CN2339669Y - 可以间歇计时、带掉电保护的电子定时器 - Google Patents

Abstract

本实用新型的电子定时器是一种可以间歇计时、带掉电保护的数字电子定时器,由信号1、信号2、波形变换电路1、波形变换电路2、逻辑门电路、分频电路1、分频电路2、双稳态电路、掉电保护电路、开关电路、电源电路1和电源电路2组成。它可以为间冷式冰箱、冷库、冷柜等设备的压缩机蒸发器提供全自动定时化霜控制功能,与机电式定时器相比,无噪音、定时精度高、定时时间容易改变、重量轻、稳定性好、可靠性高、成本低、耗电小。

Description

可以间歇计时、带掉电保护的电子定时器

本实用新型涉及一种电子定时器，特别是一种可以间歇计时、带掉电保护的电子定时器。

现有的由同步电动机传动的机电式定时器可以实现间歇计时和掉电保护的功能，但机电式定时器有如下缺点：(1)有噪音：同步电机转动以及齿轮配合传动都会产生噪音，传动零件的磨损会增加噪音。(2)定时精度低。(3)定时时间不易改变。(4)稳定性差：温度的变化、模具的磨损和加工工艺的不同会造成每批零件的尺寸和质量出现差异，金属零件镀膜后时间长了会发生氧化，人工焊接和安装零件，使环境因素和人为因素对产品质量的稳定性影响很大。(5)可靠性不高：由刘建平编写、成都科技大学出版的《家用电器维修实例》——故障快速判断应急维修诀窍一书第124-125页介绍，定时器齿轮箱内有脏物，以及传动齿轮有毛刺或轻微磨损，可能会使齿轮卡壳，使定时器电机不转，定时器不能定时；由丁玉炎编著、农业部出版社出版的《冰箱使用/修理200问》一书第75页介绍，定时器触点可能出现接触不良，定时器电机绕阻可能短路。(6)耗电大：定时器同步电机带动齿轮转动需要较大的功率。(7)重量重。(8)成本高：模具制造成本高，设备投入大；若需改变周期时间，则需要重新制作模具；由于噪音超标而使许多产品不合格而引起产品成本提高。现有的模拟电子定时器，以电阻电容充放电来定时，电源掉电后数据不能保持，不能实现间歇计时，而且定时时间较短，稳定性差，定时精度低。现有的数字电子定时器有如下缺点：(1)电源断电后数据不能得到保持。(2)不能实现间歇计时。

本实用新型的目的是要提供一种可以间歇计时、带掉电保护、定时时间容易改变的电子定时器，它能有效地克服机电式定时器和现有电子定时器的缺点。

本实用新型的电子定时器，其特征是：该定时器由信号1、信号2、波形变换电路1、波形变换电路2、逻辑门电路、分频电路1、分频电路2、双稳态电路、掉电保护电路、开关电路、电源电路1和电源电路2组成，信号1送入波形变换电路1的输入端，信号2送入波形变换电路2的输入端，波形变换电路1和波形变换电路2的输出接到逻辑门电路的输入端，逻辑门电路的输出与分频电路1、分频电路2的频率输入端相连，分频电路1和分频电路2的输出端连接双稳态电路的输入端，双稳态电路的输出与分频电路1、分频电路2的计数控制端相连，同时，双稳态电路的输出连接掉电保护电路的输入端，掉电保护电路的输出连接开关电路的输入，分频电路1、分频电路2和双稳态电路的电源端与电源电路2的输出端相连，波形变换电路1、波形变换电路2、掉电保护电路和开关电路的电源端连接电源电路1的输出端，逻辑门电路的电源端或者与电源电路2的输出端相连，或者与电源电路1的输出端相连。波形变换电路1和波形变换电路2用于把输入信号1和信号2进行波形变换，并控制逻辑门电路的输出状态；逻辑门电路是把波形变换电路1和波形变换电路2输出的频率信号进行逻辑运算，需要定时开始时，就让频率信号通过，需要定时停止时，就使频率信号截止，以实现间歇定时；分频电路1和分频电路2的作用是控制双稳态电路的翻转时间；双稳态电路用于控制开关电路的开关状态；掉电保护电路的用途是当双稳态电路用于控制开关电路的输出为高电平时，电源电路断电，而增加数据保持时间；电源电路2用于电源断电时，为保持数据而提供直流电源。

本实用新型的电子定时器，无噪音，定时精度高，定时时间容易改变，重量轻，稳定性好，可靠性高，成本低，耗电小，既达到了机电式定时器的功能要求，又克服了现有电子定时器不能间歇计时、不带掉电保护功能的缺点。

