专利名称：电子型时间继电器的制作方法
技术领域：
本申请涉及一种时间继电器的改进，根据本申请的构思可以制成一种无切换触点的，电子型时间继电器。
目前，工业部门中常用的晶体管时间继电器，其输出控制是通过电磁继电器来实现的，由于触点切换时所产生的电弧，造成触点烧蚀，使该时间继电器寿命短，如晶体管时间继电器的标称寿命为10万次，而往往动作不足10万次，就因触点烧蚀而损坏，即使寿命能达到10万次，对于现代动作频繁的自动机械来说，也不能满足使用要求。
本实用新型的目的，是提供一种电子型的时间继电器，它采用大功率晶体管，或双向晶闸管作为输出控制器件，所以，是一种无切换触点的时间继电器，本实用新型的特点是寿命长，正常工作时，切换次数可达108－－－－109次。从而解决了先行技术的晶体管时间继电器寿命短的问题。
本实用新型的目的是这样达到的
图1是本实用新型的原理框图。
本实用新型的核心是一个由二个与非门A和B构成的双稳态触发器。当该双稳态触发器处于“0”状态时，与非门A的输出为高电位，本实用新型的输出控制端断开。当该双稳态触发器处于“1”状态时，本实用新型的输出控制端接通。与该双稳态触发器协同工作的有以下各功能电路置“0”电路1，限流和放电电路2，延迟和触发电路3，输出电路4，电源电路5。
当本实用新型接通电源后，电源电路5通过限流和放电电路2，向延迟和触发电路3供电，此时放电电路关断。与此同时，电源电路5向置“0”电路1和双稳态触发器供电。由于双稳态触发器具有双称性，如果不采取适当的措施，当接通电源时，该双稳态触发器是处于“0”状态，还是处于“1”状态，具有随机的性质，这样，必然使时间继电器不能正常工作。置“0”电路1的作用，是在电源接通的瞬间，本实用新型内部供电电压从零上升到工作电压的过渡过程中，强迫双稳态触发器置“0”。其工作原理如下当内部供电电压逐渐上升时，置“0”电路1的输出端先输出低电位，该低电位输送到与非门A的输入端，强迫双稳态触发器置“0”，当内部供电电压上升到接近工作电压时，置“0”电路1的输出电压跳变到高电位，使双稳态触发器保持置“0”状态。在供电电压上升的过程中，与非门B的输入端上的电压，是和供电电压同步上升的，所以，当供电电压上升的过渡过程中，与非门B的输入端电压始终比与非门A的输入端电压高，使双稳态触发器强迫置“0”，而当过渡过程结束后，与非门A和B的输入端都为高电位，使双稳态触发器保持置“0”状态。
置“0”电路1是本实用新型的一个技术关键，本实用新型的置“0”电路1是由射极耦合触发器构成的，并使其输入端通过一个稳压二极管，接到供电电路上。图2为置“0”电路1的原理图。当供电电压较低时，由于稳压二极管D3截止，使晶体管T1截止，而T2导通，晶体管T2的集电极输出低电位。而当供电电压上升到接近工作电压时，稳压二极管D3导通，由晶体管T1和T2组合的射极偶合触发器翻转到T1导通，T2截止状态，使晶体管T2的集电极输出高电位。
限流和放电电路2是本实用新型的另一个技术关键。放电电路的关断和导通受双稳态触发器的控制，当双稳态触发器处于“0”状态时，放电电路关断，当双稳态触发器处于“1”状态时，放电电路导通。图3是限流和放电电路3的电原理图。限流和放电电路3的作用和工作原理如下当本实用新型和输入端电源接通时，双稳态触发器被强迫置“0”，与非门B的输出端为低电位，起放电作用的晶体管T4截止，放电电路关断，电源电路5通过起限流作用的晶体管T3，向延迟和触发电路3供电，延迟和触发电路3中的定时电容开始充电，这时，晶体管T3起稳定充电电流的作用。当定时电容上的电压达到某一定值时，触发电路发出触发脉冲，使双稳态触发器翻转到“1”状态，与非门B的输出端为高电位，该输出信号分成两路，一路加到输出电路4，使输出端的负载接通。另一路接晶体管T4的基极，使晶体管T4饱和导通，晶体管T4饱和导通后，立即使加到延迟和触发电路3的电压降到等于晶体管T4的饱和压降(约0.04V)。由于有晶体管T3的限流作用，所以晶体管T4饱和导通，并不会使电源电路5短路。由于加到延迟和触发电路3上的电压降低到晶体管T4的饱和压降，使延迟和触发电路3不能再发出触发脉冲，并且定时电容上的电荷也可以得到充分的释放，为下一次充电作好准备。如果定时电容上的电荷不能得到充分释放，就会影响时间继电器下一次延迟时间的准确性。
总之，限流电路的作用是(1)在发触发脉冲之前，起稳定定时电容充电电流的作用。(2)在发触发脉冲之后，起限止放电电流，避免电源短路的作用。放电电路的作用是在发触发脉冲后，把加到延迟和触发电路3的电源电压降低到晶体管T4的饱和压降，并使定时电容上的电荷得到释放，为下一次充电作好准备。
本实用新型的延迟和触发电路3，采用RC定时电路和单结晶体管来完成延时和发触发脉冲的任务。延迟时时间是通过调节RC定时电路中的电位器，来改变的。
本实用新型的输出电路4，采用大功率晶体管或双向可控硅作为输出控制器件。由于，受本实用新型控制的负载可以是直流负载，也可以是交流负载，所以本实用新型的输出电路4，当用于交流时，末级采用双向可控硅；当用于直流时，末级采用大功率晶体管。为了使输入和输出端之间，绝缘可靠，耐压高，采用光耦合器件作为输出电路4的前级。
本实用新型的电源电路5，按输入控制信号为交流或直流电压，分成两种形式。当输入控制信号为交流电压时，是由电源变压器，整流二极管，滤波和稳压电路构成的；当输入控制信号为直流电压时，是由RC积分电路和稳压电路构成的。
本实用新型的外形，按不同的安装方式，分卧式和立式两种。卧式结构的是在一块印制电路板上，安装全部电子元器件，调节延迟时间的电位器，处于印制电路板的中间位置，在印制电路板的一端是输入接线端子，另一端是输出接线端子，靠近输出接线端子处，有一个表示输出接通的发光二极管。在电位器轴上，装有旋钮。在旋钮下面，有一块印有表示延迟时间的刻度和各接线端符号的面板。把这块装配好的电路板，装在一个有两个安装孔的外壳内，用绝缘材料整体灌封，制成的时间继电器具有全密封结构。当额定输出控制电流较小时，采用塑料外壳；当额定输出控制电流较大时，采用金属外壳，金属外壳的底面和电气箱贴合，兼作散热用。立式结构的是把装配好电子器件的印制电路板，装在一个绝缘外壳内，在外壳顶端的中部，是装在调节延迟时间的电位器轴上的拨盘，在拨盘的四周刻有表示延迟时间的刻度，在外壳顶端的一边，是输入接线端子，另一边是输出接线端子，靠近输出接线端子处，同样有一个表示输出接通的发光二极管。在立式结构的外壳底部，开有安装孔，也可用国际标准的电气安装轨进行安装。
由于采用了上述技术方案，使本实用新型具有使用寿命长的特点，正常使用时，负载切换次数可达108－－－－109次，卧式结构的本实用新型，具有全密封性，能常期在潮湿和有害气体环境下工作，并且，耐振动，耐冲击。立式结构的本实用新型，具有安装灵活，紧凑的特点。由于本实用新型的实施例，采用能耗小，抗干涉性能好的CMOS与非门作为双稳态触发器，所以本实用新型还具有能耗小，抗干涉性能好的优点。
以下结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。
图1为本实用新型的原理框图。
图2为置“0”电路1的电原理图。
图3为限流和放电电路2的电原理图。
图4为本实用新型第一实施例的电原理图(直流输入－－－－直流输出)。
图5为本实用新型第二实施例的电原理图(交流输入－－－－交流输出)。
图6为本实用新型第三实施例的电原理图(直流输入－－－－交流输出)。
图7为本实用新型第四实施例的电原理图(直流输入－－－－直流输出)。
图8为本实用新型第五实施例的电原理图(交流输入－－－－交流输出)。
图9为本实用新型第六实施例的电原理图(直流输入－－－－交流输出)。
图10为本实用新型第一实施例卧式结构的外型立体图。
图11为本实用新型立式结构的外型立体图。
图中各符号的意义和元器件规格如下I＋－－－－输入正极接线端子 I－－－－－输入负极接线端子O＋－－－－输出正极接线端子 O－－－－－输出负极接线端子R－－－－输出负载接线端子P1，P2－－－－交流负载接线端子N，L1，L2－－－－交流输入接线端子
