入一个时钟脉冲，触发器就翻转一次电平。

3.基于JK触发器的自锁开关

由JK出触发器的特性，改进如下电路，如图1所示。

图1　自锁电路

AN为常开式按键开关，U1为JK触发器，J端和K端均接电源VCC，即J、K均接高电平，逻辑为1；Q端为输出，图中Q’没用所以空接。

开关AN接在JK触发器的CP端，即时钟输入端，且并联一个电阻R5和电容C1，电阻R5是为了在开关AN断开时保证CP端的低电平，给电容C1放电；电容C1是可以在开关断开和闭合是给CP端口一个连续的电压，即电阻R5和电容C1构成一个RC放电回路，为按键开关提供了一个稳定的上升沿和下降沿；JK触发器U1的输出Q脚，接一个三极管Q2的基极，三极管Q2为NPN型三极管，MOS管Q1为P沟道MOS管，三极管Q2和MOS管Q1构成了一个晶体管开关电路，即Q输出高电平，Q1的D极和S极导通，负载RL得到VDD的供电，相应的，若想实现物理开关，此开关电路可改为继电器电路。

当开关AN为工作时，处于常开状态，此时由于R5的下拉作用，U1的CP端处于低电平，当AN按下去时，VCC电源给C1充电，CP端电压上升直至等于VCC电压，当AN松开，C1对R5放电，CP端电压下降直至低电平，此处CP端电压上升和下降速度由R5和C1决定：

T=1/ζ=1/RC（2）

我们设定此速度符合CP的触发速度，这样按键AN相当于成为了JK触发器U1的时钟信号；由于J和K端接VCC高电平，所以在按键每按下一次，就会给JK触发器时钟端一个上升沿或下降沿，输出Q便会进行一次翻转（即高变低或低变高），这样后级的开关电路就会进行一次开或关的动作，也就是说，比如按键按一下，开关开，再按一下，开关关，这样便实现了自锁的功能。

此电路优势在于，JK触发器CP端的频率可以很高，远远大于人按按钮的速度；按钮的触发是边沿触发，无论按键按下多久，都只会触发一次，因此低频和高频都能实现自锁，自锁稳定性高。而且这种电路使用寿命仅由常开式按键开关决定，其他电路部分寿命很长，所以只需要使用寿命长的按键开关就可以使得这种开关电路寿命长，再者，即便按键开关劳损，更换之即可，无需更换整个开关电路。

4.结论

本文设计了一种新型自锁开关路，采用JK触发器的翻转功能，利用JK出发器的时钟脚，每给一个时钟脉冲，JK触发器的输出就进行一次高低电平的翻转，再利用这个翻转控制后面的晶体管开关电路或继电器开关电路，来实现自锁的功能。这种方式的开关电路，结构简单，成本低，控制稳定，使用寿命长。

李斌【通讯作者】（1988—），湖南长沙人，男，硕士，现工作于广东乐源数字技术有限公司。

赵伟娟（1989—），山东菏泽人，硕士，现工作于广州西门子变压器有限公司。

［1］刘德军.具有自锁功能的单键控制开关［P］.中国：102361447A，2011-06-01.

［2］李斌，黄冠明.一种电子式自锁开关［P］.中国：204821409U，2014-08-14.