对延时关断开关电路的一点改进-----Light switch with delay function

改进的延时关断开关电路原理图见下图。
　　一、电路简介
　　电源部分仍然采用电容降压整流电路，电流检测不再使用磁芯电流传感器，由1段普通铜导线与被控制电器串联，作为电阻完成电流-电压的取样工作。电路中铜导线直流电阻仅数mΩ。一般家用电器工作电流在其上产生的电压降也不超过10mV，因此必须经电路放大后才可进行后续处理。
　　这些工作由通用的四运算放大器LM324完成。LM324内部有4个相同的运算放大器(见右图)，其中ICC与R4，R5构成放大电路。ICB与R6、W构成电压比较器，ICA、ICD并联与C4、R7、D4构成低电平触发的单稳态延时电路。LM324在单电源下的最高工作电压可达32V，而电路中耗电最大的元件是继电器。考虑到继电器线圈额定电压越高工作电流越小，因此采用24V继电器，电源电压也相应提高到24V左右。这样可以减小电路工作电流，在电容降压整流电路中可以使用较小的电容。这样做的另一个好处是24V继电器的线圈工作电流只有15mA左右(T73型或22F型)，ICA、ICD并联后输出电流完全可以直接驱动继电器，节约了一级三极管驱动，简化了电路。

　　二、电路工作原理分析

接通电源后，由于继电器J和按钮开关AN的触点均处于断开状态，被控制的电器(以下称为负载)及本电路均不工作，待机功耗为0。按下电源启动按钮AN后，本控制电路和负载同时得电，负载进入待机状态，电路中C1、D1、D2、C2、R1、R2构成的电容降压整流电路提供24V电源。
　　由于待机状态下负载工作电流小，电流取样导线上的压降也小，通常不大于1mV。该电压经R3送入ICC，R4，R5组成的放大倍数为2500倍的放大电路，经放大后输出峰值电压约2.5V的脉动直流电压，再经D3，C3，R9构成的滤波电路得到约2.5V的直流电压。此电压在ICB、R6、W构成的电压比较器中与ICB(⑤脚ref电压(可在调整时通过调整电位器W改变)比较后，ICB7脚输出高电平。驱动LED2工作，24V电源电压经R7向C4充电，C4两端电压由O开始缓慢升高，在此电压升高到16V之前，ICA、ICD构成的电压比较器输出高电平，继电器J吸合将AN短路，此时可松开AN，电路不会断电。直至C4上电压升高到16V左右(按本电路参数设计约4min)，ICA、ICD并联构成的电压比较器翻转，继电器J断开，电路全部断电。如果在此4min时间内负载工作，那么按上述分析，ICB7脚输出低电平，驱动LED1工作，D4使C4放电并抑制R7向C4充电，C4上电压被钳位于O.7V左右，继电器J保持吸合。R11的作用是给ICA、ICD构成的电压比较器一个正反馈作用，输入-输出具有施密特触发器特性。以免继电器断开瞬间由于ICB(⑤脚ref电压波动产生误动作。

　　三、调试说明

　　制作完成后核对无误，接上电源与负载。按下AN，应能听到J吸合的声音。在负载待机状态下调w至LED1熄灭，LED2发光。再使负载处于工作状态，如果负载功率可调则调至最小功率，调W至LED2熄灭，LED1发光后，在继续向前调一点(约5°～10°)就可以了。需要注意的是一些负载如微波炉、电磁炉等在小功率工作状态下是间歇工作的，要选在工作期间调整。

　　四、关键元器件选择说明

　　1．对于200W-2000W的负载，电流取样导线选用1mm。铜导线，长度约80rnm。如负载小于200W的可以通过试验适当减小导线直径，甚至可以使用电阻。导线可以适当弯折以减小所占面积。
　　2．R7、C4的大小决定延时关断时间，由于C4的充电电流较小，应选择漏电小的电容，通常业余条件下认为耐压较高的电容漏电较小，因此C4应选用耐压至少50V的电容。
　　3．由于在继电器动作瞬间负载均处于小功率的待机状态，大大降低了触点工作强度。经试验本电路使用额定电流7A的继电器即可正常控制2000W的电磁炉。
　　4．受电容降压整流电路输出电流小的限制。
　　LED指示灯设计电流较小，要选用高亮度LED才有比较好的指示效果。

　　五、制作注意事项

　　1．电路电源部分为电容降压整流电路，工作时带电，另外还有继电器，电流取样导线等带电元件。
　　调试时要小心，防止触电。
　　2．由于电路启动瞬间由按钮开关AN为电器提供工作电流，除非按钮开关AN采用较大额定电流的开关，否则该电路不适用于大功率的负载，如电炉、电动机、空调机等。

　　3．原理图中粗线表示工作中可能有大电流通过的导线，制作时注意尽量缩短，并注意导线截面或PCB铜箔宽度。
　　4．设计PCB时，相对电压高的点要注意间隙不能太小，至少应保证2mm，以防击穿。
　　附有电路板图(见上图)和制作完成的实物图片(下图，AN和LED在铜箔面)，供参考。