RL－－－－负载A，B－－－－与非门R0，R1－－－－100欧R2－－－－4.7K欧R3－－－－270欧R4，R5－－－－10K欧R6－－－－3.3K欧R7－－－－100欧R8－－－－33K欧R9，R10，R11，R12－－－－10K欧R13－－－－470欧R14－－－－1K欧R15－－－－10K欧R16－－－－4.7K欧R18－－－－470欧R19－－－－47K欧R20－－－－100K欧R21－－－－20K欧R22－－－－100欧R23－－－－100K欧R24，R25－－100欧 R26--------2K欧R27－－－－12K欧R28－－－－4.7K 欧R29－－－1K欧R30－－－－100欧R31－－－－1.5K欧R32，R33－－－100K欧 R17－－电位器(根据最大延迟时间决定)C1－－－100微法C2－－－－1微法 C3－－－－47微法C4－－－4.7微法C5，C6－－－－0.01微法 C7－－－0.022微法D1－－－4×1N4001 D2－－－－15V稳压二极管D3－－－7V稳态二极管D4－－－－红色发光二极管D5，D6－－－－1N4001D7－－－－12V稳压二极管D8－－－－3A，200V整流二极管D9－－－4×1N4007T1，T2，T4，T5－－－9014T3－－－9015T6－－－－BT32F T7－－－－VS15N20T8－－－－BT40T9－－－－3DA87T10－－－－BU406 T11－－－－3DA87T12－－－－1A,200V单向可控硅1C1－－－－CC4011B 1C2－－－－CNY171C3－－－－H11C6KS－－－－6A，600V双向可控硅B1－－－－初级110／220V次级16V 变压器
B2－－－－脉冲变压器 E型铁芯5×8毫米初次级用0.21毫米漆包线各绕120匝图4是本实用新型的第一实施例的电原理图，其输入端接直流控制电压，输出端接直流负载。
图4中，I＋和I－为直流输入接线端子。电阻R0，R1，电容C1，稳压二极管D2构成本实用新型实施例的电源电路5，其中R0，C1为积分电路，其作用是当输入端接通时，本实用新型内部供电电压约在20ms内，上升到工作电压，使双稳态触发器有足够的时间可靠地置“0”。R1和D2构成稳压电路，使本实用新型的工作电压稳定在15V左右。D3，R2，R3，R4和晶体管T1，T2构成置“0”电路1，其中T1和T2接成射极耦合触发器，R3是耦合电阻，R4和R5是集电极负载电阻。晶体管T1的基极，通过稳压二极管D3接到供电电路上。当输入端接通时，内部供电电压逐渐上升，当该电压低于D3的反向导通电压时，晶体管T1截止，T2导通，晶体管T2的集电极输出低电位，使双稳态触发器强迫置“0”。当内部供电电压上升到接近工作电压时，稳压二极管D3反向导通，使晶体管T1导通，T2截止，晶体管T2的集电极输出高电位，使双稳态触发器保持置“0”状态。本实用新型实施例的双稳态触发器是由CMOS与非门构成的，CC4011B是包含四个与非门的CMOS集成电路，本实用新型使用其中的二个。当双稳态触发器处于置“0”状态时，与非门B输出端为低电位，处于置“1”状态时，与非门B输出端为高电位。
电阻R6，R7，R8，R9，R10，电容C2，晶体管T3，T4构成本实用新型实施例的限流和放电电路2，其中晶体管T3起限流作用，电阻R6，R7和R8决定晶体管T3的限定电流值。本实施例的限定电流值约5ma。晶体管T4起放电作用，当双稳态触发器置“1”后，与非门B输出的高电位，经过电阻R10限流后，使晶体管T4饱和导通，晶体管T3的集电极电压立即下降到等于晶体管T4的饱和压降(约0.04V)。电容C2起减小干涉的作用。
