Switch ON/OFF Soft Latching

บทความนี้เป็นไอเดียของการออกแบบสวิตช์เพียง 1 เดียวเพื่อใช้ในการเปิด/ปิด การทำงานของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ต่างๆ แบบง่าย ใช้อุปกรณ์น้อย และยังประหยัดพลังงานไฟฟ้าในการทำงานขณะสแตนบาย (Standby mode) ซึ่งเราสามารถนำไปประยุกต์ใช้งานต่างๆ ได้หลายรูปแบบ โดยในบทความนี้จะของยกตัวอย่างของวงจรการทำงานในแต่ละสเตจ ซึ่งเป็นที่นิยมใช้งานกัน เพื่อให้เข้าใจลักษณะของการทำงานได้ง่ายขึ้นครับ

วงจรที่ยกมานำเสนอนี้เป็นวงจรที่เราค้นหาได้ทั่วไปในอินเตอร์เน็ต แต่บางครั้งอาจจะความเข้าใจได้ยากบางส่วน ดังนั้นจึงนำวงจรที่เป้นที่นิยมใช้มาอธิบายเพื่อให้ท่านสามารถเข้าใจลักษณะการทำงานของวงจรในลักษณะนี้ได้ง่ายขึ้น ซึ่งจะมีก้วยกัน 4 แบบครับ

รูปที่ 1 เป็นวงจรแบบง่ายสำหรับการเปิดและปิดการจ่ายไฟเลี้ยงจากตำแหน่ง Vi (Voltage input) ไปยัง Vo (Voltage output) โดยเราจะพิจารณาจากในช่วงสเตจแรกคือ เมื่อมีไฟเลี้ยงมายังวงจรแล้วตำแหน่ง Vi จะทำให้ทรานซิสเตอร์ Q4 ได้รับไบอักลับจากตัวต้านทาน R7 และ R8 ซึ่งทำให้ไม่มีไฟเลี้ยงไปยังตำแหน่ง Vo

จากนั้นในสเตจที่สองเมื่อเราต้องการให้วงจรทำงานโดยการกดที่สวิตช์ S3 และเมื่อเรากดที่สวิตช์ S3 แล้วจะทำให้ทรานซิสเตอร์ Q4 ได้รับไบอัสตรง เป็นผลให้มีกระแสไหลผ่านจากขา E ไปยังขา C และจ่ายให้กับโหลด Vo ในช่วงเวลานี้กระแสส่วนหนึ่งจะไหลผ่าน R5 และมาไบอัสตรงให้กับทรานซิสเตอร์ Q3 เป็นผลให้วงจรสามารถจ่ายกระแสไฟได้ตลอดเวลา จากนั้นถ้าเราต้องการให้วงจรหยุดการจ่ายกระแสไฟฟ้า ให้เรากดที่สวิตช์ S2 โดยสวิตช์ S2 นี้จะทำหน้าที่ไบอัสกลับให้ทรานซิสเตอร์ Q3 ซึ่งเป็นผลให้ทรานซิสเตอร์ Q4 หยุดการนำกระแส ซึ่งกลับไปสู่สภาวะเริ่ใต้นเช่นเดิมนั้นเอง

รูปที่ 2 จะเป็นลักษณะคล้ายกับในวงจรรูปที่ 1 แต่จะใช้สวิตช์ในการเปิดและปิดการทำงานเพียง 1 ตัว คือ เมื่อมีไฟเลี้ยงมายังวงจรที่ตำแหน่ง Vi ในช่วงเวลานี้จะทำให้ทรานซิสเตอร์ Q1 ได้รับไบอัสกลับจากตัวต้านทาน R1 และ R2 และจะมีกระแสไฟเลี้ยงส่วนหนึ่งเข้ามาเก็บประจุที่ C1 โดยที่ตัวเก็บประจุ C1 จะมีประจุเป็นไฟเลี้ยงใกล้เคียงกับค่า Vi เก็บเอาไว้

จากนั้นเมื่อเราต้องการให้วงจรเริ่มทำงานโดยการกดที่สวิตช์ S1 ซึ่งเป็นผลให้ประจุไฟฟ้าที่ C1 สามารถจ่ายกระแสไบอัสตรงให้กับทรานซิสเตอร์ Q2 และเป็นผลให้ทรานซิสเตอร์ Q1 ได้รับไบอัสตรงด้วย จึงมีกระแสไหลผ่านที่ขา E ไปยังขา C โดยกระแสนี้จะจ่ายให้กับโหลด และกระแสอีกส่วนหนึ่งจะไหลผ่าน R4 มาไบอัสตรงให้กับทรานซิสเตอร์ Q2 อีกทางหนึ่งซึ่งจะทำให้การทำงานของวงจรคงไว้ตลอดเวลา โดยในช่วงเวลานี้ Q2 ก็จะทำหน้าที่คายประจุที่ C1 ด้วยผ่าน R3 เพื่อรอการกดสวิตช์หยุดการทำงาน

การหยุดการทำงานของวงจรโดยการกดที่สวิตช์ S1 อีกครั้ง ซึ่งจะหมายความว่าทรานซิสเตอร์ Q2 จะถูกไบอัสกลับชั่วขณะที่เกิดจากกระแสที่ไหลผ่าน R4 จะถูกต่อลงกราวด์ผ่าน C1 ซึ่งผลที่เกิดขึ้นทำให้วงจรหยุดการทำงานหรือไม่จ่ายไฟเลี้ยงไปยังโหลดนั้นเอง

