交叉耦合锁存开关 图 1显示了以交叉耦合方式连接的两个开关电路，其中每个开关都由其自己的瞬时按钮打开和关闭，并且每当另一个开关打开时也会关闭。这种相互抵消行为适合于汽车指示器等应用。
图 1交叉耦合开关独立开启但相互抵消。 两个开关电路完全相同，互为镜像，即 R1a 提供与 R1b 相同的功能，Q1a 的行为与 Q1b 完全相同，依此类推。此外，除了额外的交叉耦合元件（C2、D1、D2、R6、R7 和 Q3）外，每个电路与上一个设计方案图 1(a) 中所示的电路基本相同，您可以在该设计方案中找到有关基本电路工作原理的详细描述。请记住，根据负载的性质，R5 可能是或不是必需的，对于电机等负载，可能需要在 OUT (+) 端子和负载之间安装一个阻塞二极管。 为了理解交叉耦合的工作原理，假设开关 (a) 当前处于关闭状态，开关 (b) 处于打开状态，这样 Q1a 和 Q2a 就处于关闭状态，而 Q1b 和 Q2b 都处于导通状态，并通过 R3b 和 R4b 为彼此提供偏置。如果现在按下瞬时按钮 Sw1a，Q1a 和 Q2a 就会打开，开关 (a) 就会锁定在其通电状态。在 Q2a 打开的瞬间，电流脉冲通过 D1a、C2a 和 R7a 传送到 Q3a 的基极，导致 Q3a 瞬间打开，从而短暂地将 Q1b 的基极短路至 0V。Q1b 和 Q2b 现在都关闭，开关 (b) 就会锁定在其关闭状态。开关 (a) 现在锁定在其通电状态，开关将保持此状态，直到按下任一按钮开关。因此，如果现在按下 Sw1b，Q1b 和 Q2b 就会打开，开关 (b) 会锁定在其通电状态，并且 Q3b 会暂时打开，从而导致 Q1a 和 Q2a 关闭。 Q3 短暂脉冲开启的时间长度由 C2-R7 时间常数决定，并且必须足够长以使对面的 MOSFET 完全关闭。请记住，当 Q1 关闭时，必须通过与 R3 串联的 R1 完全移除 Q2 栅极上存储的电荷。一些“大型”（高电流）MOSFET 的栅极电容为数十纳法拉，因此当 R1 = R3 = 10kΩ 时，栅极完全放电可能需要几毫秒的时间。现在，当 C2 = 100nF 和 R7 = 10kΩ 时，Q3 会将 Q1 的基极钳位约 5ms，这应该足以关闭大多数 P 沟道 MOSFET。 在上述电流脉冲结束时，C2 上存储的电压将大致等于电源电压 +Vs。如果没有二极管 D1，该电压将使 Q1 保持导通状态，从而阻止开关关闭。如果电路中有 D1，阻断作用可使开关正常关闭，这样当 Q2 关闭时，C2 上的电压将通过 R6-D2-R7 形成的路径放电。 尽管开关 (a) 和开关 (b) 完全相同，但它们不需要共享相同的电源电压，即 +Vs(a) 和 +Vs(b) 不需要相等，可以来自不同的电源。但是，为了使图 1 中的电路实现交叉耦合，开关 (a) 和开关 (b) 必须共享一个公共接地回路 (0V)。对于存在此问题的应用，可以用光耦合器 (图 2 ) 代替 Q3a 和 Q3b，这允许每个开关拥有自己的接地回路，并与其他开关电气隔离。大多数普通光耦合器都应该可以完美工作，但请记住，光耦的 LED 需要比晶体管更高的驱动电压，因此如果电源电压 +Vs 相当低，则可能需要降低 R7 的值（并相应增加 C2）。
图2光耦合器可实现完全隔离的交叉耦合开关。 带定时输出的锁存开关 某些应用可能需要一个在预设时间后自动关闭的锁存开关。图 3显示了实现定时输出的一种相当简单的方法，其中 Q1 从单个晶体管变为达林顿对，电容器 C2 插入 Q2 漏极和 R4 之间。与之前一样，瞬时按钮 Sw1 用于控制电路。当开关闭合时，Q2 导通并通过 C2 和 R4 向达林顿基极提供偏置电流。电路现在锁存到其通电状态，Q2 通过 Q1 保持导通。
图 3对基本开关电路进行微小改动，可以实现预设定时输出。 C2 现在开始充电，C2 和 R4 连接处的电压下降，下降速率主要由 C2-R4 时间常数决定。随着电压下降，通过 R4 传输到达林顿的基极电流也下降；终，达林顿的集电极电流变得太小，无法为 Q2 提供足够的栅极驱动，MOSFET 关断。开关现在恢复到解锁状态，C2 通过 D1 和与 R5（如果安装）并联的负载放电。请注意，只需按下按钮，就可以在定时“开启”期间的任何时间点解锁开关 - 无需等到输出超时。 达林顿对提供的高电流增益允许使用较大的 R4 值（大约几兆欧姆）来产生较长的时间常数。由 15V 电源供电的测试电路产生的“导通”时间范围从 C2 = 1?F 和 R4 = 1MΩ 时的约 9 秒到 C2 = 10?F 和 R4 = 10MΩ 时的 15 分钟多一点。将 C2 增加到 100?F 可使“导通”时间远远超过两个小时。 虽然该电路适用于要求不高的应用，但它也存在一些缺点，可能会限制其适用性。达林顿的电流增益（可能因器件和温度的不同而有很大差异）在确定电路的时间常数方面起着重要作用，因此该电路不适合需要控制“开启”时间的应用。同样，电源电压的变化也会影响“开启”时间。 此外，达林顿管集电极电流逐渐减小的事实导致 MOSFET 相对缓慢地关闭。这种影响可以在示波器（图 4 ）中看到，该图显示了使用FDS6675A MOSFET 作为 Q2（R4 = 1MΩ）的 15V 供电电路的输出，负载为 500Ω 。请注意，输出从 15V（“开启”状态）转换到 0V（“关闭”状态）需要近三毫秒的时间。这种缓慢的关闭对于轻负载来说可能是可以接受的，但对于切换大电流的 MOSFET 来说，这并不是理想的行为。