电阻R14，R15，R16，R18，二极管D5，D6，电容C3，电位器R17，单结晶体管T6，脉冲变压器B2构成本实施例的延迟和触发电路3。其中，电容C3为定时电容，电位器R17为调节延迟时间的定时电阻，电阻R16决定定时电路的起始值，电阻R14，R15和二极管D5的作用是使定时电容C3，快速达到同一起始电压值，以减小延迟误差，本实施例该起始电压值约1.5V。电阻R18的作用是减小单结晶体管的温度误差，二极管D6的作用是抑制正脉冲。当双稳态触发器被强迫置“0”，放电管T4截止，限流管T3的集电极输出的电流，经过电阻R16和R17，使定时电容C3充电，当电容C3上的电压达到单结晶体管T6开通电压时，单结晶体管T6瞬时导通，通过脉冲变压器B2的耦合，向与非门B输出一个负脉冲，使双稳态触发器翻转到置“1”状态，与非门B的输入端，通过脉冲变压器B2的次级，接到供电电路上，所以，当输入端接通后，本实施例内部供电电路电压上升的过渡过程中，是和供电电压同步上升的。过渡过程结束后，与非门B的输入端为高电位，使双稳态触发器保持置“0”状态。脉冲变压器B2发负脉冲后，该输入端同样为高电位，使双稳态触发器保持置“1”状态。双稳态触发器置“1”后，由于放电晶体管T4饱和导通，使加到延迟和触发电路3的电压降到晶体管T4的饱和压降，单结晶体管T6不再发触发脉冲，并且C3上的剩余电荷可通过单结晶体管的一个PN结和脉冲变压器B2的初级泄放。
电阻R11，R12，R13，R19，R20，R21，R22，电容C4，发光二极管D4，稳压二极管D7，二极管D8，光耦合器IC2，晶体管T5，和大功率VMOS晶体管T7构成本实施例的输出电路4。其中电阻R11是晶体管T5的基极限流电阻，电容C4的作用是减小干涉，电阻R12，R13起稳定晶体管T5工作点的作用，晶体管T5起放大作用，驱动光耦器IC2和发光二极管D4。稳压二极管D7的作用是限制VMOS晶体管T7的输入电压，使T7得到保护。电阻R21是限流电阻，电阻R22和二极管D8的作用是当输出负载为电感性时，抑制反向电压。输出接线端子0＋接输出电源电压正端，0－接输出电源电压负端，负载RL接在接线端子0＋和R之间，图4中用虚线表示。当双稳态触发器置“0”时，晶体管T5截止，发光二极管D4不发光，光耦合器IC2的输出光敏管截止，VMOS晶体管T7的输入电压为零，处于截止状态，负载RL无电流通过。当达到延迟时间，双稳态触发器置“1”，晶体管T5导通，发光二极管D4发光，表示输出控制接通，光耦合器的输出光敏管导通，VMOS晶体管T7也导通，负载RL接通。这种状态一直保持到输入端断开，当输入端断开，光耦合器IC2的输出光敏管立即截止，VMOS晶体管T7也截止，负载RL的电流被断开。如果输入端再接通，就开始新的一次循环。
图5是本实用新型第二实施例的电原理图，其输入端子N，L1，L2接交流110V或220V，输出负载RL可为交流110V或220V。输出端子P1接负载RL，P2接交流电源。
图5中，输入电源变压器B1，桥式整流堆D1，电容C1，电阻R1和稳压二极管D2构成本实施例的电源电路5。与第一实施例的区别，是以电源变压器B1，桥式整流堆D1来代替第一实施例中的R0，使本实施例可用于交流电路中。本实施例的输出电路4和第一实施例相应部分的区别，是采用光控晶闸管输出光耦合器IC3，和双向可控硅KS来代替光耦合器IC2和VMOS晶体管T7。当双稳态触发器触发置“1”后，光控晶闸管输出光耦合器IC3的输出晶闸管导通，双向可控硅被触发导通，负载RL接通。电阻R24，R25和电容C5，C6的作用是抑制电感性负载断开时的反电势。桥式整流堆D9的作用是使IC3取得极性正确的电压，电阻R26的作用是使双向可控硅KS取得触发电压。本实施例的输出电路4采用非过零开关电路。本实施例的其它部分与第一实施例相同。
图6为本实用新型第三实施例的电原理图，其输入接线端子I＋和I－接直流控制电压，输出端接交流负载。它是第一实施例和第二实施例相结合的实施形态，用于直流输入－－－－交流输出的场合。
