Выключатель нагрузки с ограничителем времени включенного состояния (К561ТМ2, CD4060)
Для питания многих устройств применяются автономные источники питания, энергию которых нужно экономить. Кроме того нужно экономить и потребление электроэнергии от электросети, и не допускать бесполезного горения различных лампочек и ненужной работы других электроприборов. Здесь предлагается схема однокнопочного выключателя с ограничителем продолжительности включенного состояния.
Причем продолжительность включенного состояния можно установить подбором одного резистора и (или) одного конденсатора в очень широких пределах, - от нескольких минут до нескольких суток.
Принципиальная схема
На схеме показан вариант с полевым транзистором с максимальным выходным током 17А на выходе.
То есть, этот выключатель может управлять нагрузкой, питающейся постоянным током 12V до 17А. Если нужно управлять меньшей нагрузкой можно транзистор VТ1 заменить на КП501 (до 0,2А), либо можно включить в его цепь стока реле или оптопару и управлять прибором, питающимся от электросети.
Рис. 1. Схема выключателя нагрузки с ограничителем времени включенного состояния (К561ТМ2, CD4060).
Одно из достоинств схемы в том, что после подачи питания выключатель автоматически переходит в выключенное состояние. Это очень важно в том случае, если имело место, например, отключение электроснабжения. И после его возобновления нагрузка не включится сама собой. Теперь переходим к описанию схемы.
Схема построена на двух микросхемах К561ТМ2, в которой есть два D-триггера (один из них не используется, и может быть применен для чего-то другого), и микросхемы CD4060B, в которой есть 14-разрядный счетчик и два инвертора для схемы мультивибратора. На микросхеме CD4060B (D2) сделано таймерное устройство.
При подаче логического нуля на вывод 12 этой микросхемы, таймерное устройство запускается и приблизительно через два часа на его выводе 3 появляется логическая единица.
Это время (два часа) зависит от RC-цепи C3-R4 и путем изменения параметров данной цепи время можно как уменьшить, так и увеличить в очень широких пределах.
В данном случае, время получается чуть более двух часов. Неточность вызвана тем, что параметры C3-R4 точно не подбирались, так как точного времени не требовалось.
На триггере D1 сделан собственно однокнопочный выключатель. Управляется он кнопкой S1. Каждое нажатие на неё меняет состояние выключателя на противоположное. За исходную точку возьмем момент подачи питания на схему. В этот момент конденсатор С1 подает положительный импульс на вывод 4 D1 и устанавливает триггер в состояние логического нуля.
При этом на его прямом выходе - выводе 1 нуль, и транзистор VT1 закрыт. А на инверсном выходе - выводе 2 единица, которая поступает на вывод 12 микросхемы D2 и устанавливает её счетчик в нулевое положение.
К тому же единица с инверсного выхода D1 через цепь задержки C2-R3, устраняющую ошибки от дребезга контактов кнопки S1, поступает на вывод 5 D1. подготавливая триггер к переключению в единичное состояние.
Это исходное состояние схемы. Если нажать кнопку S1, то на вывод 3 D1 поступает импульс. Контакты кнопки могут дребезжать, поэтому импульсов может заи одно нажатие поступить множество.
Но важен только первый, потому что он запишет в триггер состояние с вывода 5, то есть, в данном случае единицу. И благодаря цепи C2-R3 состояние триггера очень быстро измениться не сможет, и поэтому дребезг контактов кнопки влиять на него не будет. И так, нажали и отпустили кнопку S1, триггер установился в состояние единицы. Теперь на его прямом выходе - выводе 1 единица, транзистор VT1 открылся и подал питание на нагрузку.
На инверсном выходе установился логический ноль, который через цепь R3-C2 поступил на вывод 5 D1 и подготовил триггер к перключению в нулевое положение. Этот же ноль с вывода 2 D1 поступил на вывод 12 D2, и запустил таймер.
Далее возможно два варианта развития событий. 1. Кнопку S1 нажали еще раз, причем это произошло ранее завершения интервала времени, который должен отработать таймер на D2, то есть в данном случае, ранее чем через два часа. Тогда триггер D1 переключился в нулевое положение, и схема оказалась в исходном состоянии, когда нагрузка и таймер выключены. 2.
Кнопку S1 не нажимают больше времени, чем два часа. Тогда счетчик D2 успевает досчитать до состояния 8192, и на его выводе 3 появляется логическая единица. Она через резистор R2 поступает на вывод 4 D1, и, спустя некоторое небольшое время на разрядку С1 через R2, обнуляет триггер D1.
При этом на его прямом выходе - выводе 1 устанавливается нуль, и транзистор VT1 закрывается выключая нагрузку. А на инверсном выходе - выводе 2 D1 единица, которая поступает на вывод 12 микросхемы D2 и устанавливает её счетчик в нулевое положение.
К тому же единица с инверсного выхода D1 через цепь задержки C2-R3, устраняющую ошибки от дребезга контактов кнопки S1, поступает на вывод 5 D1, подготавливая триггер к переключению в единичное состояние.
То есть, схема возвращается в исходное положение, и выключатель готов включить нагрузку снова при очередном нажатии кнопки S1. Резистор R7 нужен для того, чтобы защитить микросхему от броска тока при зарядке емкости затвора полевого транзистора VT1. Без него возможны сбои в работе триггера микросхемы D1.
Детали и налаживание
Напряжение питания схемы может быть от 5 до 15V при именно такой схеме, как показано на рисунке. Но если вместо резистора R6 установить интегральный стабилизатор на напряжение в указанных пределах, то верхний предел питания может быть до 50V (ограничен максимальным напряжением сток-исток полевого транзистора VT1).
Налаживание сводится только к заданию времени, через которое должна отключиться нагрузка, если не будет выключена ранее. Это время задается параметрами цепи C3-R4.
Лыжин Р. РК-03-2019.
Комментарии (1):
Вариант печатной платы - Скачать.
Перечень элементов: