1.引言

　　時(shí)間繼電器隸屬低壓電器范疇，如按分類應(yīng)歸入低壓電器機(jī)電式控制電器類，是自動(dòng)控制系統(tǒng)中常用的一種機(jī)床電器。就其發(fā)展史可追溯到70年代，由原傳統(tǒng)的電動(dòng)式時(shí)間繼電器或用RC充電電路以及單結(jié)晶體管所完成的延時(shí)觸發(fā)時(shí)間控制電路，至今已發(fā)展到廣泛使用通用的CMOS集成電路以及用專用延時(shí)集成芯片組成的多延時(shí)功能(通電延時(shí)、接通延時(shí)、斷電延時(shí)、斷開(kāi)延時(shí)、往復(fù)延時(shí)、間隔定時(shí)等)、多設(shè)定方式(電位器設(shè)定、數(shù)字撥碼開(kāi)關(guān)、按鍵等)、多時(shí)基選擇(0.01s、1s、1m、1h等)、多工作模式、LED顯示的時(shí)間繼電器。由于其具有延時(shí)精度高、延時(shí)范圍廣、在延時(shí)過(guò)程中延時(shí)顯示直觀等諸多優(yōu)點(diǎn)，是傳統(tǒng)時(shí)間繼電器所不能比擬的，故在現(xiàn)今自動(dòng)控制領(lǐng)域里已基本取代傳統(tǒng)的時(shí)間繼電器。

　　國(guó)內(nèi)雖然時(shí)間控制器起步較晚，但在時(shí)間繼電器領(lǐng)域也有了長(zhǎng)足的發(fā)展，近幾年隨著我國(guó)電子技術(shù)的不斷發(fā)展和國(guó)內(nèi)專用時(shí)間繼電器芯片的大量研發(fā)及應(yīng)用，在很大程度上使國(guó)內(nèi)的時(shí)間繼電器無(wú)論外觀以及產(chǎn)品性能上都有較大的發(fā)展。尤其在專用芯片的基礎(chǔ)上又采用了芯片掩膜技術(shù)，將繼電器的核心部分掩膜在印制電路板上，使時(shí)間繼電器從LED數(shù)碼顯示改為L(zhǎng)CD液晶顯示，再加上普遍采用SMD貼片電子元器件，使產(chǎn)品外觀體積更趨小型化，產(chǎn)品性能更加穩(wěn)定，用戶在使用時(shí)可通過(guò)面板外設(shè)的撥碼或功能按鍵進(jìn)行時(shí)間或控制方式的預(yù)置，從具體使用上有些產(chǎn)品基本上可與國(guó)外產(chǎn)品進(jìn)行等同互換。

　　綜上所述，時(shí)間繼電器是一種其延時(shí)功能由電子線路來(lái)實(shí)現(xiàn)的控制器。可廣泛適用于自控電路中作時(shí)間控制及指示用。

　　2.典型時(shí)間繼電器線路

　　圖1 通用CMOS電路構(gòu)成的電路

　　原理分析:

　　該延時(shí)電路的核心IC是由14位二進(jìn)制串行計(jì)數(shù)器/分頻器構(gòu)成，IC內(nèi)部由振蕩器和14級(jí)分頻器組成，振蕩器部分可由電阻Rt和電容Cr構(gòu)成振蕩器，產(chǎn)生固定的振蕩頻率,主振產(chǎn)生的矩形波可進(jìn)入14級(jí)分頻器，并通過(guò)10個(gè)輸出端得到不同的分頻系數(shù)(分頻最小可得到16分頻Q4，最大可得到16384分頻Q14)，便可得到所需的定時(shí)控制。待分頻延時(shí)到達(dá)后，輸出端的高電平使驅(qū)動(dòng)電路三極管導(dǎo)通工作，從而使執(zhí)行繼電器工作，相應(yīng)的延時(shí)觸點(diǎn)對(duì)所需外圍線路進(jìn)行定時(shí)控制，IC振蕩也隨輸出的高電平經(jīng)V6使之停振。發(fā)光管V1也隨繼電器同時(shí)工作，起到延時(shí)到達(dá)指示。

