DE69034065T2

DE69034065T2 - Schaltungsanordnungen

Info

Publication number: DE69034065T2
Application number: DE1990634065
Authority: DE
Inventors: Hendrik Mario Geysen
Original assignee: MISHOMIS Pty Ltd; MISHOMIS Pty Ltd PACOE VALE
Current assignee: MISHOMIS Pty Ltd; MISHOMIS Pty Ltd PACOE VALE
Priority date: 1989-08-15
Filing date: 1990-08-10
Publication date: 2004-01-22
Anticipated expiration: 2010-08-11
Also published as: ATE239325T1; US5469000A; EP0487581A4; EP0487581A1; EP0487581B1; CA2065373C; DE69034065D1; CA2065373A1; WO1991003103A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schaltvorrichtung.
In vielen Situationen ist es ein allgemeines Bedürfnis, Messungen physikalischer Eigenschaften an Stellen durchzuführen, die von dem Ort entfernt sind, wo die Messungen gemischt und gleichzeitig getrennt werden und Aktionen stattfinden. Beispiele enthalten Anlagenprozesse, wo z. B. die Temperatur, der pH und Drücke verschiedener Reaktoren überwacht werden müssen; und Sicherheitsinstallationen, wo viele Türen und Fenster fortlaufend überwacht werden müssen, um zu bestimmen, ob sie offen oder geschlossen sind oder nicht. In vielen dieser Situationen ist es erforderlich, eine bestimmte Aktion an einem entfernten Ort in Abhängigkeit von den Werten oder dem Status der zu messenden Parameter auszulösen.
Vorrichtungen, die das Auftreten, die Position oder den Wert eines Ereignisses erfassen oder die das Stattfinden einer bestimmten Aktion hervorrufen, bestehen aus drei Teilen:

1. Wandler/Sender. Dies ist die Komponente des Systems, die den zu messenden Parameter erfasst, die Information in ein Signal umwandelt, wie etwa ein elektrisches Signal, und dieses Signal zu einem zentralen Ort zur weiteren Verarbeitung sendet.
2. Übertragungsmedium. In vielen Fällen kann dies einfach ein einzelnes Paar elektrischer Leiter sein. In einigen Fällen könnte jedoch das Übertragungsmedium ein komplexes Signal sein, das in einen elektromagnetischen Träger codiert ist, wie etwa ein Funksignal oder ein Lichtstrahl. In einigen speziellen Fällen, wie etwa Bereichen mit explosiven Gemischen oder Gasen, könnte das Übertragungsmedium nicht elektrisch sein und könnte z. B. pneumatisch oder optisch sein.
3. Empfänger. Dies ist die Komponente des Systems, wo das Signal empfangen und verarbeitet wird. Der Wert des zu messenden Parameters könnte angezeigt werden oder könnte eine bestimmte Aktion iniziieren, oder beides.

Es können viele Kombinationen einzelner Varianten dieser Komponenten zusammengesetzt werden, um ein arbeitsfähiges System herzustellen, um das gewünschte Ergebnis zu erreichen.
Gegenwärtig versteht es sich, dass jedes arbeitende System ein Kompromiss zwischen der Komplexität und den Kosten dieser drei Komponenten ist. Als ein allgemeines Prinzip gilt, je einfacher das Übertragungsmedium ist, desto komplizierter werden der Sender und der Empfänger, und umgekehrt. Wenn z. B. 50 Orte vorhanden sind, an denen die Temperatur aufgezeichnet werden soll, erfordert die Verwendung eines einzigen Leiterpaars als Übertragungsmedium eine extensive Codierung/Decodierung an beiden Enden. Alternativ würde die Verwendung einfacher Detektoren und Indikatoren zur Überwachung derselben 50 Orte 50 + 1 (gemeinsamen) Leiter erfordern.
Es wäre daher wünschenswert, eine Vorrichtung und ein Verfahren anzugeben, wodurch viele Wandler an entfernten Orten in einfacher Weise über eine minimale Anzahl von Leitern überwacht werden könnten. Das gleiche Prinzip kann auch angewendet werden, um die Durchführung gewünschter Aktionen an entfernten Stellen zu bewirken.
Eine Schaltung zum Betreiben einer Mehrzahl aufeinanderfolgender Lampen, ist in "Looplicht", Elektuur, Vol. 15, Nr. 7/8, Juli/August 1975, Beek NL, Schaltung 59 auf Seite 745 gezeigt. Hier ist eine Serie von D-Typ-Flip-Flops als ein Schaltregister angeordnet und durch einen Rechteckwellengenerator getaktet. In jedem Flip-Flop ist der komplementäre Q-Ausgang mit einer entsprechenden Lampe verbunden, und der Q-Ausgang ist mit dem Daten (D)-Eingang des folgenden Flip-Flops verbunden. Ein Schalter 52 wird geschlossen, um die Flip-Flops rückzusetzen. Nach dem Wiederöffnen von 52 geht die Eingangsinformation zu den Flip-Flops zum nächsten der Aufeinanderfolge weiter, wenn die positive Flanke des Rechteckwellentaktsignals empfangen wird. Die Vorrichtung erfordert für den Betrieb minimal drei Leitungen (Ein, Aus und Takt), zusätzlich zu einem entsprechenden Leiter, der einen Flip-Flop mit dem nachfolgenden Flip-Flop verbindet. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Schaltvorrichtung angegeben, wie sie in Anspruch 1 aufgeführt ist.
Bevorzugte Ausführungen der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend nur als Beispiel in Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, worin:
1 ist ein Blockdiagramm einer ersten Form einer Schaltvorrichtung, die nur zu Illustrationszwecken enthalten ist und die vorliegende Erfindung nicht verkörpert;
2 ist ein Schaltplan einer Schalteinheit für die erste Form der Schaltvorrichtung, die nur zu Illustrationszwecken enthalten ist und die vorliegende Erfindung nicht verkörpert;
3 ist ein Wellenverlaufsdiagramm eines Spannungssignals, das zum Steuern der Schaltvorrichtung von 1 verwendet werden kann;
4 ist ein Schaltplan einer Schnittstelle für die Schaltvorrichtung von 1;
5 und 6 sind jeweilige Schaltpläne alternativer Schalteinheiten der alternativen Schaltvorrichtung von 1;
7a bis 7e, 8a und 8b sind Schaltpläne von Lasteinheiten, die in der Schaltvorrichtung enthalten sein können;
9 ist ein Schaltplan einer ersten Form einer Endeinheit, die in der Schaltvorrichtung von 1 enthalten sein kann;
10 ist ein Schaltplan einer zweiten Form einer Endeinheit, die in der Schaltvorrichtung von 1 enthalten sein kann;
11 ist ein Blockdiagramm einer zweiten Form einer Schaltvorrichtung, die die vorliegende Erfindung verkörpert;
12 ist ein Wellenverlaufsdiagramm eines Spannungssignals, das zum Steuern der Schaltvorrichtung verwendet werden kann;
13 ist ein Schaltplan einer ersten bevorzugten Ausführung der zweiten Form der Schaltvorrichtung und erster bevorzugter Ausführungen von Schalteinheiten der Vorrichtung;
14 ist ein Schaltplan einer Schnittstelle zum Erzeugen eines Spannungssignals, das zum Steuern der Schaltvorrichtung verwendet wird;
15 ist ein Schaltplan einer Schnittstelle zum Umwandeln des Stroms, der von der Schaltvorrichtung zurückgekommen ist, in eine Spannungsausgabe, die nach Umwandlung durch einen Analog-Digital-Wandler z. B. durch einen Computer gelesen werden kann;
16 ist ein Schaltplan einer zweiten bevorzugten Ausführung einer Schalteinheit der Schaltvorrichtung;
17 ist ein Schaltplan einer zweiten bevorzugten Ausführung der Schaltvorrichtung von 11;
18 ist ein Schaltplan einer Anfangseinheit für die Schalteinheiten;
19a ist ein Schaltplan einer weiteren Ausführung einer Schaltvorrichtung, die flankengetriggert ist, im Unterschied zur spannungempfindlichen Schaltvorrichtung von 12;
19b ist ein Schaltplan einer alternativen Schaltvorrichtung zur Verwendung in der Schaltvorrichtung von 19a;
20 ist ein Schaltplan einer alternativen Endeinheit für die Schalteinheiten;
21a und 21b sind jeweilige Wellenverlaufsdiagramme von Spannungssignalen, die während des Betriebs der Schaltvorrichtung angelegt werden, und ein Wellenverlaufsdiagramm der resultierenden Spannung an einem Kondensator der Schaltvorrichtung von 19a;
22 ist ein Schaltplan einer zweiten Ausführung einer flankengetriggerten Schaltvorrichtung;
23a und 23b sind Schaltpläne zweier alternativer Ausführungen von Schalteinheiten der flankengetriggerten Schaltvorrichtung;
24 ist ein Schaltplan einer Schaltvorrichtung, die einen vierten Leiter verwendet, um ein sequenzielles Schalten zu bewirken, das nur zu Illustrationszwecken enthalten ist und die vorliegende Erfindung nicht verkörpert;
25a ist ein Blockdiagramm einer dritten Form einer Schaltvorrichtung, die nur zur Erläuterung dient und nicht Teil der vorliegenden Erfindung bildet;
25b ist ein Blockdiagramm einer modifizierten Version der dritten Form der Schaltvorrichtung, die ebenfalls die Erfindung nicht verkörpert;
26a bis 26c sind Schaltpläne dreier bevorzugter Ausführungen von Schalteinheiten, die in der dritten Form der Schaltvorrichtung enthalten sein können; und
27 und 28 sind Schaltpläne, die vier Leiterversionen der in den 19 und 22 dargestellten bevorzugten Ausführungen sind.
Eine erste Form einer elektrischen Schaltvorrichtung 2 ist in 1 gezeigt. Die erste Form der elektrischen Schaltvorrichtung bildet nicht Teil der vorliegenden Erfindung und dient nur zu Illustrationszwecken. Die Vorrichtung enthält eine Mehrzahl von Schalteinheiten 4, eine Mehrzahl von Lasteinheiten 6 sowie einen Eingangskontakt 8 und einen Ausgangskontakt 10. Die Schalteinheiten 4 sind miteinander seriell verbunden, und benachbarte Schalteinheiten 4 sind durch einen einzelnen Leiterdraht 12 verbunden. Die Lasteinheiten 6 sind parallel mit den Eingangs- und Ausgangskontakten 8 und 10 verbunden, und sind mit jeweiligen Schalteinheiten 4 verbunden. Die Lasteinheiten 6 enthalten jeweils einen einzigen Eingang und einen einzigen Ausgang, und die Eingänge sind mit den jeweiligen Schalteinheiten 4 verbunden und die Ausgänge sind alle mit dem Ausgangskontakt 10 verbunden. Der Eingangskontakt 8 ist mit der ersten Schalteinheit 13 verbunden, und eine optionale Endeinheit 14 ist zwischen der letzten Schalteinheit 16 und dem Ausgangskontakt 10 angeschlossen.
Die Schalteinheiten 4 sind so konfiguriert, dass sie in Antwort auf die am Eingangskontakt 8 anliegende Spannung selektiv eine der Lasteinheiten 6 aktivieren. Der Ausgangskontakt 10 wird auf niedriger Spannung gehalten, und eine Schalteinheit 4 aktiviert eine entsprechende Lasteinheit 6, indem sie eine Spannung an die Lasteinheit 6 anlegt. Die Lasteinheiten 6 können Sensoren sein, die ein einen erfassten Parameter repräsentierenden Strom erzeugen, oder Einheiten, die eine vorbestimmte Aktion hervorrufen, wie etwa das Einschalten von Licht, wenn sie aktiviert sind.
Der Spannungspegel am Eingangskontakt 8 bestimmt, welche der Schalteinheiten 4 an ihrer jeweiligen Lasteinheit eine Aktivierungsspannung anlegen wird. Nur eine der Schalteinheiten 4 ist in der Lage, zu einer gegebenen Zeit eine jeweilige Lasteinheit 6 zu aktivieren. Wenn die Spannung über einer Schalteinheiti 4 auf einem ersten Pegel liegt, wird der jeweiligen Lasteinheit eine Aktivierungsspannung zugeführt, wobei aber, wenn die Spannung über der Schalteinheit 4 eine zweite Pegelspannung erreicht, diese direkt zur nächsten oder nachfolgenden Schalteinheit 4 in der Serie weitergeleitet wird und die zuvor aktivierte Lasteinheit 6 deaktiviert wird. Der Strom, der durch die aktivierte Lasteinheit 6 fließt, kann durch eine Schnittstellenschaltung gemessen werden, die mit dem Ausgangskontakt 10 oder dem Eingangskontakt 8 verbunden ist. Wenn die Spannung an dem Eingangskontakt 8 einen hohen Pegel erreicht, wo keine der Schalteinheiten 4 in einem Zustand ist, um eine jeweilige Lasteinheit 6 zu aktivieren, wird eine Spannung an die Endeinheit 14 angelegt, die konfiguriert ist, um einen Strom zu ziehen, der der Schnittstellenschaltung anzeigt, dass die Hochpegelspannung erreicht worden ist.
Eine in 2 gezeigte Schalteinheit 4, die nicht Teil der vorliegenden Erfindung bildet und nur zu Illustrationszwecken dient, enthält einen Eingang 20, einen Bypass-Ausgang 22, einen Treiberausgang 24, einen siliciumgesteuerten Gleichrichter (SCR) 26, ein Relais 28, zwei Zener-Dioden 30 und 32 und einen Widerstand 34. Die Wicklung 36 des Relais 28 ist zwischen dem Eingang 20 und der Anode des SCR 26 angeschlossen, und der Schalter 38 des Relais 28 ist zwischen dem Eingang 20 und dem Treiberausgang 24 angeschlossen. Der Schalter 38 ist normalerweise geschlossen. Die Kathode des SCR 26 ist mit dem Bypass-Ausgangs 22 und dem Widerstand 34 verbunden. Die Anode der ersten Zener-Diode 30 ist mit dem Widerstand 34 und dem Gate- oder Triggereingang des SCR 26 verbunden, und deren Kathode ist mit dem Eingang 20 verbunden. Die zweite Zener-Diode 32 ist über der Wicklung 36 angeschlossen, die Schalteinheit 4 von einer elektromotorischen Gegenkraft zu schützen, wenn die Wicklung 26 erregt wird, und begrenzt den Spannungsabfall über der Wicklung 36, wenn diese erregt wird. Wenn der erste Spannungspegel an den Eingang 20 angelegt wird, wird die Spannung direkt an der Treiberausgang 24 angelegt, um die damit verbundene Lasteinheit 6 zu aktivieren, wenn das Relais 28 entregt wrid. Eine Erhöhung der Spannung auf den zweiten Pegel, durch Anlegen eines geeigneten Impulses bewirkt, dass eine Durchbruchspannung über der ersten Zener-Diode 30 auftritt. Weil der Widerstand 34 vorgesehen ist, wird daher ein Triggerimpuls an den Gateeingang des SCR von der ersten Zener-Diode 30 angelegt. Dies bewirkt, dass der SCR 26 leitend wird und ein Strom durch die Wicklung 36 fließt, um das Relais 28 zu erregen und den Schalter 38 zu öffnen. Die mit dem Treiberausgang 24 verbundene Lasteinheit 6 wird deaktiviert, und die Spannung wird dem Bypass-Ausgang 22 zugeführt. Da über der Wicklung 36 und dem SCR 26 ein Spannungsabfall auftritt, wird, um den ersten Spannungspegel an die mit dem Bypass-Ausgang 22 angeschlossene nachfolgende Schalteinheit anzulegen, der Spannungspegel am Eingang 20 hochgestuft, um den Spannungsabfall über der Wicklung 36 und der SCR 26 zu kompensieren.
In 3 ist die Spannung 39 dargestellt, die am Eingangskontakt 8 der Vorrichtung 2 eingegeben werden müsste, um die Lasteinheiten 6 von der ersten Einheit 40 bis zur letzten Einheit 42 zu aktivieren. Eine Spannung V₀ ist erforderlich, um die erste Lasteinheit 40 zu aktivieren oder um die Einheit 40 auszulesen, wenn sie ein Parametersensor ist. Der Parameter kann eine örtliche Temperatur, ein Druck, ein Rauchpegel, ein Wasserpegel etc. sein. Um die zweite Lasteinheit 41 zu aktivieren oder zu lesen und die erste Schalteinheit 13 zu umgehen, muss die Spannung am Eingangskontakt 8 um V_step erhöht werden und muss ein zusätzlicher Spannungsimpuls V_trip an dem Trigger des SCR 26 der ersten Schalteinheit 13 angelegt werden. Sobald der SCR 26 getriggert worden ist, genügt die Spannung V₀ plus V_step, um den SCR 26 leitend zu machen. Um die nte Einheit 46 zu aktivieren, ist eine Eingangsspannung von V_trip + (n – 1)(V_step) + V₀ erforderlich, und um die nte Einheit 42 zu lesen, ist eine Eingangsspannung von (n – 1)(V_step) + V₀ erforderlich.
Eine in 4 gezeigte Schnittstelle 50 kann angewendet werden, um die Schaltvorrichtung 2 zu betreiben, und um ein Stromsignal von den selektiv aktivierten Lasteinheiten 6 zu empfangen. Die Schnittstelle 50 enthält eine Prozessoreinheit 52, die Daten auf einen Bus 54 ausgibt, um vorzugeben, welche Lasteinheit 6 aktiviert wird. Die Daten werden durch einen D/A-Wandler 56 in ein Analogsignal umgewandelt und in einen Invertierpuffer 58 eingegeben. Der D/A-Wandler 56 empfängt ein Strobe-Signal von der Prozessoreinheit 52 auf Leitung 53. Die Prozessoreinheit 52 erzeugt auch bei Bedarf den V_trip-Impuls, der an die Leitung 51 des Invertierpuffers 58 angelegt wird, sodass er zu dem Analogsignal addiert wird. Der Ausgang des Puffers 58 wird durch einen Invertierverstärker 68 verstärkt und an den Eingangskontakt 8 der Schaltvorrichtung 2 angelegt.
Der Ausgangskontakt 10 ist mit dem Eingang eines Stromspannungswandlers 62 verbunden, der den Strom von der aktivierten Lasteinheit 6 in eine entsprechende Spannung umwandelt. Eine Nullsetzschaltung 64 ist ebenfalls mit dem Eingang des Wandlers 62 verbunden, um sicherzustellen, dass der am Eingang erhaltene Strom null ist, wenn keine der Lasteinheiten 6 aktiviert ist. Der Ausgang des Wandlers wird an den A/D-Wandler 66 über einen Invertierpuffer 68 angelegt, um das Ausgangssignal in digitale Daten umzuwandeln, in die Prozessoreinheit 52 durch/oder einem Bus 61 zur Analyse eingegeben wird. Der Wandler 66 empfängt ein Strobe-Signal von der Prozessoreinheit 52 auf Leitung 63. Der Wandler 66 liefert ein Statussignal an die Prozessoreinheit 52 auf Leitung 65, was den Abschluss der Umwandlung anzeigt.
Eine in 5 gezeigte zweite Schalteinheit 70 ist die gleiche wie die erste Schalteinheit 4, die in 2 dargestellt ist, außer, dass das Relais 28 zwei Schalter 38 und 72 enthält. Der erste Schalter 38 ist normalerweise geschlossen und ist zwischen dem Eingang 20 und dem Treiberausgang 24 angeschlossen, und der zweite Schalter 72 ist normalerweise offen und ist über dem SCR 26 angeschlossen. Wenn die Wicklung 36 erregt wird, wird der Schalter 72 geschlossen, und die Spannung wird direkt von der Wicklung 36 an den Bypass-Ausgang 22 angelegt. Der Einbau des zweiten Schalters 22 vermeidet den Spannungsabfall über dem SCR, wenn die Wicklung 36 erregt wird. Dies ermöglicht die Verbindung von noch mehr Schalteinheiten 4 in Serie für eine maximale Arbeitsspannung, die an den Eingang von Takt 8 der Schaltvorrichtung 2 angelegt werden kann.
Eine in 6 zeiegte dritte Schalteinheit 74 enthält den SCR 26, den Widerstand 34 und die erste Zener-Diode 30, wie für die vorherigen Schalteinheiten 4 und 70 beschrieben, wobei aber die Relaisschaltung nicht enthalten ist. Stattdessen wird ein Transistor 76 verwendet, um in Antwort auf die Aktivierung des SCR 26 die jeweilige Lasteinheit 6 ein- und auszuschalten. Die Kathode der ersten Zener-Diode 30 ist mit der Anode des SCR 26 verbunden, und der Treiberausgang 24 ist mit dem Kollektor des PNP-Transistors 76 verbunden. Der Emitter des Transistors 76 ist mit der Anode einer zweiten Zener-Diode 78 verbunden, die verwendet wird, um einen festen Spannungsabfall vorzusehen, und deren Kathode ist mit dem Eingang 20 der Schalteinheit 74 verbunden. Die Basis des Transistors 76 ist mit der Kathode des SCR 26 verbunden und erhält von einem Vorspannwiderstand 80 einen Vorspannstrom, wenn der SCR 26 nicht leitend ist. Der Vorspannwiderstand 80 ist zwischen der Basis und dem Niederspannungs-Ausgangskontakt 10 der Schaltvorrichtung 2 angeschlossen. Der Transistor 76 wird vorwärts vorgespannt und legt eine Spannung an den Treiberausgang 24 an, um die jeweilige Lasteinheit 6 zu aktivieren, wenn der SCR 26 nicht leitend ist, und wird rückwärts vorgespannt, sobald der SCR 26 zu leiten beginnt und hierdurch die jeweilige Lasteinheit 6 deaktiviert.
Obwohl die oben beschriebenen Schalteinheiten 4, 70 und 74 alle einen SCR verwenden, kann stattdessen jegliche Schwellenwertschaltkomponente angewendet werden. Geeignete Alternativen beinhalten siliciumgesteuerte Schalter SCS, programmierbare Unijunction-Transistoren (PUT) und Triacs.
Die 7a bis 7e, 8a und 8b geben Beispiele praktischer Realisierungen der in 1 dargestellten Lasteinheiten 6. In diesen Figuren sind die mit 91 und 92 markierten Punkte die Verbindungen zwischen dem Treiberausgang 24 seiner entsprechenden Einheit 4 bzw. dem Ausgangskontakt 10 der Schaltvorrichtung 2.
7a ist eine Schaltung, die verwendet werden könnte, um die Temperatur an verschiedenen Orten zu überwachen. Die Komponente 93 ist eine Halbleiterverstärkungsvorrichtung, die in dieser Figur als PNP-Transistor gezeigt ist. Die Komponente 94 ist ein Temperaturstromwandler, und die Komponente 95 ist ein Bereichseinstellwiderstand für die Komponente 94.
7b ist eine Schaltung, die verwendet werden kann, um das Vorhandensein und die Menge von Rauch zu erfassen. Die Komponente 103 ist eine Halbleitervorrichtung, die als NPN-Transistor gezeigt ist, der als Spannungsfolger benutzt wird. Die Komponente 104 ist eine Halbleitervorrichtung, als FET gezeigt, und wird als Puffer für den lonisierungs-Rauchdetektor verwendet, die Komponente 105. Die Komponenten 106 sind Widerstände, die erforderlich sind, um die Schaltung praktikabel zu machen.
7c ist eine Schaltung, durch die der Status eines Schalters überwacht werden kann. Dies könnte für ein Einbruchsalarmsystem erforderlich sein oder eine Fernüberwachung einer komplexen Schalttafel. Die Komponente 114 ist die Schalteraktivierungsvorrichtung, die als ein Magnet gezeigt ist, der häufig zum Aktivieren eines Reed-Schalters verwendet wird. Die Komponente 114 ist in der Schaltvorrichtung als ein Reed-Schalter gezeigt. Die Komponenten 115 sind Konstantstromquellen, und die Komponenten 116 und 117 sind Widerstände, die die Stromausgaben ihrer jeweiligen Stromquellen einstellen. Unter normalen Bedingungen ist der erfasste Strom entweder der Strom, der, der rechten Stromquelle zugeordnet ist, was anzeigt, dass der Schalter nicht aktiviert worden ist, oder die Summe beider Stromquellen, was anzeigt, dass der Schalter aktiviert worden ist. Es versteht sich, dass die Integrität der Schleife fortlaufend überwacht wird darin, dass irgend ein Bruch (entweder unbeabsichtigt oder vorsätzlich) in der Schleife sofort erfasst wird, weil auf Sensoren, die in der Schleife weiter abwärts liegen, nicht zugegriffen werden kann. Es versteht sich ferner, dass die vorliegende Erfindung ermöglicht, dass der Ort, an dem der Bruch in der Integrität der Schleife aufgetreten ist, sofort identifiziert werden kann.
7d zeigt eine Schaltung, in der die Schaltvorrichtung verwendet wird, um Lampen zu steuern, um ein einfaches Muster anzuzeigen, wie etwa einen sich scheinbar bewegenden Streifen von Lampen, der sich zu einem bestimmten Ziel hin bewegt, wie etwa einem Notausgang aus einem umgrenzten Raum. Alternativ könnte das Lichtmuster so gesteuert werden, um z. B. ein Werbezeichen hervorzuheben. Die Komponente 123 ist eine Beleuchtungsvorrichtung oder ein Steuergerät für eine Beleuchtungsvorrichtung, als einfach Glühbirne gezeigt. Die Komponente 124 ist die Konstantstromquelle, die den Strom durch die Lichtquelle steuert, und die Komponente 125 ist ein Stromeinstellwiderstand.
7e ist eine Variante des Temperaturüberwachungsmoduls von 7a, worin die unabhängige Verifizierung des Moduls, auf das zugegriffen wird, durch eine zweite Schleife hergestellt wird. Diese zweite Schleife könnte eine der möglichen Formen der Schaltvorrichtung sein, oder eine Schleife, wie sie zuvor in dem niederländischen Patent Nr. 82.04306 beschrieben ist. In dieser Variante kann eine positive Verifizierung des Moduls, auf das gegenwärtig zugegriffen wird, wesentlich sein und den Lauf einer zusätzlichen Schleife erfordern. Die Komponenten 133, 134 und 135 sind die gleichen wie die Komponenten 93, 94 und 95, die in 7a beschrieben sind. Die Komponente 136 ist eine Vorrichtung, die zwischen den Überwachungs- und Verifizierungsschleifen kommuniziert. Diese ist in 7e als Optokoppler gezeigt. Die Komponenten 137 sind Halbleiterschwellenwertvorrichtungen, die eine Erfassungsschleife aufweisen, wie im niederländischen Patent Nr. 82.04306. Der Punkt 138 ist die Verbindung zu dem auswärtigen Leiter der Verfizierungsschleife und der Punkt 139 ist die Verbindung zu dem nächsten Erfassungspunkt in der Verfizierungsschleife.
8a ist eine Darstellung davon, wie die Schaltvorrichtung verwendet werden kann, um zu bewirken, dass an einer bestimmten Position unter vielen möglichen Positionen entlang der Schleife eine Aktion stattfindet. In dem Beispiel ist das Modul aufgebaut, um ein elektrisch schmelzbares Verbindungsglied zu aktivieren, wie es etwa verwendet werden könnte, um ein Feuerlöschsystem auf Halon- oder Wasserbasis einzuschalten. Die Komponente 143 ist eine Konstantstromvorrichtung, wobei der Strompegel durch einen Widerstand 144 eingestellt wird. Diese bestimmt den Strombetrag, der in der Schaltung fließt, nach einem erfolgreichen Schmelzen des steuernden Verbindungsglieds, der Komponente 145. Die anderen Komponenten der Schaltung, der NPN-Transistor 146, der Widerstand 147 und 148 und die Zener-Diode 149 umfassen eine Strombegrenzungsschaltung, die verwendet wird, um den Verbindungsgliedschmelzstrom zu steuern.
8b ist eine weitere Darstellung der Verwendung der Schaltvorrichtung zum Steuern eines Ereignisses an einer bestimmten Position. Die Konstantstromquelle 153 und der Stromeinstellwiderstand 154 liefern einer Schaltvorrichtung 155 Energie, wie etwa einem monostabilen Flip-Flop. Die Komponente 176 ist eine Signalübertragungsvorrichtung zwischen der Steuerschleife und der Vorrichtung, die aktiviert oder deaktiviert werden soll. In 8b ist die Vorrichtung 156 als eine Optokoppler-Halbleitervorrichtung gezeigt. Die Komponenten 157, 158 und 159 sind jeweils zwei Widerstände und ein Kondensator, die für einen geeignete Zeitverzögerung für die Schaltvorrichtung 155 sorgen, um ein falsches Triggern der Vorrichtung zu eliminieren, wenn die Schleife durchlaufen wird. Die Komponente 160 ist eine Zener-Diodenvorrichtung, die die Spannung an der Schaftvorrichtung 155 begrenzt. Die Punkte 161 und 162 sind die Anschlusspunkte für die zu steuernde Vorrichtung.
9 und 10 zeigen Beispiele möglicher praktischer Realisierungen der Schleifenendeinheit 14 in 1. In 9 und 10 sind die mit 91 und 92 markierten Punkte der Anschlusspunkt zwischen der letzten Schalteinheit 16 in der Schleife bzw. dem Ausgangskontakt 10.
9 zeigt die Schleifenendeinheit 14, die aus einer einfachen Konstantstromquelle aufgebaut ist. Diese kann durch die Schleifenschnittstelle 50 verwendet werden, um zu verifizieren, dass das Ende der Schleife erreicht worden ist, indem der erhaltene Stromwert mit dem für die Schleifenendeinheit erwarteten verglichen wird. In dieser Ausführung ist die Komponente 174 eine Halbleiterkonstantstromvorrichtung, und die Komponente 173 ist deren Stromeinstellwiderstand.
10 ist ein anderes Beispiel einer Schleifenendeinheit. In dieser Form kann das Schleifensteuergerät die Tatsache bestimmen, dass der letzte Punkt der Schleife erreicht wird, indem es nach der erwarteten Strom/Spannungsbeziehung durch das Modul testet. Das Modul ist als eine einfache Lichtquelle, wie etwa eine lichtemittierende Diode (LED), gezeigt. Die Komponente 184 ist die LED, und die Komponente 183 ist ein Widerstand, der für die erwartete Strom/Spannungsbeziehung sorgt.
Die Schaltvorrichtung 2 kann verwendet werden, um einen frühzeitigen Feueralarm auszugeben, indem sie fortlaufend die Temperatur und das Vorhandensein von Rauch an verschiedenen Stellen in einem Gebäude überwacht: In herkömmlichen Installationen von Feuer/Raucherfassungsgeräten, z. B. in einem großen mehrstöckigen Gebäude, sind die Sensormodule in Schleifen verbunden. Typischerweise könnte eine Schleife alle Detektoren für ein Stockwerk des Gebäudes enthalten. Der Vorteil dieses Systems ist, dass die Verkabelung relativ einfach ist. Jedoch beinhalten die Nachteile des herkömmlichen Systems:

1. Eine Anzeige eines Alarmzustands geht nicht mit einer Information zum präzisen Ort des Brandes einher, wobei nur eine Anzeige des Stockwerks angegeben wird. Dies kann zu einem erheblichen Zeitverlust bei der Durchführung einer vorläufigen Suche auf dem angezeigten Stockwerk nach der Brandquelle führen.
2. Die Alarmsensoren sind Schwellenwertvorrichtungen, die häufig bei einer späten Stufe des Brandes auslösen, wenn eine einfache Steuerung nicht länger möglich ist;
3. wenn ein eingebautes Sprinklersystem vorhanden ist und aktiviert wird, kann der Wasserschaden an Orten eintreten, die im Brand selbst nicht involviert sind. In der Tat kann der Wasserschaden leicht schädlicher sein als der Brand selbst.

In einer Form der Schaltvorrichtung 2 behält das vergleichbare System die einfache Verkabelung und das Format des herkömmlichen Systems darin, dass die Überwachung auf ein Stockwerk auf Stockwerkbasis aufgeteilt wird. Jedoch wird an jedem Ort die Temperatur und der Rauchpegel mit einer Frequenz von z. B. jeder Sekunde gemessen. All diese Daten können leicht mit einem einfachen Computersystem analysiert werden, um eine Warnung auszugeben, sollte die Rate des Temperaturanstiegs, die tatsächliche Temperatur selbst oder der Rauchpegel vorbestimmte Werte überschreiten. Diese Warnung würde mit einer Identifizierung des präzisen Orts der Risikostelle in der Form einer Anzeige oder einer gedruckten Information oder Idealerweise beidem einhergehen. Das System könnte verbessert werden, indem es einen Grundrissausdruck, der den präzisen Ort des Brandes zeigt, sowie die Positionen von Notausgängen und von Feuerbekämpfungsgeräten anzeigt.
In einer weiteren Form der Schaltvorrichtung 2 ist es möglich, die Überwachung von Sensoren mit einer anderen Schleife zu koppeln, die verschiedene Sprinkler in dem Gebäude tatsächlich steuert. Auf diese Weise kann ein oder können mehrere Sprinkler selektiv aktiviert werden, um das Feuer zu kontrollieren und dessen Ausbreitung zu minimieren. Ein weiterer Vorteil des Systems ist, dass durch Auswahl eines festen und eindeutigen Schleifenbestimmungselements für jede Schleife die Schleife auf Integrität fortlaufend selbstüberwachend ist. Wenn z. B. die Schleife unterbrochen wird, wird der Endzustand nicht erreicht, und der Fehler sofort erfasst. Es versteht sich, dass dieses Merkmal unabhängig von der Erfassung eines Alarmzustands funktioniert. Anzumerken ist auch, dass auch dann, wenn die Schleife unterbrochen worden ist, Detektoren, die dem Empfänger näher sind, weiterhin normal arbeiten. Kurz gesagt, wenn die Schleife aus irgend einem Grund bricht, wird der Fehler sofort erfasst und wird ein teilweiser Schutz fortgesetzt.
Die Schaltvorrichtung 2 kann auch in einem Einbruchsalarmsystem verwendet werden. Die einfachste Form eines Einbruchalarmsystems verwendet ein Schleifennetzwerk, das eine Vorrichtung enthält, die an jedem möglichen Eintrittspunkt montiert ist, sodass ein unauthorisierter Eintritt einen Alarmzustand in der Schleife verursacht. Das gewöhnliche Verfahren ist es, jede Tür und jedes Fenster mit einer Vorrichtung auszustatten, welche entweder die Schaltung öffnet oder kurzschließt, sollte ein Einbruch versucht werden. Die diesem System zugeordnete Verkabelung ist einfach gehalten.
Ein solches System ist relativ frei von lästigen Fehlalarmen, die bei Bewegungsdetektoren häufig auftreten. Die Nachteile dieses Systems enthalten:

1. Für einen geübten Einbrecher ist es relativ einfach, die Vorrichtung entweder kurzzuschließen oder den Schaltkreis zu öffnen, und
2. die Aktivierung des Alarms setzt voraus, dass alle Eingangspunkte in der geschlossenen Stellung sind. Wenn dies nicht der Fall ist, wird keine Anzeige abgegeben, welches Fenster oder welche Tür offen gelassen worden ist.

Ein vergleichbares System, das die Erfindung verkörpert, würde jedem Eintrittspunkt einen eindeutigen Stromwert in der Last/Wandlersendeeinheit 6 zuordnen.
Tatsächlich wird jeder Eintrittspunkt individuell sowohl für den offenen Schaltkreis- als auch den geschlossenen Schaltkreiszustand codiert. Ein Abtasten um die Schleife herum mit einer ausreichend hohen Frequenz prüft wirkungsvoll jeden Eintrittspunkt auf seinen korrekten Status. Die Vorteile dieses Systems enthalten:

1. Es ist scheinbar unmöglich, den Wert der Strombestimmungskomponente in einer Wandler/Sendeeinheit zu bestimmen, und daher einen Bypass anzubringen, um das Überwachungssystem in die Irre zu führen,
2. die Aktivierung des Systems zu einer Zeit, wenn nicht alle Eintrittspunkte geschlossen sind, wird mit einer Anzeige der präzisen Orte von jenen begleitet, die Aufmerksamkeit erfordern, und
3. die Integrität der Schleife wird selbst überwacht, wie für das zuvor beschriebene Beispiel des Feueralarms.

Die Schaltvorrichtung 2 kann auch verwendet werden, um aufwändige Kabelbäume von Fahrzeugen zu ersetzen und eine Vielzahl von Sensoren in einem Fahrzeug zu überwachen. Auch könnte die Schaltvorrichtung 2 verwendet werden, um ein Sprinklersystem zu betreiben, wo benachbarte Lasteinheiten 6 entsprechende Feuchtigkeits- und/oder Hitzedetektoren aufweisen, und Aktivierungsvorrichtungen, um den Betrieb eines jeweiligen Sprinklers auszulösen. Die Feuchtigkeits- und/oder Hitzedetektoren werden aufeinanderfolgend überwacht und wird ein Sprinkler aktiviert, wenn es erforderlich ist.
Eine zweite Form der Schaltvorrichtung 201, welche die vorliegende Erfindung verkörpert, wie in 11 gezeigt, enthält eine Mehrzahl von Schalteinheiten 202 (die ersten vier sind mit A, B, C und D gekennzeichnet, und die letzte mit N), eine Mehrzahl von Lasteinheiten 203 (La bis Ln), einen Eingangskontakt 204 und einen Ausgangskontakt 205. Die Schalteinheiten 202 sind parallel zueinander verbunden und jeweils mit dem Schleifenstrom und Schleifenrückleitern 206 bzw. 208. Benachbarte Schalteinheiten 202 sind ebenfalls in Serie durch einen dritten Leiter 207 verbunden. Jede Lasteinheit 203 ist zwischen ihrer entsprechenden Schalteinheit 202 und dem Leiter 208 angeschlossen. Die Lasteinheiten 203 enthalten jeweils einen Eingang und einen Ausgang. Die Eingänge der Lasteinheiten 203 sind mit den jeweiligen Schalteinheiten 202 verbunden, und deren Ausgänge sind über einen Leiter 208 mit dem Ausgangskontakt 205 verbunden. Der Eingangskontakt 204 ist mit jeder der Schalteinheiten 202 über einen Leiter 206 und mit einer Endeinheit 209 verbunden. Die Endeinheit 209 ist zwischen den Leitern 206 und 208 und mit der letzten Schalteinheit N über einen Leiter 207 verbunden.
Die Schalteinheiten 202 sind so konfiguriert, dass sie selektiv eine oder mehrere der Lasteinheiten 203 in Antwort auf Spannungsimpulse aktivieren, die an den Eingangskontakt 204 angelegt werden. Der Ausgangskontakt 205 wird auf einer derartigen Spannung gehalten, dass eine aktivierte Schalteinheit 202, nach Triggerung durch einen Spannungsimpuls, wiederum eine entsprechende Lasteinheit 203 aktiviert. Die aktivierte Schalteinheit 202 führt der entsprechenden Lasteinheit 203 eine Spannung zu und bildet eine Stromschleife vom Eingangsanschluss 204 zum Eingangsanschluss 205 über den Leiter 206, die aktivierte Schalteinheit, die aktivierte Lasteinheit und den Leiter 208.
In einer praktischen Implementierung der Erfindung ist eine Anfangseinheit 1001 vorgesehen, die den Prozess der Überwachung oder Steuerung der Lasteinheiten 203 in der Schleife beginnt, die durch die Schaltvorrichtung 201 gebildet ist. Eine Schnittstellenschaltung 1002 ist auch vorgesehen, die das Anschließen der Schaltvorrichtung 201 an ein Steuergerät gestattet, wie etwa einen Computer.
Eine Schalteinheit 202 liefert, wenn sie aktiviert ist, entweder ihrer jeweiligen Lasteinheit 203 oder der Lasteinheit 203 der nachfolgenden Schalteinheit 202 über den Leiter 207 Strom, in Abhängigkeit von der jeweiligen Konstruktion der Schalteinheit, wie sie im Detail nachfolgend beschrieben wird. Die Lasteinheit 203, die eine Schalteinheit 202 aktiviert, wird hierin als ihre entsprechende Lasteinheit 203 bezeichnet. Wenn das Letztere der Fall ist, verbindet die Schalteinheit 202, wenn nicht aktiviert, ihre jeweilige Lasteinheit 203 mit dem Leiter 207, der sich zwischen der Einheit 202 und der vorhergehenden Schalteinheit 202 erstreckt, und die vorhergehende Schalteinheit 202 liefert der Lasteinheit 203 über den Leiter 207 Strom. Wenn das Erstere der Fall ist, enthält die Anfangseinheit 1001 eine jeweilige Lasteinheit 203, und die aktivierte Einheit 203 oder 1001 liefert ihrer jeweiligen Lasteinheit 203 Strom direkt.
Die Lasteinheiten 203 können Wandler sein, die ein Strom-Repräsentativ eines erfassten Parameters liefern, oder Steuereinheiten, die eine vorbestimmte Aktion bewirken, wie etwa das Einschalten von Licht oder das Erregen eines Relais, wenn aktiviert. Messsignale oder Steuersignale werder hierdurch auf dem Schleifenrückleiter 208 vorgesehen und können durch Computer zugegriffen oder empfangen werden, die direkt mit dem Schleifenrückleiter 208 verbunden oder elektrisch davon isoliert sind.
In einem Modus wird nur eine der Schalteinheiten 202 auf einmal aktiviert, und die Anzahl von Spannungsimpulsen, die an den Eingangskontakt 204 angelegt werden, bestimmt, welche der Schalteinheiten 202 einer entsprechenden Lasteinheit 203 eine Aktivierungsspannung zuführen wird. Mit einem geeigneten Spannungsimpuls wird nur eine der Schalteinheiten 202 und Lasteinheiten 203 zu einer gegebenen Zeit aktiviert.
In einem anderen Modus können mehr als eine Schalteinheit 202 zu irgend einer Zeit aktiviert werden, vorausgesetzt, dass zumindest ein inaktivierter Schalteinheit 202 benachbart jeder aktivierten Schalteinheit 202 beibehalten wird. Dies erlaubt, dass eine große Gruppe von Lasteinheiten 203 gleichzeitig überwacht wird, was zum Überwachen von Alarmzuständen erforderlich sein kann. Wenn eine Statusänderung der Schleife erfasst wird, dann wird auf die Schleife sequenziell zugegriffen, um die tatsächliche Lasteinheit zu bestimmen, an der der Alarmzustand vorliegt.
12 zeigt einen verallgemeinerten Spannungswellenverlauf, der erforderlich ist, um die Schalteinheiten 202 der Vorrichtung 201 zu aktivieren und zu deaktivieren. Allgemein sind zwei Spannungen erforderlich. Eine Gleichspannung 253 (Vread), bei der Messungen vorgenommen werden können oder eine Aktion stattfinden kann, und ein höherer Spannungsimpuls 254 (Vtrip), der bewirkt, dass die gegenwärtig mit der Schleife verbundene Lasteinheit 203 abgetrennt wird und die nächste Lasteinheiti 203 in der Schleife verbunden wird.
Das anfängliche Anlegen der Spannung Vrad an den Leiter 206 und die Aktivierung der Anfangseinheit 1001 aktiviert die erste Lasteinheit 203 der Vorrichtung 201, und der Strom davon wird überwacht. Wie zuvor diskutiert, kann die erste Lasteinheit 203 Teil der Anfangseinheit 1001 sein oder kann mit der ersten Schalteinheit 202 verbunden sein. Wenn der Spannungsimpuls Vtrip an den Leiter 206 angelegt wird und die Initiierungseinheit 1001 deaktiviert wird, wird die erste Lasteinheit 203 von der Schleife getrennt und wird die zweite Lasteinheit 203 damit verbunden. Das Anlegen eines weiteren Spannungsimpulses Vtrip aktiviert nun die dritte Lasteinheit 203 und deaktiviert die zweite Lasteinheit 203. Der nächste Spannungsimpuls verbindet die vierte Lasteinheit 203 in die Schleife (und trennt die dritte Lasteinheit 203) usw., bis wiederum auf jede der Lasteinheiten 203 in der Schaltvorrichtung zugegriffen worden ist. Die Wiederholung der Sequenz der oben beschriebenen Aktionen sorgt für mehrfache Auslese oder Steueraktionen an jeder der Lasteinheiten. Auf diese Weise kann Information unabhängig von einer großen Anzahl von Orten oder Knoten an der Drei-Leiter-Schleife erhalten werden oder können Steueraktionen daran ausgelöst werden.
Es versteht sich, dass es die Spannungsimpulse Vtrip an der Schleife sind, die das Umschalten zwischen den Lasteinheiten 203 und das Triggern der entsprechenden Schalteinheiten 202 bestimmen. Jedoch ist es der Strom in der Schleife, der eine Funktion des Parameters ist, der durch die aktivierte Lasteinheit überwacht wird, die der mit der Schleife gegenwärtig verbundenen Schalteinheit 202 zugeordnet und von dieser gesteuert sind. Es versteht sich, dass der Betrieb der Schalteinheiten 202 und der Lasteinheiten 203 in einem Strommodus alle Vorteile der Datenübertragung hat, die einer Stromschleife gewöhnlich zugeordnet sind, wie etwa eine relativ Rauschunempfindlichkeit.
Angemerkt werden sollte ferner, dass die Schaltvorrichtung 201 und die Leiter 206 und 208 keine Enden zu haben brauchen und in einer durchgehenden elektrischen Ringform angeordnet sein können, sodass, sobald durch eine parallel verbundene Anfangsschaltung initiiert, Vtrip-Impulse an dem Ring angelegt werden können, sodass sie sequenziell zu der aktivierten Lasteinheit oder den Einheiten entlang dem Ring fortschreiten, jedes Mal dann, wenn ein Impuls angelegt wird. Messungen von den aktivierten Lasteinheiten 203 können durch eine Messschaltung oder einen Computer abgenommen werden, wie zuvor diskutiert, die über die Leiter 206 und 208 angeschlossen sind.
Eine Schalteinheit 202, wie in 13 gezeigt, enthält Eingänge 211 und 212, einen Leistungsausgang 213, einen Bypass-Ausgang 214, einen Treiberausgang 215, einen siliciumgesteuerten Gleichrichter (SCR) 216, ein Relais 217, eine Zener-Diode 218, Dioden 219 und 220, Widerstände 221 und 222 sowie einen Kondensator 223. Die Wicklung 224 des Relais 217 ist zwischen dem Eingang 212 und der Verknüpfung der Anode des SCR 216 mit der Kathode der Diode 220 angeschlossen. Der Schalter 225 des Relais 217 ist zwischen dem Eingang 212 und dem Treiberausgang 215 angeschlossen, wenn das Relais nicht erregt ist. Der Schalter 225 ist zwischen dem Eingang 212 und dem Eingang 211 angeschlossen, wenn das Relais erregt ist. Die Kathode des SCR 216 ist mit dem Bypass-Ausgang 214, dem Widerstand 221 und dem Kondensator 223 verbunden. Die Diode 220 ist über der Wicklung 224 des Relais 217 angeschlossen, um die Schalteinheit 212 vor einer elektromotorischen Gegenkraft zu schützten, wenn die Wicklung 224 entregt ist, wobei die Anode der Diode 220 mit der Anode des SCR 216 und deren Kathode mit dem Eingang 212 verbunden ist. Die Anode der Zener-Diode 218 ist mit dem Gate des SCR 216 und deren Kathode mit der Kathode der Diode 219 verbunden. Die Anode der Diode 219 ist mit dem Eingangsanschluss 212 verbunden. Der Widerstand 222 ist zwischen dem Eingang 212 und dem Kondensator 223 angeschlossen. Der normalerweise offene Kontakt 226 ist mit dem Eingang 211 verbunden. Der SCR 216, die Zener-Diode 218 und der Widerstand 221 bilden eine Schwellenwertschaltung.
Eine Anfangseinheit 227, wie in 13 gezeigt, enthält einen Eingang 228, Ausgänge 229 und 230, einen Aktivierungseingang 231, ein Relais 232 sowie eine Diode 233. Die Wicklung 234 des Relais 232 ist zwischen dem Eingang 228 und dem Aktivierungseingang 231 angeschlossen. Der Schalter 235 des Relais 232 ist zwischen dem Eingang 228 und dem Ausgang 230 angeschlossen, wenn das Relais erregt ist. Die Kathode der Diode 233 ist mit dem Eingang 228 verbunden, und deren Anode mit dem Aktivierungseingang 231.
Wenn die Spannung Vread zuerst an den Eingang 228 der Schaltvorrichtung 201 angelegt wird, werden die Schalteinheiten 202 und die Anfangseinheit 232 alle entregt, und es sind keine Lasteinheiten 203 aktiviert. Ferner wird von den jeweiligen Schalteinheiten 202 keine Spannung an die Schwellenwertschaltung angelegt, d. h. über den Eingang 212 und den Ausgang 214. Wenn die Spannung Vread 253 an den Eingang 228 angelegt wird, wird der Aktivierungseingang 231 niedrig gehalten und wird das Relais 232 erregt, was dazu führt, dass der Schalter 235 schließt und die an den Eingang 228 angelegte Spannung über den Ausgang 230 der Anfangseinheit 227 zu dem Eingang 212 der ersten Schalteinheit 202 überführt wird. Die Lasteinheit 203, die mit der ersten Schalteinheit 202 am Treiberausgang 215 verbunden ist, ist nun aktiviert und steuert den Strom, der über den Ausgang 236 an dem Leiter 208 zu dem Schnittstellenrücklauf 238 zurückgeführt wird. Gleichzeitig ist die an dem Eingang 228 anliegende Spannung nun an der Anode der Diode 219 vorhanden. Jedoch ist die Höhe von Vread so gewählt, dass sie die Gesamtheit der Durchbruchspannung der Zener-Diode 218 und des Spannungsabfalls über die Diode 219 nicht überschreitet, was sicherstellt, dass ein nicht ausreichender Strom fließt, und dass daher der SCR 216 in einem nicht leitenden Zustand verbleibt, und dass daher das Relais 217 entregt bleibt.
Die Höhe der Vtrip-Spannung 254 wird so ausgewählt, dass sie größer ist als die gesamte Durchbruchspannung der Zener-Diode 218 und des Spannungsabfalls über der Diode 219. Somit bewirkt das anschließende Anlegen des Spannungsimpulses Vtrip an den Eingang 228, dass die Zener-Diode 218 in Serie mit der Diode 219 leitend wird, was zu einer Triggerung des SCR 216 in dessen leitendem Zustand führt. Wenn sich der SCR 216 nun in seinem leitenden Zustand befindet, wird die Wicklung 224 des Relais 217 erregt, und der Schalter 225 des Relais 217 schließt nun, um den Schaltpunkt 226 direkt mit dem Eingang 212 zu verbinden. Dies führt zu einer Trennung der Lasteinheit 203 von der ersten Schalteinheit 202. Dieser Zustand wird beibehalten, auch nachdem die an den Anschluss 228 angelegte Spannung zu der Vread-Spannung 253 zurückkehrt, solange der durch den SCR 216 fließende Strom seinen Haltestrom überschreitet, der relativ gering ist. Hierbei ist der Anfangseingang 231 abgetrennt, wodurch das Relais 231 entregt wird, was dazu führt, dass der Ausgangsanschluss 230 von dem Anschluss 228 getrennt wird. Somit ist die an den Eingang 228 angelegte Spannung über den Ausgang 229, den Eingang 211 und den Schalter 225 auf die Wicklung 224 des Relais 217, den SCR 216 und von dem Bypass-Ausgang 214 überführt worden, um die mit der zweiten Schalteinheit 202 verbundene Lasteinheit 203 zu aktivieren. Die Werte des Widerstands 222 und des Kondensators 223 werden ausgewählt, um eine Zeitkonstante herzustellen, deren Wert in Relation zur Breite und Höhe des an den Eingang 228 angelegten Spannungsimpulses steht. Diese Zeitkonstante ist ausgewählt, um sicherzustellen, dass nur eine Schalteinheit 202 durch einen einzigen Impuls Vtrip aktiviert wird. Rufeinanderfolgende Spannungsimpulse Vtrip, die an den Eingang 228 in ähnlicher Weise angelegt werden, aktivieren die nachfolgenden Schalteinheiten 202, um die nachfolgenden Lasteinheiten 203 zu aktivieren. Wenn eine Lasteinheit 203 von einem Versorgungsleiter 206 getrennt ist, fällt die Spannung über dem Ausgang 214 und dem Eingang 212 der Schwellenwertschaltung der vorhergehenden Schalteinheit 202 auf null, wodurch deren Relais 217 entregt wird und die ihr zugeordnete vorhergehende Lasteinheit 203 abgetrennt wird. Anzumerken ist, dass die Aktivierung des Initiiereingangs 231 nur einmal am Beginn des Prozesses erforderlich ist und daher während der Dauer inaktiviert bleibt, wenn die Schalteinheiten B bis N aktiviert werden.
In diesem Modus ist die Anzahl der Schalteinheiten nicht begrenzt, die mit der Schaltvorrichtung 201 verbunden werden können, da nur zwei Spannungspegel erforderlich sind, um den Betrieb beizubehalten. Die praktische Grenze für die Anzahl der Einheiten wird nur durch die Zeit vorgegeben, die es braucht, um auf die Inforamtion an jedem Ort zuzugreifen. Wenn es z. B. 5 ms braucht, um eine einer Schalteinheit 202 zugeordnete Lasteinheit 203 zu aktivieren und zu messen, dann beträgt die Zeit, für eine Schleife mit 1000 Modulen, zwischen den Auslesungen der Vorrichtung 201 5 Sekunden.
Eine erste Schnittstelle 240, wie in 14 gezeigt, wird verwendet, um die Schaltvorrichtung 201 zu treiben, und eine zweite Schnittstelle 241, wie in 15 gezeigt, wird verwendet, um ein Stromsignal von den selektiv aktivierten Lasteinheiten 203 zu empfangen.
Die Schnittstelle 240 enthält einen Treiberverstärker 242, dessen Ausgang durch das Potenziometer 243 auf Vread gesetzt wird. Die Schnittstelle 240 enthält einen Optokoppler 244, sodass dann, wenn die LED des Optokopplers 244 aktiviert wird, der Ausgang des Treiberverstärkers auf eine ausreichend niedrige Spannung reduziert wird, um zu erzwingen, dass alle Schalteinheiten 202 der Schaltvorrichtung 201 in einer entregten Form sind und keine der entsprechenden Lasteinheiten 203 aktiviert wird. Tatsächlich ist dies ein hartes Rücksetzen. Die Schnittstelle 240 umfasst auch einen Optkoppler 245, der mit dem Potenziometer 246 über den Widerstand 247 verbunden ist, sodass die Aktivierung der LED des Optokopplers 245 dazu führt, dass die Treiberverstärkerausgangsspannung auf Vtrip geht.
Die zweite Schnittstelle 241 umfasst einen Strom-Spannungswandlerverstärker 248, der einen Invertierverstärker 249 mit einer Verstärkung betreibt, die durch das Verhältnis der Widerstände 250 und 251 gesetzt ist, um einen Ausgangsbereich zu erzeugen, der für die Funktion der Vorrichtung 201 geeignet ist. Das Potenziometer 252 ist mit dem Invertierverstärker 249 in einer Art verbunden, um zu erlauben, dass der Ausgang des Verstärkers 249 geeignet auf null gesetzt wird.
Eine zweite Schalteinheit 260, wie in 16 gezeigt, ist ähnlich der ersten Schalteinheit 202, die in 13 dargestellt ist, außer, dass die Schwellenwertschaltung einen Diac 261 umfasst, anstatt des SCR 216, der Zener-Diode 218 und des Widerstands 221 der Schalteinheit 202 von 13. Einer der Hauptanschlüsse des diac 261 ist mit der Anode der Diode 220 verbunden, und dessen anderer Hauptanschluss ist mit der Anode der Diode 262 verbunden. Der Diac 261 wird in den leitenden Zustand getriggert, wenn die Spannung über den zwei Hauptanschlüssen dessen Schaltspannung überschreitet. Die Diode 262 sorgt für eine Rückwärtsblockierung zwischen aufeinanderfolgenden Schalteinheiten 202. Das Anlegen eines Spannungsimpulses an den Eingang 211 derart, dass dieser Spannungsimpuls die Schaltspannung des Diac 261 überschreitet, bewirkt, dass diese Vorrichtung in einen leitenden Zustand getriggert wird. Gleichzeitig schaltet der Schalter 225 des Relais 217 zur Verbindung von Eingang 226 mit Eingang 212 und trennt die Lasteinheit 203 von dessen Spannungsquelle und bewirkt zusätzlich, dass der Diac 261 der vorhergehenden Einheit in einen nicht leitenden Zustand zurückkehrt, wenn der Strom durch diese Vorrichtung auf einen Wert unterhalb des Haltestroms der Vorrichtung abfällt.
Eine andere Schaltvorrichtung 290 der zweiten Form ist in 17 gezeigt und umfasst drei Schalteinheiten 202. Die Einheiten 202 enthalten einen Kondensator 223, einen Widerstand 222, einen Widerstand 221, eine Zener-Diode 218, eine Diode 219, einen SCR 216 und eine Lasteinheit 203, wie für die Schalteinheit 202 von 13 beschrieben. Die Funktion des Relais 217 der Schalteinheit 202 von 13 ist durch einen Widerstand 273, einen p-Kanal MOSFET 272, einen n-Kanal MOSFET 271 und einen Optokoppler 270 ersetzt worden. Der Widerstand 273 ist zwischen dem Eingang 211 und dem Gate des MOSFET 272 angeschlossen. Das Gate des MOSFET 271 ist mit dem Gate des MOSFET 272 verbunden. Die Drainanschlüsse beider MOSFETs 272 und 271 sind miteinander und mit dem Anschluss 212 verbunden. Die Sourceanschlüsse der MOSFETS 272 und 271 sind jeweils mit dem Versorgungsleiter 206 und dem Treiberausgang 277 verbunden. Der Optokoppler 270 umfasst einen NPN-Transistor 276, dessen Kollektor mit dem Gate des MOSFET 271 verbunden ist und dessen Emitter mit dem Ausgang 277 verbunden ist. Die Kathode der LED 278 des Optokopplers 270 ist mit der Anode des SCR 216 verbunden und deren Anode ist mit dem Eingangsanschluss 212 verbunden. In dem Anfangszustand ist der Transistor 276 rückwärts vorgespannt, und der MOSFET 271 wird in dem leitenden Zustand gehalten, und der MOSFET 272 wird in dem nicht leitenden Zustand gehalten, wegen des Vorspannwiderstands 273. Das Anlegen eines Spannungsimpulses an den Eingang 212 über die vorhergehende Schalteinheit 202, die die Trip-Spannng der Schwellenwertschaltung überschreitet, bewirkt, dass der SCR 216 in seinen leitenden Zustand umschaltet. Dies zieht Strom durch die LED 278 des Optokopplers 270 und bewirkt, dass der Transistor 276 des Optokopplers in Sättigung geht, was schließlich den MOSFET 271 in einen nicht leitenden Zustand und den MOSFET 272 in einen leitenden Zustand bringt. Die Lasteinheit 203 der Schalteinheit 202 ist nun effektiv von seiner Stromquelle getrennt, wobei aber die Lasteinheit 203 der nachfolgenden Schalteinheit 202 nun über den Strom in Betrieb ist, der durch den Eingangsanschluss 211, durch den MOSFET 272, durch die LED 278 des Optokopplers 270, den SCR 216, den Ausgangsanschluss 214 zu dem Eingangsanschluss 279 und den MOSFET 280 gezogen wird. In der vorhergehenden Schalteinheit 220 fällt der Strom durch den SCR 281 unter seinen Haltewert, und der MOSFET 282 kehrt zu dem nicht leitenden Zustand zurück, während der MOSFET 283 nun in seinem leitenden Zustand ist. Die Lasteinheit 203 der vorhergehenden Schalteinheit 202 trägt nun nicht länger dazu bei, dass der Strom zu der Schnittstelle zurückkehrt.
Wie bei der in 13 beschriebenen Schaltung benötigt die Schaltung von 17 eine Anfangseinheit, um einen Zyklus von Messungen zu beginnen. Der Schaltplan einer praktischen Implementierung einer solchen Anfangseinheit 350 ist in 18 gezeigt. Diese Schaltung besteht aus Schnittstelleneingängen 228, 238 und 231; Ausgängen 239, 230 und 237, einem p-Kanal MOSFET 251, der so angeschlossen ist, dass seine Source mit dem Eingang 228 verbunden ist, einem n-Kanal MOSFET 252, der so angeschlossen ist, dass die Drains beider MOSFETs verbunden sind und dass die Gateanschlüsse beider MOSFETs verbunden sind, wobei der Sourceanschluss des MOSFET 252 mit einem Widerstand 255 verbunden ist; einem Optokoppler 256, der derart angeschlossen ist, dass der Kollektor seines Fototransistors 258 mit den Gates der MOSFETs verbunden ist und sein Emitter mit der Source des MOSFET 252 verbunden ist, wobei die Kathode der LED 259 des Optokopplers 256 mitm dem Eingang 231 verbunden ist; einem Widerstand 253, der den Eingang 228 mit der Anode der LED 259 verbindet; dem Widerstand 355, der die Source des MOSFET 252 mit dem Eingang 238 verbindet, einem Optokoppler 357, der derart angeschlossen ist, dass die Anode seiner LED 360 mit den Drains der MOSFETs verbunden ist und die Kathode der LED 360 mit der Anode einer Sperrdiode 349 verbunden ist, wobei der Kollektor eines Fototransistors 361 des Optokopplers 357 mit den Gates der MOSFETs und der Emitter mit dem Eingang 238 verbunden ist; und einem Widerstand 354, der den Eingang 228 mit dem Gate des MOSFET 351 verbindet. Der Ausgang 230 ist mit der Kathode der Diode 349 verbunden, und die Eingänge 228 und 238 sind jeweils mit den Leitern 206 und 208 verbunden, wie in 17 gezeigt, und den Ausgängen 229 und 237, wie in 18 gezeigt.
Wenn anfänglich eine Spannung an die Anfangseinheit 350 durch die Eingänge 228 und 238 angelegt wird, geht, wegen des Vorhandenseins des Widerstands 254, der MOSFET 351 in seinen nicht leitenden Zustand. Demzufolge geht der MOSFET 352 in seinen leitenden Zustand. Wenn ein niedriger Spannungsimpuls an den Eingang 231 angelegt wird, gibt die LED 350 Photonen ab, wodurch der Fototransistor 358 in Sättigung geht, um hierdurch den MOSFET 352 in seinen nicht leitenden Zustand zu zwingen. Dies wiederum bewirkt, dass der MOSFET 351 leitend wird und ein Stromweg gebildet wird von dem Eingang 228 durch den MOSFET 351, die LED 360, die Diode 349 und die Lasteinheit 203, die der ersten Schalteinheit 202 in der Schaltvorrichtung zugeordnet ist. Anzumerken ist, dass dieser Zustand auch dann beibehalten wird, nachdem der Eingangsanschluss 231 zu dem hohen Spannungspegel zurückgekehrt ist, weil der Fototransistor 361 gesättigt wird und somit den MOSFET 352 in seinem nicht leitenden Zustand hält. Wenn ein Spannungsimpuls 254 (Vtrip) an den Eingang angelegt wird, wird der p-Kanal MOSFET 282 der ersten Schalteinheit 202 der Schaltvorrichtung 290 in seinen leitenden Zustand gezwungen, wie oben beschrieben. Somit wird die Spannung am Ausgang 230 die gleiche wie jene am Drain des MOSFET 351, und der Strom durch die LED 360 fällt auf null ab. Demzufolge erlischt die LED 360, wodurch der Fototransistor 361 nicht leitend wird, was wiederum bewirkt, dass die MOSFETs 351 und 352 in ihren Anfangszustand zurückkehren, worin der MOSFET 351 nicht leitend und der MOSFET 352 leitend ist. Auf diese Weise kann in der Schaltvorrichtung 290 ein Messzyklus eingeleitet werden.
