断电延时型时间继电器的设计与实现

引言　　

时间继电器是一种延时功能由电子线路来实现的控制器。根据控制场合可选择使用如：通电延时型A;断电延时型F;星三角延时型Y;带瞬动输出的通电延时型C;间隔延时型G;往复延时型R;断开延时信号型K等规格以满足所需控制场合。

在上述延时类型应用中，在许多场合都需要用断电延时型继电器进行控制。例如需要控制一台电机，要求在按下停止按钮需要延时一段时间后，电机再重新启动工作，则就需用到断电延时继电器来实现以上功能。所谓断电延时继电器，是当时间继电器线圈通电时，各延时触头瞬时动作，而线圈断电以后触头呈延时置位工作状态，当所设延时到达后，延时触头又恢复为初始状态。断电延时型因其工作状态（在延时过程中不需外接工作电源）以及控制触点在断电延时过程中吸合触点（常开触点变为接通状态应保持接通状态;常闭触点变为断开状态，应呈保持断开状态）转换特殊性（与常规通电延时型时间继电器触点工作状态正好相反）来满足其控制要求。

断电延时型时间继电器由最早分离器件构成（延时精度低、延时时间短）;现用相应可编程定时集成电路或CMOS计数分频集成来完成延时，与之相比，具有延时精度高，延时时间长的特点。以此满足断电长延时的控制场合。　　

典型电路

断电延时继电器整体构成包括断电延时继电器电源部分（经降压、整流、滤波）以提供断电延时继电器内置瞬动电磁继电器和2绕组闭锁型R复位线圈工作）;二次电源部分（供断电后延时部分与2绕组闭锁型S置位线圈工作）;延时工作部分（可编程定时集成或CMOS计数分频集成）;驱动部分;执行继电器部分组成（图1）。

图1 控制框图

图2 分立器件原理图

由V2P沟道场效应管、V3、V4三极管以及继电器为主要器件构成的断电延时型继电器示于图2。如下：端加入工作电源后，C1~C5都按其回路完成充电过程（充电时间应参照产品规定的时间）。同时内部2绕组闭锁继电器R复位线圈得电工作（虚框内转换触点4与6由电源接通转为断开状态，4与8接通），相应外部触点进行转换端接通，呈延时工作状态）。　　

端工作电源呈断电时，则相应继电器进入延时工作状态。对V2 P沟道场效应管而言，随着C4经R6、RP2的放电，致使其源极S电压不断降低（在通电状态时，因UGS较小，ID为零，V2为截止工作状态），根据场效应管相应转移特性（漏极电流ID与栅源电压VGS间的关系曲线）当VGS电压达到VGS（Th）（开启电压）时，V2导通。随着V2导通，则漏电流ID经R4产生相应电压降，使V3三极管导通工作，最终致使V4也导通。当V4导通后，C5电容器上的储能将使2绕组闭锁继电器置位线圈通电工作，使延时触点又恢复原始状态，从而完成了断电延时工作。　　

该电路的缺点是延时参数不易于设定，通常要对RP2调整（控制C4放电回路）、RP1调整（确定V2栅极电压），并对C4、C3电容容量参数进行计算，再加上器件的离散性使延时误差较大，调整也不方便，现在基本上很少使用。　　

集成CD4060构成的延时电路示于图3。该电路核心延时由CD4060构成，延时设定由RP1与配置的C3来设定。内部2绕组闭锁继电器采用DC24V（采用较高工作电压的继电器，可降低其驱动电流，使驱动部分较为简单）。端加入工作电源，V1三极管工作，使其R复位线圈吸合工作，内部触点回至原始状态。C2、C4完成充电工作。

图3 CD4060集成原理图

端工作电源断电时，则进入相应的断电延时工作状态。IC○12引脚因C1放电在R3产生一个电平经R4加至○12引脚清零引脚清零，使其延时开始，延时时间经Q4~Q14（根据需求延时时间）来驱动V2工作，待延时到达后经VD7使其振荡停止。根据延时情况，对C2电容可进行相应的增大或减小（通过并联来完成C2的容量的增大或减小）C4电容来完成S置位线圈的工作。　　

该线路特点是延时设定方便，延时精度高，产品调整简便，目前使用较为广泛。　　

集成IC4541构成的延时电路示于图4。

图4 IC4541集成原理图

该电路核心部分由IC4541构成，延时设定由RP2、C*设定，A-B端根据需求接相应高、低电平（设定端）内部2绕组闭锁继电器采用DC12V（因继电器工作电压与IC4060组成延时电器要低，则为保证其驱动则分别由V6、V7、V1、V3构成）。其中C2为二次储能器件，可根据延时的长短予以调整，C4为完成S置位线圈工作。　　

总之采用由相应集成电路来完成延时的断电延时继电器，通常在选择集成上应考虑功耗低，闭锁继电器选择工作电压较高的继电器，从而使继电器在断电延时过程中的电能耗最小，以保证延时精确并可靠的工作。　　

工作时序图（图5）中延时t为在工作电源断开后，延时分断触点延时时间;如在延时过程中加入复位信号，则延时