　　集成的公共清零端Cr(12腳)在電路上電的同時(shí)由C4、R3組成的 微分電路上產(chǎn)生瞬間尖脈沖，使計(jì)數(shù)器的輸出端復(fù)位清零，并同時(shí)使振蕩停振。待上電瞬間結(jié)束后，振蕩器開(kāi)始振蕩工作，電路即進(jìn)入分頻延時(shí)工作狀態(tài)。

　　振蕩器參數(shù)設(shè)置

　　振蕩頻率f 與RC有以下近似關(guān)系f=1/2.2Rt•Cr(Vdd=10V)。如考慮振蕩器的穩(wěn)定性，減少由于器件參數(shù)的差異而引起的振蕩周期的變化Rs>Rt(Rs=10Rt時(shí)，振蕩周期基本上不隨Vdd的變化而變化)為保證振蕩能可靠起振。在選擇Rt與Ct時(shí)應(yīng)注意其條件，Rt>1KΩ•Cr>1000Pf，否則很難保證振蕩電路可靠起振。

　　在實(shí)際使用的時(shí)間繼電器，往往需要控制時(shí)間連續(xù)可調(diào)，為保證時(shí)間可調(diào)，則振蕩回路Rt可選擇線性較好X型可調(diào)電位器。延時(shí)電容可選擇穩(wěn)定性好的CBB聚丙烯電容，時(shí)間繼電器標(biāo)牌延時(shí)刻度可根據(jù)所選擇的可調(diào)電位器機(jī)械行程的偏轉(zhuǎn)角度來(lái)定，從而使設(shè)定時(shí)間值(標(biāo)牌刻度示值)與實(shí)際延時(shí)值相吻合，以減少整定誤差。

　　譬如要設(shè)置10s，可將Rt選擇，1MΩ可調(diào)電位器，Ct可選擇104 pF，輸出分頻端從15腳Q10引出，則最大

　　延時(shí)值為11S，因集成是在時(shí)鐘脈沖下降沿的作用下作增量計(jì)數(shù)，則最大延時(shí)時(shí)間Tmax=2 n-1 • t= 2 10-1 •2•2• RtCt= 2 9 •2•2• 106×104×10-12 =11s。

　　當(dāng)4060集成振蕩器部分也可配晶振，使之構(gòu)成典型的晶體振蕩器，在此就不多加贅述。

　　圖2 時(shí)間專用芯片構(gòu)成的電路

　　該專用芯片采用CMOS工藝，具有微功耗，抗干擾能力強(qiáng)(內(nèi)部采用硬件編程)，外配石英振蕩器，多種時(shí)基選擇，具有通電延時(shí)和間隔定時(shí)兩種工作模式。四位延時(shí)整定，具有BCD碼輸出，可配譯碼器LED數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)顯示延時(shí)時(shí)間。具有延時(shí)精度高、顯示直觀、延時(shí)整定方便等優(yōu)點(diǎn)?，F(xiàn)有逐步替代常規(guī)的CMOS計(jì)時(shí)分頻集成電路的趨勢(shì)。

　　在專用芯片OSC1、OSC2、OSC3外接晶振以及電阻構(gòu)成并聯(lián)晶體振蕩器產(chǎn)生32768Hz主脈沖，主脈沖分別進(jìn)入芯片內(nèi)置的時(shí)序電路和分頻器時(shí)基選擇電路，使之產(chǎn)生時(shí)序脈沖，并在P1、P2、P3、P4輸出BCD碼，P5產(chǎn)生相應(yīng)的秒脈沖。P5產(chǎn)生的秒脈沖在配相應(yīng)的元器件后可反映時(shí)間繼電器的工作狀態(tài)，當(dāng)延時(shí)來(lái)到時(shí)，秒脈沖可使線路的LED發(fā)光管處于閃爍狀態(tài)，待延時(shí)到達(dá)后，LED為常亮狀態(tài)，而在此時(shí)，D1、D2、D3、D4產(chǎn)生位置顯示掃描脈沖以及時(shí)基脈沖。