19a ist ein Schaltplan einer Schaltvorrichtung 292, die sich im Modus der aufeinanderfolgenden Aktivierung von Lasteinheiten auf wichtige Weise von jener der in 13 beschriebenen Schaltvorrichtung unterscheidet. Der Hauptnachteil der Verwendung des Spannungspegels von Impulsen, um aufeinanderfolgende Schalteinheiten in der Schleife zu durchlaufen, ist, dass die Pulsbreiten sorgfältig gesteuert/geregelt werden müssen. Wenn dies nicht erfolgt, dann könnte die Eins-zu-eins-Übereinstimmung zwischen der Anzahl von geschickten Pulsen und der Position der an der Schaltvorrichtung aktivierten Lasteinheit 203 verloren gehen. Dies kann auf verschiedene Weise erfasst werden. Eine Methode ist die Verwendung eines Endmoduls am Ende der Schleife, das eine charakteristische Ausgabe hat. Die zeigt an, wenn das Ende der Schleife erreicht worden ist, damit der Computer oder das Steuergerät prüfen kann, dass die korrekte Anzahl von Impulsen geschickte worden ist. Eine Alternative ist es, dass benachbarte Schalteinheiten mit Lasteinheiten verbunden werden, die Ausgangsströme in nicht überlappenden Bereichen zur Stromschleife haben. Dies sorgt für eine direkte Prüfung, dass die Trip-Spannung zu der Position der aktivierten Schalteinheiten um eins vorangeschritten ist. Wenn alle Lasteinheiten in einem von drei nicht überlappenden Strombereichen betrieben werden, ist in der Tat ein hoher Grad an Verifikation für einen korrekten Betrieb möglich.
Jedoch ist es ein bevorzugtes Betriebsverfahren, die Flanke eines Pulses zu verwenden, um das Umschalten zwischen den Schalteinheiten zu bewirken, wie im Fall der Schaltvorrichtung 292. In dieser Ausführung einer Schaftvorrichtung tritt das Umschalten zwischen den Schalteinheiten 202 nicht als Funktion der eingegebenen Spannung an die Schaltvorrichtung 292 auf. Das Umschalten zwischen den Schalteinheiten 202 kann durch entweder die ansteigende oder fallende Flanke eines Spannungsübergangs erfolgen, der in die Schaltvorrichtung 292 eingegeben wird. Eine komplette Schaltvorrichtung 292 ist in 19a gezeigt und besteht aus: einer Anfangseinheit 300, die einen optisch gekoppelten Triac (OCT) 301 und eine Lasteinheit 201a aufweist; einer Schalteinheit 302, die einen OCT 303, eine Lasteinheit 202a und ein Triggernetzwerk aufweist, das einen Widerstand 304, Dioden 305 und 306 sowie einen Kondensator 307 aufweist, einer Schalteinheit 315, die zur Schalteinheit 302 identisch ist mit der Ausnahme, dass sie eine Lasteinheit 203a aufweist; einer Schalteinheit 308, die wiederum identisch mit der Schalteinheit 302 ist, mit der Ausnahme, dass sie eine Last Na aufweist; sowie einer Endeinheit 309, die einen Optokoppler 310 sowie ein Triggernetzwerk aufweist, das einen Widerstand 311, eine Diode 312 und einen Kondensator 313 aufweist, die alle so verbunden sind, wie in 19a gezeigt.
In der Schalteinheit 302 ist die Diode 306 über den Eingängen 211 und 212 angeschlossen, wobei ihre Kathode mit dem Eingang 211 verbunden ist. Der Widerstand 304, die LED 303a des OCT 303 und die Diode 305 sind in Serie angeschlossen. Der Widerstand 304 und die Kathode der Diode 305 sind mit dem Eingang 236 verbunden, und der Schleifenrückleiter 238 und die LED 303a sind dazwischen angeschlossen. Der Kondensator 307 ist zwischen der Anode der Diode 306 und der Verknüpfung der Diode 305 und der Kathode der LED 303a angeschlossen. Der Triac des OCT 303 ist in Serie mit der Lasteinheit 202a verbunden, und beide sind zwischen den Leitern 206 und 208 angeschlossen.
Das Umschalten zwischen den Schalteinheiten der Vorrichtung 292 erfolgt am Hoch-zu-niedrig-Übergang eines Impulses. Wenn die Spannung anfänglich an den Schnittstellenanschluss 228 angelegt wird, werden alle Schalteinheiten abgetrennt, weil alle Triacs, die den Lasteinheiten zugeordnet sind, in ihren nicht leitenden Zuständen sind. Der Startprozess einer Serie von Auslesungen von der Schaltvorrichtung 292 findet statt, wenn ein niedriger Spannungsimpuls an den Anschluss 231 der Anfangseinheit 300 angelegt wird. Dies bewirkt, dass die LED im OCT 301 Photonen abgibt und der zugeordnete Triac in den leitenden Zustand gebracht wird. Somit ist eine Stromschleife zwischen dem Anschluss 228, dem Triac 301a des OCT 301, der Last 201a und dem Anschluss 238 gebildet, wobei der Strom in der Schleife durch die Charakteristiken einer Last 201a bestimmt werden. Solange der Strom durch den Triac 301a größer als dieser Haltestrom ist, bleibt der Triac 301a leitend, auch nachdem die LED im OCT 301 aufgehört hat, Photonen zu emittieren. Der Kondensator 307 wird durch den Stromweg des Triac 301a und die Diode 305 geladen. Der Kondensator 307 ist der einzige Kondensator in der Schaltvorrichtung, der eine Ladung hat. Dieser Zustand ist stabil, während die an den Anschluss 228 angelegte Spannung dauerhaft ist oder wenn sie ansteigt. Beim Anlegen eines Spannungsimpulses an den Eingangsanschluss 228 lädt sich der Kondensator 307 schnell auf den neuen Spannungspegel und bleibt dort, währenddessen der Eingangsanschluss 228 auf dem höheren Spannungspegel liegt. Jedoch wird bei einem Hoch-zuniedrig-Übergang des an den Anschluss 228 angelegten Spannungsimpulses die Diode 306, die zwischen dem Kondensator 307 und dem Versorgungsleiter 206 angeschlossen ist, nun vorwärts vorgespannt und schnell auf einen Diodenspannungsabfall oberhalb des ursprünglichen Spannungspegels, der an den Eingangsanschluss 228 angelegt ist, entladen. Gleichzeitig damit, dass die Spannung an dem Anschlusspunkt zwischen dem Kondensator 307 und der Anode der Diode 306 zu ihrem ursprünglichen Wert zurückkehrt, wird der Triac des OCT 301 rückwärts vorgespannt und kehrt zu seinem nicht leitenden Zustand zurück, wodurch die Lasteinheit 201a von der Schleife getrennt wird. Die Diode 305 wird nun rückwärts vorgespannt, und der negative Entladungsweg geht über die LED des OCT 303 und den Widerstand 304, wodurch der Triac des OCT 303 in seinen leitenden Zustand umschaltet. 21a stellt den Wellenverlauf der Schleifenspannung dar, die an den Anschluss 228 angelegt ist, und 21b stellt den Wellenverlauf der resultierenden Spannung an der Verknüpfung des Kondensators 307 und der Anode der Diode 305 während des Triggerprozesses dar, der oben in Bezug auf die 19a und 19b diskutiert ist.
Die Dauer der Zeit und die Intensität, mit der die LED Photonen emittiert, ist eine Funktion der Größe des Kondensators 307 und der Zeitkonstante des Kondensators und des Widerstands des Entladungswegs des Kondensators. Aus diesem Grund sollte die Spannungsquelle einen niedrigen Ausgangswiderstand haben, sodass die Hauptwiderstandskomponente dieses Wegs durch den Widerstand 304 gebildet wird, was die größte Kontrolle über die Photonenemission der LED gestattet. Der Strom, der nun durch die Schnittstellenaschlüsse 228 und 238 fließt, wird durch die Last 202a gesteuert. Somit werden bei jedem Hoch-zu-niedrig-Übergang im Spannungsimpuls Vtrip, der an den Schnittstellenanschluss 228 angelegt wird, aufeinanderfolgende Lasten geschaltet, um den in der Schaltvorrichtung fließenden Strom zu steuern. Wenn die letzte Schalteinheit 308 aktiviert worden ist, ist die Endheit 309 vorgesehen, um diese auszuschalten. Das Triggernetzwerk, bestehend aus der dem Optokoppler 310 zugeordneten LED, dem Widerstand 311, der Diode 312 und dem Kondensator 313 hat die gleiche Funktion wie die äquivalenten Komponenten in der Schalteinheit 302. Wenn somit ein Hoch-zu-niedrig-Übergang der Spannung an den Schnittstellenanschluss 228 angelegt wird, entlädt sich der Kondensator 313, wodurch die LED im Optokoppler 310 Photonen emittiert, wodurch der Fototransistor im Optokoppler 310 in Sättigung geht, um den Triac effektiv kurzzuschließen. Sobald der Kondensator 313 entladen ist, kehrt der Fototransistor in seinen nicht leitenden Zustand zurück. Es ist dann keine Lasteinheit vorhanden, die in die Schaltvorrichtung 292 geschaltet ist. Der Zyklus kann nun wiederholt werden, indem an den Anschluss 231 der Anfangseinheit 300 ein Impuls angelegt wird.
19b ist ein Schaltplan einer Schalteinheit 602, die die Schalteinheit 302 von 19a ersetzen kann. Die Schalteinheit hat ein modifiziertes Triggernetzwerk. Das Triggernetzwerk besteht nun aus einem Kondensator 307, einer Diode 305, einer LED des Optokopplers 303, einem Widerstand 304 und einer zusätzlichen LED eines Optokopplers 306, die, wie in 19b gezeigt, verbunden sind. Zusätzlich ist ein weiterer Stromweg zwischen dem Ausgang 207 und dem Eingang 236 vorgesehen, indem ein Begrenzungswiderstand 604 und der Fototransistor des Optkopplers 306 parallel zu einer Last 202a angeordnet werden, die, wie in 19b gezeigt, angeschlossen sind. In dieser Implementierung der Erfindung nimmt bei jedem Hoch-zu-niedrig-Übergang der an den Eingang 21 1 angelegten Spannung jede Schalteinheit 602 den Status der vorhergehenden Schalteinheit ein. Wenn eine bestimmte Schalteinheit 602 gegenwärtig in ihrem ausgeschalteten Zustand ist, d. h. wenn der dem OCT 303 zugeordnete Triac nicht leitende ist, und die vorhergehende Schalteinheit in ihrem aktivierten Zustand ist, dann wird sie bei einem Hoch-zu-niedrig-Übergang der an den Eingang 211 angelegten Spannung aktiviert, wie für die Schalteinheit 302 beschrieben. Weil der Fototransistor des Optokopplers 306 für die Dauer des durch das Triggernetzwerk erzeugten Impulses in die Sättigung geht, wird für diese Periode ein zusätzlicher Strom durch den Triac des OCT 303 gezogen. Am Ende dieser Periode wird der Fototransistor des Optokopplers 603 nicht leitend, und nur der Strom durch den Triac des OCT 303 fließt durch die Last 202a. Wenn eine bestimmte Schalteinheit 602 gegenwärtig aktiviert ist und die vorhergehende Schalteinheit inaktiviert ist, dann wird sie beim Hoch-zuniedrig-Übergang der an den Eingang 211 angelegten Spannung inaktiviert, wie für die Schalteinheit 302 beschrieben. Wenn jedoch sowohl eine bestimmte Schalteinheit 602 als auch die vorhergehende Schalteinheit aktiviert sind, dann wird sie beim Hoch-zu-niedrig-Übergang der an den Eingang 211 angelegten Spannung nicht inaktiviert. Der Grund hierfür ist, dass der in dem Triggernetzwerk erzeugte Impuls bewirkt, dass der Fototransistor des Optokopplers 603 in Sättigung geht und den geladenen Kondensator kurzschließt, der dem Kondensator 307 in der nachfolgenden Schalteinheit für den Schleifenrücklauf äquivalent ist. Demzufolge wird der Triac des OCT 303 nicht umgekehrt vorgespannt und bleibt in seinem leitenden Zustand. Auf diese Weise nehmen die Schalteinheiten 602, bei jedem Hoch-zu-niedrig-Übergang der an den Eingang 211 angelegten Spannung, der Status der vorhergehenden Schalteinheit ein. Daher kann jede Kombination aktivierter und inaktivierter Schalteinheiten in Antwort auf den steuernden Übergang oder Zustand voranbewegt werden. Diese Implementierung der Erfindung könnte z. B. beim Steuern einer Serie scheinbar bewegender Lichter in beliebigen Mustern nutzbar sein.
