Como dije en mi comentario sobre la propia pregunta: Esa página de ajustes es el lugar para configurar el comportamiento por defecto. En el caso que describes, esos ajustes definen que la pantalla se apague después de 30s de tiempo de inactividad (es decir, ningún evento táctil), además de activar la acción de Keyguard (es decir, el patrón de bloqueo, el PIN o la contraseña) después de 5 segundos adicionales (por lo que si vuelves a encender la pantalla en menos de 5s después de que se apagó automáticamente, no tienes que desbloquear el dispositivo, ya que aún no estaría bloqueado).
Ahora, ¿por qué la pantalla permanece encendida durante 20 minutos o más, aunque esté configurada para apagarse después de 30 segundos de inactividad? La solución no siempre es tan obvia. Las aplicaciones con los permisos adecuados pueden anular esos ajustes por defecto. Un buen ejemplo es una aplicación de navegación: Uno seguramente no quiere tocar permanentemente la pantalla para evitar que se apague mientras navega. Otro ejemplo podría ser un lector de libros electrónicos que prolongue el tiempo de espera.
Aunque un reinicio puede resolver el problema una vez que ocurre (en caso de que se necesite una solución rápida), a largo plazo será mejor comprobar si las aplicaciones que se ejecutan son candidatas a anular la configuración predeterminada mencionada. Mientras que la aplicación de navegación puede ser obvia (y probablemente deseada), otras aplicaciones pueden permitirte configurar este comportamiento.
En caso de que no puedas averiguar fácilmente cuál es la aplicación que lo está causando, puede ser útil echar un vistazo a los registros del sistema. aLogcat es un ejemplo de aplicaciones que ayudan a capturar el contenido de los registros (también hay muchas otras). Puede producir una gran cantidad de líneas, pero buscar en el contenido cadenas como "pantalla", "tiempo de espera" y similares tiene buenas posibilidades de reducirlo.
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Si lo he entendido bien, la pantalla debería apagarse después de 30 segundos de inactividad. Si la vuelves a encender en menos de 5s, no tendrás que desbloquear (pantalla de bloqueo). Una vez superado ese "tiempo de gracia", Keyguard se encarga de activar el "bloqueo". Así es como suena su "parte configurada". No tengo explicación, sin embargo, para lo de los 20min - excepto que alguna aplicación podría mantener la pantalla despierta - aquí podría ayudar si especifica qué se está ejecutando cuando eso sucede.
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Gracias, Izzy. Tu comentario sobre una aplicación que se está ejecutando y que podría estar manteniendo la pantalla despierta me hizo reiniciar el equipo, lo que resolvió lo que estaba pasando. La pantalla se apaga después de 30 segundos y se bloquea después de 35. Te agradezco los comentarios.
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Me alegro de que la pista haya servido de algo. Me tomé la libertad de convertirla en una respuesta más detallada (dando pistas adicionales).