　　時(shí)間設(shè)置可通過(guò)SA1、SA2、SA3、SA4撥碼開(kāi)關(guān)進(jìn)行個(gè)、十、百、千的“8、4、2、1”設(shè)定至芯片寄存器中，以備在芯片內(nèi)部比較電路中進(jìn)行比較。K3與K4分別可設(shè)定工作模式和時(shí)基選擇，并將設(shè)定輸入到芯片內(nèi)部工作模式寄存器和時(shí)基寄存器中，在芯片外部配相應(yīng)的電源和7段鎖存譯碼驅(qū)動(dòng)器，則可顯示延時(shí)值。當(dāng)延時(shí)顯示值與撥碼設(shè)定值相吻合后，芯片內(nèi)部所設(shè)定的比較電路工作使芯片12端OUT輸出高電平來(lái)驅(qū)動(dòng)三極管V1導(dǎo)通，從而使執(zhí)行繼電器吸合工作，延時(shí)觸頭對(duì)外圍線路進(jìn)行控制。

　　另外，該專用芯片有7種時(shí)基供選擇，分別由D1、D2、D3與P5構(gòu)成相應(yīng)的二進(jìn)制碼來(lái)進(jìn)行設(shè)定。設(shè)定選擇時(shí)基可用符合下述二進(jìn)制碼的特制撥碼開(kāi)關(guān)完成，以方便用戶的時(shí)基選擇。如用戶有特殊需求，片1腳GATE還具有累加計(jì)時(shí)功能，1腳在低電平時(shí)分頻器連續(xù)工作，當(dāng)接入高電平時(shí)計(jì)數(shù)器分頻器暫停工作。當(dāng)外接2變成低電平后，計(jì)時(shí)顯示又可在原計(jì)時(shí)顯示基礎(chǔ)上累加計(jì)時(shí)，從而可實(shí)現(xiàn)累加計(jì)時(shí)功能。在工作原理圖中開(kāi)關(guān)K2可實(shí)現(xiàn)此功能。

　　K3為工作模式選擇，當(dāng)K3接通時(shí)，時(shí)間繼電器的工作模式為間隔定時(shí)，也就是當(dāng)時(shí)間繼電器接通工作電源后，芯片OUT輸出端先輸出高電平，致使內(nèi)部執(zhí)行繼電器工作，待所設(shè)定的延時(shí)到達(dá)后OUT無(wú)高電平輸出，執(zhí)行繼電器釋放;如K3不接通，時(shí)間繼電器為常規(guī)的通電延時(shí)型，

　　工作狀態(tài)與間隔定時(shí)相反。

　　總之，針對(duì)時(shí)間繼電器的工作特點(diǎn)而研制的時(shí)間專用芯片有其多時(shí)基選擇、時(shí)間預(yù)置方便、顯示直觀、時(shí)間整定誤差小等優(yōu)點(diǎn)，是常規(guī)的CMOS計(jì)數(shù)分頻集成電路無(wú)法來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

　　3.典型應(yīng)用控制線路分析

　　在常規(guī)Y-△的電動(dòng)機(jī)控制線路中，時(shí)間繼電器的延時(shí)控制使電機(jī)在Y形啟動(dòng)切換至△形運(yùn)行起到有效的控制。

　　按下Y-△控制回路啟動(dòng)按鈕SB2，時(shí)間繼電器KT得電，在得電的同時(shí)KT的瞬動(dòng)觸點(diǎn)對(duì)SB2形成自鎖，KM3接觸器線圈得電，KM3主觸頭閉合，其常開(kāi)輔助觸頭閉合，主回路KM1接觸器得電，主回路接通;KM3常閉輔助觸頭斷開(kāi)，確保接觸器KM3工作時(shí)，KM2不能投入工作，此時(shí)電動(dòng)機(jī)處于Y形啟動(dòng)狀態(tài)。