20 ist ein Schaltplan einer Endeinheit 340, die als Alternative zu der in 19a gezeigten angewendet werden kann. Diese besteht aus einer Entladediode 344 und einem Triggernetzwerk, aufgebaut aus einer Diode 341, einem Widerstand 342 und einem Kondensator 343, die, wie in 20 gezeigt, verbunden sind. Wenn die letzte Schalteinheit der Schaltvorrichtung 292 aktiviert ist, wird der Kondensator 343 geladen. Unmittelbar nach dem Hoch-zu-niedrig-Übergang der an den Schnittstellenanschluss angelegten Spannung entlädt sich der Kondensator 343 durch den Stromweg, der durch den Widerstand 342 gebildet ist, und den parallelen Weg der letzten Lasteinheit der Spannungsquelle über die Diode 344. Dies bringt den leitenden Triac, der die letzte Lasteinheit mit der Schaltvorrichtung verbindet, in seinen nicht leitenden Zustand.
Weil der Kondensator in dem Triggernetzwerk eine ausreichende Ladung zuführen muss, um den zugeordneten Triac zuverlässig umzuschalten, sind die Schalteinheitskreise, die in den 19a und 19b dargestellt sind, besonders geeignet für solche Anwendungen, wo nur ein relativ kleiner Strom in der Schaltvorrichtung 292 fließt. Anderenfalls wird die Größe des Kondensators übermäßig groß. 22 ist ein Schaltplan einer Schaltvorrichtung 294, die dort zur Verwendung geeignet ist, wo relativ hohe Ströme in der Schaltvorrichtung fließen. Die Anfangseinheit 320 und die Endeinheit 324 sind mit der Anfangseinheit 300 und der Endeinheit 309 von 9a jeweils identisch. Die Schalteinheiten haben ein modifiziertes Triggernetzwerk. Das Triggernetzwerk besteht nun aus einem Kondensator 325, einer Diode 326, einem Widerstand 328, der LED des OCT 327 und einer zusätzlichen LED des Optokopplers 329, die, wie in 22 gezeigt, verbunden sind. Die Diode 306 in 19a ist durch den Fototransistor des Optokopplers 329 ersetzt worden. Die erste Last wird in die Schaltvorrichtung 294 geschaltet, und der Kondensator 325 wird, wie oben beschrieben, geladen. Unmittelbar nach dem Hoch-zu-niedrig-Übergang der an den Schnittstellenanschluss 228 angelegten Spannung entlädt sich der Kondensator 325 durch den Stromweg, der durch den Widerstand 328 und die LED im OCT 327 gebildet ist, und die LED im Optokoppler 329 und den durch die Last 201a erzeugten Widerstand. Beide LEDs in dem Triggernetzwerk emittieren Photonen mit einem Impuls, dessen Länge eine Funktion der Kapazität des Kondensators 325 und des Widerstands des Entladungswegs ist. Dies bewirkt, dass der Triac des OCT 327 leitend wird (und die Last 202a zu der Schaltvorrichtung 294 schaltet, wie oben beschrieben) und dass der Fototransistor 329a des Optokopplers 329 in Sättigung geht. Der Fototransistor 329a schließt den Triac im OCT 330 der Anfangseinheit 320 kurz. Nachdem der Kondensator 325 entladen worden ist, kehrt der Fototransistor des Optokopplers 329 in seinen nicht leitenden Zustand zurück. Auf diese Weise ist die Last 201a von dem Stromweg in der Schaltvorrichtung abgetrennt worden.
23a ist ein Schaltplan einer dritten bevorzugten Ausführung einer Schalteinheit 296 der flankengetriggerten Schaltvorrichtung. Die Schalteinheit 296 besteht aus einem Triggernetzwerk, bestehend aus einem Kondensator 307, einem Widerstand 304, einer Diode 305 und der LED des OCT 303, der zu dem für 19a beschriebenen Triggernetzwerk identisch ist; einem Relais 217, einer Entladediode 306 und einer Sperrdiode 316. Der normalerweise offene Kontakt 226 des Relais 217 ist mit der Eingangsleitung 211 verbunden, der Schalter 225 des Relais 217 ist mit dem Eingang 212 verbunden, und der normalerweise geschlossene Kontakt 215 des Relais ist mit der Lasteinheit 203 verbunden. Die Wicklung 224 des Relais 217 ist zwischen dem Eingang 212 und dem Triac im OCT 303 angeschlossen. Der andere Leiter des Triac ist mit der Anode der Diode 316 verbunden. Die Kathode der Diode 316 ist mit dem Ausgang 214 verbunden. Der Kondensator 307 ist mit dem Eingang 312 verbunden. Wenn die Spannung anfänglich an die Schaltvorrichtung 292 durch die Leitungen 211 und 236 angelegt wird, sind alle Relais in ihrem entregten Zustand und in der Schaltvorrichtung fließt kein Strom. Daher ist vor der ersten Schalteinheit eine Anfangseinheit erforderlich, wie etwa jene, die für 13 beschrieben ist. Ähnlich sollte an das Ende der Schaltvorrichtung eine Endeinheit hinzugefügt werden, wie etwa diejenige, die in 19a oder 20 gezeigt ist, um einen korrekten Abschluss eines Messzyklus sicherzustellen.
Man nehme den Fall an, wo die vorherige Schalteinheit aktiviert worden ist und daher der Eingang 212 direkt mit dem Eingang 211 durch dessen erregtes Relais verbunden ist. Strom kann nun von dem Eingang 212 zum Ausgang 214 fließen, weil der Triac im OCT 303 in seinem nicht leitenden Zustand ist. Der Kondensator 307 wird geladen. Dieser Kondensator 307 und der äquivalente Kondensator der vorhergehenden Schalteinheit sind die einzigen Kondensatoren, die in der Schaltvorrichtung geladen sind. Unmittelbar nachdem ein Hoch-zu-niedrig-Spannungsübergang an den Eingang 211 angelegt ist, entlädt sich der Kondensator 307, wodurch die LED im OCT 303 Photonen emittiert. Dies bringt den Triac des OCT 303 in den leitenden Zustand, und nun fließt ein Strom durch die Wicklung 224 des Relais 217, den Triac des OCT 303, die Diode 316 und durch die Lasteinheit 203, die der nächsten Schalteinheit zugeordnet ist. Wegen dieses Stroms, der durch die Wicklung 224 fließt, wird das Relais 217 erregt, und sein Kontakt 225 wird direkt mit den Eingängen 211, 212 verbunden. Der Stromfluss durch den Triac in der vorhergehenden Schalteinheit wird aufhören und deren Relais wird kurzgeschlossen und wird zum entregten Zustand zurückkehren. Auf diese Weise werden aufeinanderfolgende Lasteinheiten in und aus dem Stromweg in der Schaltvorrichtung geschaltet.
23b ist der Schaltplan der vierten bevorzugten Ausführung 298 einer flankengetriggerten Schalteinheit der Schaltvorrichtung. Dies ist eine Festzustand-Implementierung der oben beschriebenen Relaisversion. Die Schalteinheit 298 besteht aus einem Triggernetzwerk, wie oben beschrieben, bestehend aus einem Kondensator 307, einer Diode 305, einem Widerstand 304 und der LED des OCT 303. In dieser Implementierung ist ein zweites Triggernetzwerk vorhanden, das parallel zu dem ersten angeschlossen ist. Dieses besteht aus dem Kondensator 371, der Diode 372, dem Widerstand 373 und der LED des Optokopplers 374. Der Fototransistor des Optokopplers 374 ist derart angeschlossen, dass sein Emitter mit dem Eingang 212 verbunden ist und sein Kollektor mit der Kathode der Sperrdiode 375 und den Kondensatoren 307 und 371. Die Anode der Diode 375 ist mit dem Eingang 212 verbunden. Der Kollektor des Fototransistors im Optokoppler 370 ist mit dem Eingang 211 verbunden, und sein Emitter ist mit Kondensatoren 307 und 371 und mit der Anode der LED im Optokoppler 370 verbunden. Die Kathode der LED im Optokoppler 370 ist mit dem Triac im OCT 303 verbunden, und der andere Leiter dieses Triac ist mit dem Ausgang 214 verbunden. Die Lasteinheit 203, die der Schalteinheit zugeordnet ist, ist mit dem Eingang 212 verbunden. Die Anode der Entladediode 306 ist mit dem Eingang 212 verbunden, und deren Kathode mit dem Eingang 211.
Um eine Schaltvorrichtung unter Verwendung der in 23b gezeigten Schalteinheiten zu komplettieren, ist die Hinzufügung einer geeigneten Anfangseinheit am Beginn der Schaltvorrichtung und einer geeigneten Endeinheit am Ende der Schaltvorrichtung erforderlich. Die bereits beschriebenen Einheiten sind in dieser Hinsicht zur Verwendung geeignet.
Man nehme den Fall an, wenn die vorherige Schalteinheit aktiviert worden ist. Strom fließt durch den Eingang 212 und durch die Lasteinheit 203. Beide Kondensatoren 307 und 371 werden durch den Strom geladen, der durch die Sperrdiode 375 fließt, und zusammen mit den äquivalenten Kondensatoren in der vorhergehenden Schalteinheit sind sie die einzigen vollständig geladenen Kondensatoren in der Schaltvorrichtung. Strom kann nicht zu dem Ausgang 214 fließen, weil der Triac im OCT 303 in seinem nicht leitenden Zustand ist. Unmittelbar nach einem Hoch-zu-niedrig-Übergang in der an den Eingang 212 angelegten Spannung werden beide Kondensatoren 307 und 371 entladen. Wenn der Kondensator 307 entlädt, emittiert die LED im OCT 303 Photonen, was dessen Triac in den leitenden Zustand bringt. Dies erlaubt einen Stromfluss von dem Eingang 212 durch die Diode 375 zum Ausgang 214 zu der Last, die der nächsten Schalteinheit zugeordnet ist. Wenn jedoch dieser Strom fließt, leuchtet die LED in dem Optokoppler 370 und bringt somit den Fototransistor in dem Optokoppler 370 in Sättigung. Weil die Kathode der Diode 375 nun auf einem höheren Potenzial als dessen Anode liegt, wird der Stromfluss durch sie hindurch aufhören. Gleichzeitig wird der Kondensator 371 entladen, wodurch die LED des Optokopplers 374 Photonen emittiert und somit dessen Fototransistor in Sättigung geht. Solange der Fototransistor noch in Sättigung ist, wenn der Fototransistor des Optokopplers 370 im vollständig leitenden Zustand ist, wird der Stromfluss im Eingang 212 aufhören und der Triac der vorhergehenden Schalteinheit wird nicht leitend, weil er durch den Weg, der durch die leitenden Optokoppler 370 und 374 erzeugt ist, kurzgeschlossen wird. Dies drängt wiederum dessen Fototransistor in den nicht leitenden Zustand, weil seine zugeordnete LED verlöscht ist. Auf diese Weise werden mit jedem Hoch-zu-niedrig-Übergang der angelegten Spannung aufeinanderfolgende Lasteinheiten in und aus dem Stromweg in der Schaltvorrichtung geschaltet.
24 ist ein Schaltplan einer Variante der Schaltvorrichtung, in der eine Schaltvorrichtung 402 Schaltverknüpfungen 202 aufweist, die durch vier Leiter verbunden sind, anstatt durch drei. In dieser Implementierung wird die Spannung, die an die Schalteinheiten durch den Eingang 228 und 238 angelegt wird, konstant gehalten, und das Umschalten von einer Schalteinheit zur anderen erfolgt durch einen niedrigen Spannungsimpuls, der an eine Impulsleitung 401 angelegt wird. Die Schalteinheit 202 ist aus Eingängen 211, 212, 236 und 389 aufgebaut, Ausgängen 213, 214, 273 und 390; einem p-Kanal MOSFET 380, dessen Source mit dem Eingang 211 verbunden ist; einem n-Kanal MOSFET 381, dessen Source mit der Lasteinheit 203 verbunden ist, die der Schalteinheit 202 zugeordnet ist, wobei die Drainanschlüsse beider MOSFETs miteinander und auch mit dem Ausgang 214 verbunden sind und die Gateanschlüsse beider MOSFETs miteinander verbunden sind; einem Widerstand 383, der das Gate des MOSFET 381 mit dessen Source verbindet; einem Optokoppler 385, wobei der Emitter und der Kollektor des Fototransistors jeweils mit der Source und dem Gate des MOSFET 381 verbunden ist und die Anode und die Kathode der LED des Optokopplers 385 mit dem Eingang 211 bzw. dem Ausgang 389 verbunden ist; einem Kondensator 384, der die Source des MOSFET 381 mit der Anode der Sperrdiode 387 verbindet, deren Kathode mit dem Ausgang 214 verbunden ist; einem Optokoppler 386, wobei der Emitter des Fototransistors desselben mit dem Gate des MOSFET 380 verbunden ist und die Anode und Kathode der LED des Optokopplers 386 mit dem Eingang 212 bzw. der Anode der Diode 387 verbunden ist; einem Widerstand 388, der den Eingang 212 mit der Anode der Diode 387 verbindet; sowie einem Widerstand 398, der den Eingang 211 mit dem Kollektor des Fototransistors im Optokoppler 386 verbindet.
