Сенсорная ячейка TTP223B. Включение и выключение нагрузки одной кнопкой без фиксации. Защита от перенапряжения.

Сей обзор посвящен замечательной сенсорной ячейке TTP223B, но, поскольку обзоров на нее еще не писал только ленивый, я добавил немного гарнира и подливки.

В основном население закупает готовые модули с этой микросхемой, я лично готовые решения терпеть ненавижу, посему купил 20 штучек новеньких непаяных микросхем на эксперименты.
Сама по себе TTP223B представляет собой шестиногого клопа в корпусе SOT-23, назначение- «сенсорная ячейка», то есть по сути- «детектор прикосновения», призвана заменить собой механическое нажатие кнопки. Документацию на нее можно почитать, к примеру, здесь: ссылка



Схема включения очень проста. На микросхему подаем питание от 2 до 5,5 вольт, сама по себе микросхема практически ничего не жрет- с десяток микроампер максимум. Касаемся пальцем вывода 3 (входа), или электрически соединенного с ним металлического пятачка (sеnsor pad)- на выводе 1 (выход) при этом что-то происходит. Что именно происходит- определяется состоянием выводов 4 (AHLB) и 6 (TOG).

Вывод AHLB определяет состояние выхода «по умолчанию», например- в момент подачи на микросхему питания.
1. Если вывод AHLB болтается в воздухе- выход по умолчанию привязан к земле («ноль» на выходе), при этом через вывод выхода можно пропускать ток до 8 миллиампер.
2. Если же вывод AHLB привязан к питанию- то выход по умолчанию так же привязан к питанию («единица» на выходе), при этом через вывод выхода можно пропускать уже вдвое меньший ток- до 4 миллиампер.

Вывод TOG определяет режим работы микросхемы: прямой или триггерный. Тут лучше всего объяснить на пальцах:
1. Вывод TOG болтается в воздухе: прямой режим. Состояние выхода определяется состоянием входа. Допустим, по умолчанию на выходе у нас ноль. Касаемся пальцем входа- на выходе устанавливается единичка. Убираем палец- на выходе снова ноль. (Если по умолчанию на выходе единица- касание будет устанавливать на выходе ноль).
2. Вывод TOG привязан к питанию: триггерный режим. При каждом касании пальцем входа состояние выхода меняется на противоположное и остается таковым, если палец убрали. Допустим, на выходе у нас ноль. Коснулись пальцем входа- на выходе установилась единичка. Убрали палец- ничего не произошло, единичка осталась. Снова коснулись пальцем входа- на выходе стал опять ноль, убрали палец- ноль остался.

ВАЖНО! На схеме еще присутствует конденсатор между входом и землей, емкостью до 51 пикофарада, производитель рекомендует ставить его опционально «для корректировки чувствительности». Мне попадались отзывы от пользователей готовых модулей, что «микросхема глючная». Так вот- без этого конденсатора она воистину глючная и ставить его необходимо. Микросхема шибко чувствительная- настолько, что достататочно просто поднести к ней руку на расстояние в пару-тройку сантиметров- микросхема уже срабатывает. А вот если воткнуть между входом и землей маленькую емкостюшечку- микросхема перестает своевольничать и работает уже только на касание. Посему, у которых модули- проверьте наличие сего кондюка, при необходимости доукомплектуйте.

Теперь подливка и гарнир.
Собственно, был у меня налобный светодиодный фонарик… за сто рублей, из ларька. И светил тускло, и свет был мерзопакостный синий, и батарейки жрал аки конь, и вообще. Решил я его переделать по феншую- на более мощные светодиоды правильного спектра, и чтоб питались не абы как, а через DC-DC драйвер. Но это оказалось полбеды. Включение и выключение осуществлялось маленькой тактовой кнопочкой сбоку, причем в качестве управляющего элемента была какая-то микросхема типа «черная капля на плате», которую даже перепаять нельзя. И доставляла она мне кучу неудобств… При первом нажатии зажигала только четыре светодиода, при втором- восемь, при третьем- все сразу, при четвертом- начинала ими мигать, и только на пятом нажатии выключала, наконец, фонарь. Бесило жутко. Я хочу просто чтоб «вкл» и «выкл», на кой мне еще мигаторы эти?!
В общем, встал вопрос о достойной альтернативе.
Я пробовал по-всякому. Пробовал сделать простенький триггер на клопе 74lvc1g74- тщетно. Не хотел он работать, хоть плачь. Почему- я так и не выяснил, народ на форумах выдвинул предположение, что, несмотря на наличие триггера Шмидта по входу на схеме в документации, в реальности сей триггер отсутствует, и микросхема ловит любой дребезг- но это лишь гипотеза. Причем 74HC74 в той же схеме включения работала идеально, но на плату мою не лезла. :( Далее мне где-то попалась простенькая схемка на двух мосфетах- условно работала. Условно- потому что очень сильно зависела от параметров мосфетов, от температуры окружающего воздуха (на морозе не работала), и от кучи прочих факторов. К тому же, стоило повесить ей на выход хоть какую емкость- работать отказывалась наотрез. В общем, не вариант. От отчаяния я стал рыть форумы, и там где-то кто-то кому-то сказал «Используй TTP223B, Люк!» Я задумался…
Но у меня- тактовая кнопка, и впаивать вместо нее медный цилиндрик, к примеру, мне совершенно не хотелось… Теряется герметичность, можно коснуться случайно, и вообще не по-джедайски.