图7为本实用新型第四实施例的电原理图，是本实用新型直流输入－－－－直流输出的另一种实施形态。本实施例与第一实施例有二个区别(1)采用可编程单结晶体管T8来代替图4中的单结晶体管T6。电阻R27和R28决定T8的触发电压。(2)以接成达林顿电路的双极型晶体管T9和T10来代替图4中的VMOS晶体管T7，负载RL串联在输出接线端子0＋和直流电源正极之间，输出接线端子0－接直流电源负极。本实施例的其他部分和第一实施例相同。
图8为本实用新型第五实施例的电原理图。是交流输入－－－－交流输出的另一种实施形态。本实施例与第二实施例的区别是(1)采用可编程单结晶体管T8来代替图5中的单结晶体管T6。(2)交流输出控制采用过零开关电路。晶体管T11，电阻R34，R31，R32，R33起检测过零电压的作用，单向可控硅T12起触发双向可控硅KS的作用，电阻R36和电容C7起抑制反向电压的作用。其它各部分和图5相同。由于采用了过零开关电路，负载RL只能在交流电压过零时接通，减小了对电网的干涉。
图9为本实用新型的第六实施例，是直流输入－－－－交流输出的另一种实施形态。本实施例是第四实施例和第五实施例相结合的实施形态。
以上六种实施形态是本人认为效果较好的组合方式，还可有其它实施形态，如采用单结晶体管和过零开关电路的实施形态，采用可编程单结晶体管和VMOS晶体管的实施形态等，但是所有这些实施形态的关键是有一个由与非门构成的双稳态触发器；有一个使双稳态触发器强迫置“0”的置“0”电路；有一个限流和放电电路，在双稳态触发器置“1”后，使加到触发电路的电压降低到放电晶体管的饱和压降。
图10为第一实施例卧式结构的外形立体图，体积约为60×75×25毫米。第一实施例是直流三端输出型的时间继电器，所以有三个输出接线端子。第四实例是直流二端输出型的时间继电器，除了输出接线端子是二个外，其卧式结构的外形和图10相同。第三实施例和第六实施例是交流输出型时间继电器，其外型与图10的区别是有二个输出接线端子，符号为P1和P2。第二实施例和第五实施是交流输入－－－－交流输出型时间继电器，由于有电源变压器B1，所以体积稍大，约65×80×35毫米，有三个输入接线端子，符号为N，L1，L2，有二个输出接线端子，符号为P1，P2。
图11为本实用新型立式结构的外形立体图，体积约为100×80×30毫米。在外壳顶端的两边，各有三个接线端子，对于二个输入端的，或二个输出端的实施例，可空出一个接线端子。各种实施例，虽然电路有变化，在采用立式结构时，使用统一的外壳。
权利要求1.一种电子型时间继电器，它是在印制电路板上装配电子原器件，再装配在外壳中，外壳按形状分成卧式和立式两种，卧式结构的外壳中部，是装有旋钮的调节延迟时间的电位器，输入接线端子和输出接线端子分别处于旋钮的两边，在靠近输出接线端子处有一个发光二极管，卧式结构的具有全密封结构，立式结构的外壳顶部的中间是装有拨盘的调节延迟时间的电位器，输入和输出接线端子分别在外壳顶部的两边，靠近输出接线端子处，有一个发光二极管，其电路构成包括电源电路，延迟和触发电路，输出电路，与先行技术的时间继电器相比，本实用新型的特征是a，一个由与非门构成的双稳态触发器，其输出端接到输出电路和放电电路，二个输入端，一个接置“0”电路，另一个接延迟和触发电路；b，一个输入端通过稳压二极管接到供电电路上的射极耦合触发器，构成置“0”电路，其输出端接双稳态触发器的一个输入端；c，一个由晶体管构成的限流和放电电路，放电晶体管的输入端接双稳态触发器的输出端，限流晶体管的输出端接延迟和触发电路。
专利摘要一种电子型时间继电器，它采用大功率晶体管或双向可控硅作为输出控制器件，它的接通和断开受一个双稳态触发器的控制。在置“0”电路，限流和放电电路，延迟和触发电路，电源电路的配合下，使双稳态触发器在输入接通的瞬时，强迫置“0”，然后在达到给定的延迟时间后，翻转到置“1”状态，使输出端的负载接通。本时间继电器的外形有卧式和立式两种，卧式的具有全密封结构。由于本时间继电器无切换触点，所以其特点是使用寿命长。
文档编号H03K17/28GK2103872SQ9123084
公开日1992年5月6日 申请日期1991年10月28日 优先权日1991年10月28日
发明者童晓枫 申请人:童晓枫