现结合附图所示实施例对本实用新型作进一步详细说明

图1为机电式定时器全自动化霜原理图。

图2为本实用新型的电原理框图。

图3为本实用新型的电路图。

图3所示的定时器由信号1、信号2、波形变换电路1(I)、波形变换电路2(II)、逻辑门电路(III)、分频电路1(IV)、分频电路2(V)、双稳态电路(VI)、掉电保护电路(VII)、开关电路(VIII)、电源电路1(IX)和电源电路2(X)组成。波形变换电路1(I)以运算放大器IC₁为核心组成，其中IC₁的2脚连接电阻R₅的一端，3脚连接电阻R₆的一端，R₅的另一端连接电阻R₃、R₄的一端，R₄、R₆的另一端、IC₁的5、6、V_-脚并接地，R₃的另一端连接信号端1。波形变换电路2(II)以运算放大器IC₁为核心组成，其中IC₁的9脚连接电阻R₉的一端，10脚连接电阻R₁₀的一端，R₉的另一端连接电阻R₇、R₈的一端，R₈、R₁₀的另一端并接地，IC₁ V₊脚连接电源电路1的输出端V₁，R₇的另一端连接信号端4。逻辑门电路(III)以IC₂为核心组成，其中IC₂的5脚连接IC₁的1脚，6脚连接IC₁的8脚，IC₂的1、2、V_SS脚并接地，4脚连接电阻R₁₁的一端，13脚连接R₁₁的另一端、电容器C₄的一端，C₄的另一端、IC₂的8、9、12脚并接地，IC₂的V_DD脚连接电源电路2的输出端V₂。分频电路1(IV)以计数分频器IC₃为核心组成，其中IC₃的 CP脚连接IC₂的11脚，V_SS脚接地，V_DD脚连接电源电路2的输出端V₂，Q₁₃脚连接二极管D₅负极，Q₁₂脚连接二极管D₆负极，Q₁₁脚连接二极管D₇负极，电阻R₁₂的一端与D₅、D₆、D₇正极并接，R₁₂的另一端连接二极管D₈负极，D₈正极连接电源电路1的输出端V₁。分频电路2(V)以计数分频器IC₄和IC₅为核心组成，其中IC₄ CP脚连接IC₂的11脚，IC₅CP脚连接IC₄Q₇脚，R脚连接IC₄R脚，IC₄和IC₅的V_DD脚连接电源电路2的输出端V₂，V_SS脚接地，IC₅的Q₁₄脚连接二极管D₁₀负极，Q₁₃脚连接二极管D₁₁负极，Q₇脚连接二极管D₁₂负极，电阻R₁₃的一端与D₁₀、D₁₁、D₁₂正极并接，R₁₃的另一端连接二极管D₉负极，D₉正极连接电源电路1的输出端V₁。双稳态电路(VI)以集成电路IC₆为核心组成，其中IC₆的Q脚连接IC₅R脚， Q脚连接IC₃R脚，CP脚连接IC₂的11脚，R脚连接电阻R₁₄、电容器C₅的一端，C₅的另一端、IC₆的V_DD脚连接电源电路2的输出端V₂，IC₆的K脚连接D₆正极，J脚连接D₁₁正极，R₁₄的另一端、IC₆的S、V_SS、9、10、11、12、13脚并接地。掉电保护电路(VII)以运算放大器IC₁为核心组成，其中IC₁的12脚连接电阻R₁₇的一端，13脚连接电阻R₁₆的一端，R₁₇的另一端与电阻R₁₅的一端、二极管D₁₃正极并接，R₁₅、R₁₆的另一端接地，D₁₃负极连接IC₆的Q脚。开关电路(VIII)以晶体管BG和继电器J为核心组成，其中BG的基极连接电阻R₁₉的一端，R₁₉的另一端连接电阻R₁₈、电容器C₆的一端，R₁₈另一端连接IC₁的14脚，BG发射极、C₆的另一端并接地，BG集电极与二极管D₁₄正极、J线圈L的一端相连，L的另一端、D₁₄负极与电源电路1的输出端V₁并接，J输出的公共端连接电源电路的1端，常闭点连接输出2，常开点连接输出3。电源电路1(IX)中，1和5为交流电电源的两极，电容器C₁、电阻R₁的一端与1并接，C₁、R₁的另一端与整流二极管D₁负极、D₂正极连接，D₂负极、稳压二极管D₃负极和电容器C₂正极并接，D₁正极、D₃正极、C₂负极与5连接后接地，从D₃负极引出稳定电压V₁。电源电路2(X)中，二极管D₄正极连接D₃负极；D₄负极连接电阻R₂的一端，R₂的另一端连接电容器C₃的正极，C₃负极接地，从D₄负极引出稳定电压V₂。