รูปที่ 3 เป็นวงจรอีกแบบหนึ่งซึ่งเป็นการออกแบบวงจรที่ตรงไปตรงมาและใช้มอสเฟต Q6 ชนิด P-channel เป็นตัวจ่ายกระแสไฟเลี้ยง คือ ในช่วงเวลาแรกมอสเฟตจะได้รับไบอัสกลับจาก R10 โดยในช่วงเวลานี้จะไม่มีกระแสไฟจาก Vi ไปยัง Vo แต่จะมีตัวต้านทาน R9 จะทำหน้าที่เริ่มการทำงานให้วงจร

โดยการเริ่มการทำงานนั้นจะเกิดจากกระแสไฟเลี้ยงที่มาจาก R9 จะรอการกดสวิตช์ S4 เมื่อเรากดที่สวิตช์ S4 (ON) ก็จะทำให้มีกระแสเข้าไปไบอัสตรงที่ทรานซิสเตอร์ Q5 และในช่วงนี้เอง ก็จะเป็นผลให้มอสเฟต Q6 ได้รับไบอัสตรงด้วย และมีกระแสไหลผ่านระหว่างขา S ขา D และกระแสส่วนหนึ่งจะไหลผ่าน R6 เข้ามาไบอัสทรานซิสเตอร์ Q5 อีกส่วนหนึ่ง ซึ่งทำให้วงจรสามารถคงสภาวะการทำงานค้างไว้ อีกส่วนหนึ่งที่ R11 ก็จะทำหน้าที่ประจุไฟเลี้ยงมายัง C2 ซึ่งในสภาวะนี้ Q7 ที่ตำแหน่งขา C จะมีค่าความต้านทานต่ำเพื่อรอสถานะการหยุดการทำงาน (OFF)

จากนั้นเมื่อเราต้องการให้วงจรหยุดการทำงานได้โดยให้กดสวิตช์ S4 อีกครั้ง โดยในตอนนี้จะทำให้กระแสที่ไหลผ่าน R6 ไปยังทรานซิสเตอร์ Q5 หยุดการจ่ายชั่วขณะ โดยกระแสส่วนนี้จะไหลผ่านทรานซิสเตอร์ Q7 ลงกราวด์แทน ซึ่งเป็นการหยุดการทำงานของวงจรนี้นั้นเอง

ในรูปที่ 4 จะเป็นวงจรหนึ่งที่ใช้มอสเฟตชนิด P-channel ในการทำงานด้วยวิธีการคือ ในสภาวะแรก ตัวมอสเฟต Q9 จะได้รับไบอัสกลับเช่นกัน ด้วย R16 และ R14 โดยในสถานะนี้เป็นการหยุดนำกระแสระหว่าง Vi และ Vo

จากนั้นเมื่อเราต้องการให้วงจรเริ่มทำงานโดยการกดสวิตช์ S5 ซึ่งการกดสวิตช์นี้เป็นผลให้มอสเฟต Q9 ได้รับไบอัสตรงชั่วขณะและเป็นผลให้มีกระแสไหลผ่านระหว่างขา S และขา D โดยแสนี้เองจะเป็นไฟเลี้ยง Vo ไปยังโหลด (RL) กระแสส่วนหนึ่งจะไหลผ่าน R15 เข้ามาไบอัสตรงที่ทรานซิสเตอร์ Q10 ซึ่งเป็นการไบอัสตรงให้กับมอสเฟตอีกส่วนหนึ่ง และทำให้เป็นคงสภาวะการทำงานค้างไว้ นอกจากนั้นกระแสที่ Vo ก็จะไหลผ่าน R13 และมาเก็บประจุที่ C4 ไว้ซึ่งจะมีค่าแรงดันประมาณ Vi

สำหรับการหยุดการทำงานนั้นให้เรากดที่สวิตช์ S5 อีกครั้ง ซึ่งในตอนนี้จะเป็นผลให้แรงดันที่ตัวเก็บประจุ C4 จะเป้นไบอัสกลับให้กับมอสเฟตอีกครั้ง และทำให้วงจรหยุดการจ่ายกระแสไปยังโหลดและเป็นการเริ่มรอบการทำงานใหม่นั้นเอง

กับบทความที่นำเสนอนี้น่าจะเป็นไอเดียเล็กๆ ให้ท่านนำไปทดลองและใช้งานในด้านต่างๆ หรือจะนำไปปรับปรุงให้สามารถจ่ายกระแสและแรงดันให้กับโหลดได้สูงขึ้น เพื่อนำไปใช้งานจริงได้หลากหลายนะครับ.

Reference

1. https://electronics.stackexchange.com/questions/304133/need-a-soft-latching-power-on-off-that-starts-off
2. https://electronics.stackexchange.com/questions/316777/latching-circuits-problem-above-input-voltage
3. https://www.electronics-lab.com/project/simple-soft-latch-switch-using-push-button/
4. https://www.edn.com/latching-power-switch-uses-momentary-pushbutton/