Первый же эксперимент выявил следующее: сенсорную ячейку можно использовать не как сенсорную ячейку. Можно не припаивать к ней никаких металлических пятачков и ничего руками не касаться, а наоборот- припаять тактовую кнопку. Между входом и питанием. Работает отлично!

Микросхема в триггерном режиме, в качестве силового элемента- мосфет. Обратите внимание- тут N-мосфет, в момент подачи питания он должен быть закрыт, потому вывод AHLB болтается в воздухе- на выходе по умолчанию «ноль». Если будет использоваться P-мосфет (например, АО3401), то вывод AHLB надо привязать к питанию.
ТТР223B в данном варианте применения была запихнута уже в четыре разных устройства- везде и всюду работает безукоризненно! Первое нажатие тактовой кнопки включает нагрузку, второе- отключает, именно то, что я хотел!

Вот, например, полузапаяная готовая плата для фонарика. Микросхема настолько мелкая, что легко умещается «в поддоне» тактовой кнопки:


Ну и добавочка… к обозреваемой микросхеме она не имеет отношения, но может вдруг оказаться кому полезной.
Я подумал: фонарик у меня на батарейках, а вдруг, пока я сплю, с планеты Нибиру прилетят рептилоиды, и вместо двух батареек АА всунут мне два аккумулятора 14500, специально чтоб меня расстроить, раз уж вирус меня не берет? Погорит же всё!
Посему, была сочинена очень простенькая схемка защиты от перенапряжения, на схеме она в прямоугольничке:

Идею я почерпнул с какого-то форума, в качестве детектирующего элемента- широко известный и доступный регулируемый стабилитрон TL431. Для пущего понимания я приведу упрощенную схему его внутренностей:

Как работает защита: пока напряжение на выводе «Reference» не превышает 2,5 вольт- транзистор внутри стабилитрона закрыт и ток через стабилитрон почти не протекает. При этом мосфет VT1 тоже закрыт, а затвор мосфета VT2 привязан через резистор R5 к земле- поэтому VT2 открыт и ток от источника питания течет в нагрузку. Как только напряжение на Reference превысит 2,5 вольта- через стабилитрон начнет протекать некоторый ток, разность потенциалов истока и затвора VT1 превысит пороговую- VT1 откроется и зажжет светодиод. Напряжение на затворе VT2 при этом составит почти полное значение напряжения питания (падением на VT1 можно пренебречь)- VT2 закроется и отключит нагрузку. Величина напряжения питания, при котором срабатывает защита, определяется номиналами R1 и R2, при указанных- примерно 4,4 вольта (чтоб можно было питаться от одного Li-pol аккумулятора). Вместо этих резисторов можно поставить переменный- и установить сколько надо. Чисто теоретически- можно было вместо двух P-мосфетов тупо взять один N-мосфет, и подключить его напрямую к стабилитрону- но я не был уверен что напряжение на стабилитроне в момент срабатывания окажется достаточно низким для закрытия N-мосфета, поэтому сделал «наоборот» и с гарантией.
Схема была собрана и успешно испытана. Может пригодиться в том случае, если у вас в наличии, к примеру, три разных сетевых адаптера- на 3,3 вольта, на 5 вольт и на 12 вольт, у них у всех одинаковые стандартные разъемы, и вы боитесь сжечь свою самоделку, подключив случайно «не тот».

Примечание: AO3400, AO3401 и TL431 полный алиэкспресс, сразу по сто штук продаются за копейки, но писать по ним отдельные обзоры мне лично лень…