Иногда некоторым устройствам необходима задержка отключения питания, чем остальной части электронной схемы. И электропитание должно быть отключено автоматически через определенный период времени. Именно для этой задачи и пригодится представленная схема, она будет включать нагрузку сразу после подачи напряжения и отключать ее через определенное установленное время после его исчезновения.
Краткие характеристики устройства
• поддержание работы реле в течение заданного времени после исчезновения управляющего сигнала
• плавная регулировка времени выдержки от 11 с до 15 мин.
• сигнал управления положительное постоянное напряжение
со значением 10В-45В
• напряжение питания 18В-43В
• размеры платы 80x35 мм
Принципиальная схема выключатель питания с задержкой представлена на рисунке.
Единственными активными элементами являются три каскада И-НЕ микросхемы и два транзистора, конечно, не считая стабилизатор. Вход управляющего сигнала (линия TRIG) заземляется резистором R1. Диоды D1 и D2 ограничивают его значение до такого уровня, чтобы не вывести из строя последующие цепи. Резистор R2 ограничивает ток этих диодов и в сочетании с конденсатором С2 представляет собой простой фильтр нижних частот, устраняющий импульсные помехи, которые могут случайно вызвать срабатывание устройства. Резистор R3 ограничивает ток защитных диодов, встроенных в структуру затвора US1B. Его входы соединены вместе, поэтому он ведет себя как инвертирующий триггер Шмитта. Каскад US1A работает как обычный буфер, так что весь этот элемент не меняет логическое состояние.
Установка высокого уровня через выход каскада US1A включает транзистор Т1. При протекании тока стока, происходит разрядка конденсатора С2. Резистор R5 ограничивает скорость этого разряда, чтобы через транзистор Т1 не протекал слишком большой мгновенный ток, и не вызвал его повреждение. Устройство может оставаться в этом состоянии сколь угодно долго. Напряжение на конденсаторе C2 тогда теоретически будет равно нулю, а на практике немного больше нуля, порядка нескольких десятков милливольт. Это результат работы делителя напряжения, созданного резистором R6, включенным последовательно с потенциометром P1 и R5 и с RDson транзистора T1.
Затвор US1C проверяет напряжение на обкладках C2. Если оно достаточно низкое, он интерпретирует его как низкий уровень и включает транзистор Т2, который питает катушку реле. Поэтому контакты реле переключаются практически сразу после появления управляющего сигнала. После исчезновения сигнала потенциал затвора Т1 упадет до нуля, т.е. он будет закрыт. Резистор R6 и потенциометр Р1 будут медленно заряжать конденсатор С2 – чем медленнее, тем больше их результирующее сопротивление. Зарядка будет длиться очень долго, но самым важным является момент, когда узел US1C распознает потенциал своих входов как логическую «1». Катушка реле при этом выключится.
С2 продолжит заряжаться до напряжения, питающего эту часть схемы, но это не имеет значения. Реле останется выключенным до следующего разряда C2. Напряжение питания схемы может находиться в широких пределах и поэтому стабилизатор напряжения выполнен на нескольких дискретных элементах для повышения устойчивости к помехам. Кроме того, на его входе имеется D4, отсекающий импульсы напряжения, превышающие 43 В.
Схема собрана на двухсторонней печатной плате размерами 80х35 мм. Возможный вариант исполнения представлен на рисунке.
В прототипе минимальное измеренное значение времени задержки составляет 11 с, а максимальное — 15 мин. Следует учитывать, что на этот параметр будет влиять температура окружающей среды, поскольку изменяется емкость электролитического конденсатора С2. Подключение схемы не должно вызвать затруднений, на разъем J1 должно быть подано питание (VCC) и заземление (GND). Управляющий сигнал, например, должен быть подключен между клеммой IN и массой. Чтобы обеспечить большую температурную стабильность, можно попробовать поменять конденсатор С2 на танталовый, помня о номинальном напряжении, что и в случае оригинального, электролитического.
Ток потребления от источника питания составляет 9 мА при отключенном реле и 38 мА при его включении. Это значения, измеренные в прототипе при напряжении питания 24 В. Напряжение питания может варьироваться от 18 В до 43 В. Столь широкий диапазон делает схему устойчивой к помехам. Когда напряжение постоянно превышает 35 В, стоит установить транзистор Т4 на небольшой теплоотвод. Сигнал управления частично фильтруется от помех, которые могут вызвать автоматическое срабатывание реле. Минимальную длительность управляющего импульса можно установить примерно 1 с, а максимальную длительность — произвольной. На этом все.