图3中粗虚线框外的1、2、3、4、5与图1所示的1、2、3、4、5相对应，图3实现的功能与图1中的化霜定时器一样。在图3的电路中，IC₁选用LM324，IC₂选用CD4070，IC₃和IC₅选用CD4020，IC₄选用CD4024，IC₆选用CD4027，信号端1和4选用交流电源信号。

该电路是这样工作的：当电源刚接通时，电源电路1输出电压V₁上升，电源电路2输出电压V₂同步上升，由于双稳态电路IC₆的R端加入了由R₁₄、C₅组成的自动清零电路，对IC₆复位，使IC₆的 Q输出初始为高电平，Q输出初始为低电平，掉电保护电路IC₁的14脚输出也为低电平，开关电路的继电器J处于释放状态，J输出的1和2接通，1和3断开，同时计数分频器IC₄和IC₅开始计数，IC₃不计数，计数脉冲来自逻辑门电路IC₂的11脚，IC₂的11脚输出由波形变换电路1和波形变换电路2的IC₁的1脚和8脚决定，IC₁的1脚和8脚输出由信号输入端1和4决定，当1和4有交流电源信号输入时，对应IC₁的1脚和8脚有方波输出，当1和4无信号输入时，对应IC₁的1脚和8脚无方波信号输出，所以IC₂的11脚输出有两种情况：(1)当1和4都有信号输入或都无信号输入时，IC₂的4脚输出通过电阻R₁₁和电容器C₄滤波后，在IC₂的11脚无频率信号输出。(2)当1和4有一个有信号输入时，IC₂的4脚输出经过R₁₁、C₄滤波再通过IC₂整形后，在IC₂的11脚输出一组与1或4有相同频率的信号。当分频电路2的IC₅的输出端Q₁₄、Q₁₃、Q₇全为高电平时，则IC₆的J输入端也为高电平，当IC₂的11脚再输出一个脉冲的上升沿时，IC₆发生翻转， Q输出由高电平变为低电平，Q输出由低电平变为高电平，掉电保护电路IC₁的14脚输出也为高电平，控制开关电路的继电器J吸合，J输出1和3接通，1和2断开，同时，IC₄和IC₅数据被清零并停止计数，IC₃开始计数，当IC₃输出端Q₁₃、Q₁₂、Q₁₁都为高电平时，则IC₆的K输入端也为高电平，当IC₂的11脚输出下一个脉冲的上升沿进入IC₆的CP端时，IC₆发生翻转，Q脚输出由低电平变为高电平，Q脚输出由高电平变为低电平，掉电保护电路IC₁的14脚输出也为低电平，控制开关电路的继电器J释放，J输出1和2又接通，1和3又断开，该过程如此循环往复。

在计数过程中，电源断电，滤波电容器C₂上的电很快放完，使由电源电路1供电的运算放大器IC₁停止工作，IC₁的1脚和8脚无信号输出，IC₂、IC₃、IC₄、IC₅、IC₆处于静止状态，由于二极管D₄对于电容器C₃处于反向偏置状态，电阻R₂与C₃串接，使C₃放电速度较慢，当电源电压V₁放电到不能使集成电路IC₁工作时，电源电路2输出电压V₂仍然较高，由于二极管D₁₃对于IC₆的Q输出反向放置，耗电小，又由于IC₂、IC₃、IC₄、IC₅、IC₆选用耗电小的CMOS集成电路，所以电源掉电后，数据可以保持较长时间。

电源断电一段时间后又上电时，将会出现如下两种情况：(1)电源断电时间未超过数据掉电保持时间，当电源上电时，从计数器IC₃、IC₄、IC₅停电前的数据状态继续开始定时。(2)电源断电时间超过了数据掉电保持时间，当电源上电时，从计数器IC₃、IC₄、IC₅为零状态开始定时。