图 4对于轻负载，缓慢关闭可能是可以接受的。 图 5显示了该电路的改进版本，其中达林顿已被双开漏/开集比较器 (IC1) 取代，R5 已被分压器 R4-R5 取代。R6-R7 分压器产生参考电压 Vref（比较器电源电压 Vcs 的恒定部分），为两个比较器提供稳定的参考。
图5改进后的电路可提供准确的时序、快速的切换以及对电源电压变化的免疫力。 当首次按下按钮开关时，Q2 会打开，为负载通电，同时正向偏置 D1，为比较器提供电源电压 Vcs。现在，如果 R4/R5 = R6/R7，电压 Vx 将略大于 Vref，导致 IC1a 的输出晶体管打开。其输出变为低电平（接近 0V），从而通过 R3 为 Q2 提供栅极偏置。 电路现在锁定在其“开启”状态，定时电容器 C4 开始通过 R8 充电，C4 上的电压 Vc 呈指数上升。当 Vc 刚好超过 Vref 时，比较器 IC1b 跳闸，其输出晶体管导通，将 Vx 拉低至 0V。IC1a 的输出晶体管现在关闭，由于 Q2 不再具有栅极驱动，MOSFET 关闭，开关解锁。C4 现在通过 D2-R6-R7 路径相对快速地放电。与更简单的电路一样，只需按下按钮即可随时解锁开关。 阻断二极管 D1 具有双重功能。当 Q2 关闭时，它将 R2 与 C2 上存储的电荷隔离开来，从而确保开关正确解锁。此外，当开关关闭时，它还可以防止 C2（和 C4）通过负载快速放电。这为比较器在 Q2 关闭时保持供电提供了短暂的时间，从而确保电路有序关闭。从开关输出而不是电源电压为比较器供电可满足本文中所有电路的基本要求，即（就像机械开关一样）“关闭”状态下的功耗为零。 图 6显示了电路的时序方程以及使用 IC1 = TLC393、R4 = R6 = 10kΩ、R5 = R7 = 22kΩ 和 +Vs = 15V 构建的测试电路的结果。请注意，Vcs 不包含在方程中，因此“开启”时间在很大程度上不受电源电压变化的影响。
图 6以下是图 5 中电路的时序方程和测试结果。 除了 C4 = 100F 的情况外，测量结果和理论结果非常吻合，这种情况产生的“开启”时间比计算值长得多。这很可能是由于用于该测试的电解电容器内部泄漏造成的（1?F 和 10?F 测试使用的是非电解电容器）。使用合适的组件，可以实现超过一小时的“开启”时间。 忽略 D1 两端的压降，比较器电源电压与直流电源电压 (Vcs ≈ +Vs) 大致相同，这会影响可使用的比较器类型。TLC393双微功率比较器是理想的选择，因为它们的功率要求极小，输入偏置电流极低（通常为 5pA），但它们的电源电压限制在 16V 左右。LM393提供相同的功能，可在高达 30V 的电源电压下使用。但是，电源电流大于TLC393，输入偏置电流相对较大（通常为 ?25nA），这会影响 C4 的充电速率。选择 R4-R7 的值时，请确保 Vx 和 Vref 不超过比较器的共模电压上限（TLC393 和 LM393 的 Vcs 大约低于 1.5V）。 除了提供对定时输出的相当的控制外，该电路从“开”到“关”状态的转换比图 3 的简单电路快得多。图 7所示的示波器显示了由 15V 供电的测试电路的输出，使用与简单电路相同的 500Ω 负载和 FDS6675A MOSFET。与图 4 中略显迟缓的响应相比，从完全“开”到完全“关”的切换时间大大改善，约为 100s。
图 7对电路进行修改后，可以从“开”到“关”实现更快速的转换。 选择元件 上述电路中使用的双极晶体管和二极管没有特殊要求。只要额定电压为电源电压，大多数具有良好电流增益的 NPN 双极晶体管都适用。P 沟道 MOSFET 的漏源电压、电流处理和功率耗散的额定值必须与高端驱动器电路中使用的任何器件相同。但请注意，某些类型的 MOSFET 的栅极源电压限制远低于漏源电压额定值。例如，IRFR9310 等器件的漏源电压额定值为 ?400V，而栅极源电压限制为 ± 20V。如果您的应用需要非常大的电源电压，则可能需要在 MOSFET 的栅极和源极之间安装一个保护齐纳二极管，以便将栅极电压钳位到安全水平。 虽然所有电路都使用了按钮开关，但可以用簧片继电器（提供磁激活开关）或其他类型的瞬时触点来代替。的要求是触点必须相对于供电轨电气“浮动”。