图3中，继电器开关的时间由集成电路IC₃、IC₄、IC₅决定，IC₃控制的是继电器吸合的时间，IC₄和IC₅控制的是继电器释放的时间，定时时间由下式决定：

T＝分频系数/分频器输入信号频率

IC₃设定的分频系数＝21²+2¹¹+2¹⁰＝7168

IC₄和IC₅设定的分频系数＝2⁷×(2¹³+2¹²+2⁶)＝2²⁰+2¹⁹+2¹³

                      ＝1581056

因为本例输入信号使用交流电源，频率为50Hz，所以，

继电器释放时间＝1581056/50Hz＝31621.12S＝8h 47min 1.12s

继电器吸合时间＝7168/50Hz＝143.36S＝2min 23.36s

定时精度由交流电源的频率精度决定。分频系数如下计算

分频系数＝50×定时时间(s)若欲定时20小时，

则分频系数＝50×3600×20＝3600000

          ＝2²¹+2²⁰+2¹⁸+2¹⁷+2¹⁵+2¹⁴+2¹³+2¹¹+2¹⁰+2⁹+2⁷

把设计的分频电路的输出Q₂₂、Q₂₁、Q₁₉、Q₁₈、Q₁₆、Q₁₅、Q₁₄、Q₁₂、Q₁₁、Q₁₀、Q₈按照图3分频计数器的方法或者通过门电路连接，就能实现正确的定时。根据定时精度要求，

可取分频系数＝2²¹+2²⁰+2¹⁸+2¹⁷+2¹⁶＝3604480

设计相对误差＝(3604480-3600000)÷3600000×100％＝0.12％

定时时间＝3604480/50HZ＝72089.6s＝20h 1min 29.6s

把设计的分频电路的输出Q₂₂、Q₂₁、Q₁₉、Q₁₈、Q₁₇按照图3的方法或者通过门电路连接即可，这样误差也很小，而且减少了零件数量，节约了成本。

由邱永兴编著、人民邮电出版社出版的《怎样修理电冰箱》一书第205-206页介绍的基本自动除霜控制和“积算式”自动除霜控制电路，只要去掉图3所示电路中波形电路2(II)和逻辑门电路(III)就可以实现。

Claims (8)

1.一种可以间歇计时、带掉电保护的电子定时器，其特征是：该定时器由信号1、信号2、波形变换电路1(I)、波形变换电路2(II)、逻辑门电路(III)、分频电路1(IV)、分频电路2(V)、双稳态电路(VI)、掉电保护电路(VII)、开关电路(VIII)、电源电路1(IX)和电源电路2(X)组成，信号1送入波形变换电路1(I)的输入端，信号2送入波形变换电路2(II)的输入端，波形变换电路1(I)和波形变换电路2(II)的输出接到逻辑门电路(III)的输入端，逻辑门电路(III)的输出与分频电路1(IV)、分频电路2(V)的频率输入端相连，分频电路1(IV)和分频电路2(V)的输出连接双稳态电路(VI)的输入，双稳态电路(VI)的输出与分频电路1(IV)、分频电路2(V)的计数控制端相连，同时，双稳态电路(VI)的输出连接掉电保护电路(VII)的输入端，掉电保护电路(VII)的输出连接开关电路(VIII)的输入，分频电路1(IV)、分频电路2(V)和双稳态电路(VI)的电源端与电源电路2(X)的输出端相连，波形变换电路1(I)、波形变换电路2(II)、掉电保护电路(VII)和开关电路(VIII)的电源端连接电源电路1(IX)的输出端，逻辑门电路(III)的电源端或者与电源电路2(X)的输出端相连，或者与电源电路1(IX)的输出端相连。

2.根据权利要求1所述的定时器，其特征是信号1、信号2可以是交流电源信号，也可以是频率相同、相位相同或相反的信号。

3.根据权利要求1所述的定时器，其特征是波形变换电路1(I)和波形变换电路2(II)包括运算放大器。

4.根据权利要求1所述的定时器，其特征是分频电路1(IV)和分频电路2(V)包括计数器，根据分频系数，或者使计数器的输出通过门电路或二极管连接后输出，或者直接输出。

5.根据权利要求1所述的定时器，其特征是掉电保护电路(VII)由运算放大器和外围电路组成。

6.根据权利要求5所述的定时器，其特征是掉电保护电路(VII)的外围电路由2-3个电阻、1-2个二极管组成，或者由2-5个电阻组成。

7.根据权利要求1所述的定时器，其特征是电源电路2(X)可以由电源电路1(IX)的输出经过电子开关后接入电容产生，也可以由交流电源变压、整流、滤波、稳压后产生。

8.根据权利要求1所述的定时器，其特征是逻辑门电路(III)、分频电路1(IV)、分频电路2(V)、双稳态电路(VI)选用低功耗的CMOS集成电路。

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