Wenn anfänglich Strom an die Schaltvorrichtung durch den Eingang 211 und 236 angelegt wird, wird der MOSFET 381 in seinen nicht leitenden Zustand gebracht, wegen des Vorhandenseins des Vorspannwiderstands 383, der den MOSFET 381 mit dem Niederspannungsleiter 238 verbindet, und demzufolge ist der MOSFET 380 in seinem leitenden Zustand. Daher fließt in der Schaltvorrichtung kein Strom. Aus diesem Grund muss eine Anfangseinheit 395 vorgesehen sein, um einen Messzyklus in der Schaltvorrichtung zu beginnen. Der Initiator 395 ist der Schalteinheit 202 ähnlich. Er besteht aus Eingängen 228, 231, 238, 396; Ausgängen 229, 230, 237, 397; einem p-Kanal MOSFET 381, dessen Source mit dem Eingang 228 verbunden ist, einem n-Kanal MOSFET 392, dessen Source mit der Lasteinheit 203 verbunden ist, wobei der Gate und der Drain mit dem Gate bzw. Drain des MOSFET 391 verbunden sind, und die Drainanschlüsse mit dem Ausgang 230 verbunden sind; einem Vorspannwiderstand 383, der den Gate und den Drain des MOSFET 392 verbinden; einem Optokoppler 385, wobei der Kollektor und Emitter des Fototransistors desselben mit dem Gate bzw. der Source des MOSFET 392 verbunden sind und die Anode und Kathode der LED des Optokopplers 385 mit den Eingängen 228 bzw. 396 verbunden sind; einem Optokoppler 393, wobei der Emitter des Fototransistors desselben mit dem Gate des MOSFET 391 verbunden ist und die Kathode der LED des Optokopplers 393 mit dem Ausgang 230 verbunden ist; einem Optokoppler 394, wobei der Emitter und der Kollektor des Fototransistors desselben mit dem Gate des MOSFET 331 bzw. dem Eingang 228 verbunden sind und die Kathode der LED des Optokopplers 394 mit dem Eingang 231 verbunden ist; einem Widerstand 398, der den Eingang 228 mit dem Kollektor des Fototransistors im Optokoppler 393 verbindet; einem Begrenzungswiderstand 399, der den Eingang 228 mit der Anode der LED im Optokoppler 393 verbindet; sowie einem Begrenzungswiderstand 400, der den Eingang 228 mit der Anode der LED im Optokoppler 394 verbindet.
Wie bei den Schalteinheiten 202 ist der stabile Zustand der Anfangseinheit 395 derart, dass der p-Kanal MOSFET 392 leitend wird und der n-Kanal MOSFET 391 nicht leitend wird.
Ein Zyklus von Messungen der Schaltvorrichtung beginnt durch Anlegen eines niedrigen Spannungsimpulses an den Eingang 231. Dies bewirkt, dass die LED im Optokoppler 394 Photonen emittiert und sein Fototransistor in Sättigung geht. Dies bringt wiederum dem MOSFET 391 in seinen nicht leitenden Zustand, und demzufolge wird der MOSFET 392 leitend. Wegen der durch den Optokoppler 393 erzeugten Latching-Wirkung wird dieser Zustand beibehalten. Strom fließt nun vom Eingang 228 durch dessen LED, sodass der Fototransistor in Sättigung geht, der den MOSFET 391 im nicht leitenden Zustand hält. Auf diese Weise wird die erste Lasteinheit 203, die in der Anfangseinheit 395 enthalten ist, mit der Schaltvorrichtung verbunden und steuert den Stromfluss darin. Der Stromweg wird gebildet aus dem Eingang 228, dem Widerstand 399, der LED im Optokoppler 393, dem MOSFET 392 und der Lasteinheit 203, die der Anfangseinheit 395 zugeordnet ist.
Man betrachte nun den Zustand des Kondensators 384 der Schalteinheit 202. In dem inhärent stabilen Zustand, wo der MOSFET 380 leitend ist und der MOSFET 381 nicht leitend ist, wird dieser Kondensator über den p-Kanal MOSFET der vorhergehenden Einheit auf eine Spannung geladen, die sich der an den Eingang 211 angelegten annähert. Wenn jedoch die vorhergehende Schalteinheit aktiviert ist (oder alternativ, wenn die Schalteinheit 302 die erste Schalteinheit ist und die Anfangseinheit 395 aktiviert ist), dann wird der Kondensator 384 durch den Widerstand 388, den n-Kanal MOSFET und die Lasteinheit 203 der vorhergehenden Einheit entladen. Dieser Kondensator ist der einzige in der Schaltvorrichtung, der nicht vollständig geladen ist. Wenn ein Niederspannungsimpuls an den Eingang 389 angelegt wird, emittiert die LED des Optokopplers Photonen und daher geht der Fototransistor in Sättigung. Dies erzwingt, dass alle n-Kanal MOSFETs (entsprechend dem MOSFET 381 oder MOSFET 392) momentan leitend werden. Jedoch wird der Kondensator 384, der entladen war, nun wieder aufgeladen. Der Stromweg geht durch den p-Kanal MOSFET der vorhergehenden Einheit und durch die LED des Optokopplers 386. Der Fototransistor des Optokopplers 386 geht nun in Sättigung und bringt wiederum den MOSFET 380 in seinen nicht leitenden Zustand und den MOSFET 381 in seine leitende Phase. Somit ist die Lasteinheit 203, die dieser Schalteinheit zugeordnet ist, mit der Stromschleife der Schaltvorrichtung verbunden worden. Die Stromschleife ist aufgebaut aus dem Eingang 211, dem p-Kanal MOSFET der vorhergehenden Einheit, dem Eingang 212, der LED des Optokopplers 386, der Diode 387, dem MOSFET 381 und der Lasteinheit 203. Die Lasteinheit 203 der vorhergehenden Schalt- oder Anfangseinheit 202 oder 395 wird abgetrennt und deaktiviert, wenn die Impulsleitung 401 nach unten gezogen wird. Auf diese Weise wird die Last auf die nachfolgenden Schalteinheiten der Schaltvorrichtung überführt. Weil in dieser Implementierung das Anlegen eines niedrigen Spannungsimpulses an den Eingang 386 die Schaltvorrichtung in ihren ursprünglichen Zustand bringt, ist keine spezielle Endeinheit erforderlich.
Dies veranschaulicht, dass sich die Erfindung auf die praktische Realisierung eines einfachen und zuverlässigen Verfahrens bezieht, eine Anzahl von Lasten in und aus einer Schleife sequenziell umzuschalten, die mit nur drei Leitern implementiert werden kann, jedoch nicht auf drei Leiter beschränkt ist.
Die in 11 dargestellten Lasteinheiten 203 können z. B. dieselben sein wie die Lasteinheiten 6, die in Bezug auf die 7a bis 7c, 8a und 8b beschrieben sind.
Eine dritte Form der Schaltvorrichtung 501 ist in 25a gezeigt, wobei sie aber nur zu Illustrationszwecken dient und die vorliegende Erfindung nicht verkörpert. Die Vorrichtung 501 enthält eine Mehrzahl von Schalteinheiten 202 (die ersten zwei davon sind mit X und Y bezeichnet und die letzte mit Z), eine Mehrzahl von Hilfsschalteinheiten 502 (mit Tx, Ty und Tz bezeichnet), eine Mehrzahl von Lasteinheiten 503 (mit Lx, Ly und Lz bezeichnet), einen Eingangskontakt 504 und einen Ausgangskontakt 505. Die Hauptschalteinheiten 202 sind parallel zueinander verbunden, und in Bezug auf die Schleifenstrom- und Schleifenrückleiter 506 bzw. 508. Benachbarte Hauptschalteinheiten 202 sind auch in Serie durch einen dritten Leiter 507 verbunden. Jede Hilfsschalteinheit 502 ist zwischen einem Ausgang der Hauptschalteinheit 202 und dem Leiter 508 angeschlossen. Jede Lasteinheit 503 ist zwischen ihrer entsprechenden Hilfsschalteinheit 502 und dem Leiter 508 angeschlossen. Ein Eingang jeder Lasteinheit 503 ist mit der jeweiligen Hilfsschalteinheit 502 verbunden, und ein Ausgang der Lasteinheit 503 ist mit dem Ausgangskontakt 505 über den Leiter 508 verbunden. Der Eingangskontakt 504 ist mit jeder der Haupt- und Hilfsschalteinheiten 202 und 502 über den Leiter 506 verbunden.
Die Hauptschalteinheiten 202 sind so konfiguriert, dass sie in der gleichen Weise arbeiten wie die Schalteinheiten der 11 mit der Ausnahme, dass die Schalteinheit 202 selektiv eine entsprechende Hilfsschalteinheit 502 freigibt, die die entsprechende Lasteinheit 503 betreibt, vorausgesetzt, dass die Hilfsschalteinheit 502 durch die Hauptschalteinheit 202 für eine vorbestimmte Zeit freigegeben wird. Nach der vorbestimmten Dauer verbindet somit die aktivierte Hilfsschalteinheit 502 die entsprechende Lasteinheit 503 mit dem Leiter 506 zur Bildung einer Stromschleife vom Eingangsanschluss 504 zum Ausgangsanschluss 505 über den Leiter 506, die Schalteinheit 502, die Lasteinheit 503 und den Leiter 508. Jede Hilfsschaltvorrichtung 502 wird aktiviert, wenn ein geeigneter Spannungsimpuls an den Eingangskontakt 504 angelegt wird, und aktiviert die Hauptschaltvorrichtung 202 für eine Dauer, die eine vorbestimmte Schwellenwertdauer überschreitet, die der Hilfsschaltvorrichtung zugeordnet ist.
Eine Hilfsschalteinheit 502 und eine zugeordnete Lasteinheit 503, wie in 26a gezeigt, enthält Eingänge 511 und 512, einen Stromausgang 513, eine Schwellenwertvorrichtung 514, die als Beispiel als ein programmierbarer Unijunction-Transistor (PUT) gezeigt ist, eine bistabile Komponente 512, die als Beispiel als Flip-Flop vom D-Typ gezeigt ist (wie etwa eine integrierte 74C74-Schaltung), eine Schaltkomponente 516, als PNP-Transistor gezeigt, einen Kondensator 517 und Widerstände 518, 519, 520 und 521. Der Eingang 511 ist mit dem Ausgang 215 der Hauptschalteinheit 202 verbunden (siehe 3) und der Eingang 512 ist mit dem Stromleiter 506 verbunden. Der PUT 514 ist zwischen dem Eingang 511 und dem Schleifenrückleiter 508 in Serie mit dem Widerstand 520 angeschlossen, und die parallelen Anordnungen von Kondensator 517 und Widerstand 519 sind in Serie mit dem Widertstand 518 zwischen dem Eingang 511 und dem Leiter 508 angeschlossen, wobei der Gate des PUT 514 mit der Verknüpfung zwischen dem Widerstand 518 und der parallelen Kombination von Kondensator 517 und Widerstand 519 verbunden ist. Die Verknüpfung zwischen der Kathode des PUT 514 und dem Widerstand 520 ist mit dem CLX-Eingang des Flip-Flop 515 verbunden, dessen Ausgang über den Widerstand 521 mit der Basis des Transistors 516 verbunden ist. Der Emitter des Transistors 516 ist mit dem Eingang 512 verbunden, und der Kollektor des Transistors mit dem Ausgang 513. Die Last 503 ist zwischen dem Ausgang 513 und dem Leiter 508 angeschlossen.
Bei Abwesenheit eines Spannungssignals am Eingang 511 ist, wegen des Vorhandenseins des Entladewiderstands 513, keine Ladung am Kondenator 517 vorhanden. Beim Anlegen eines Spannungssignal an den Eingang 511 durch die Hauptschalteinheit 202 wird eine Spannung an die Anode des PUT 514 angelegt, und der Kondensator 517 beginnt, sich durch den Widerstand 518 mit einer Rate zu laden, die durch die Zeitkonstante bestimmt ist, die dem Widerstand 518 und dem Kondenator 517 zugeordnet ist. Falls und wenn die Gate-Schwellenwertspannung des PUT 514 erreicht ist, wird der PUT 514 leitend, und an dessen Kathode wird ein positiver Spannungspegel angelegt. Die positive Flanke hiervon bewirkt, dass der Flip-Flop 515 seinen Ausgangszustand ändert, um hierdurch den Transistor 516 einzuschalten, wenn er zuvor ausgeschaltet war, oder aus, wenn er zuvor eingeschaltet war, und die Last 503 zu aktivieren bzw. zu deaktivieren. Es versteht sich, dass dann, wenn das Spannungssignal von der Hauptschalteinheit 202 an den Eingang 511 für eine Zeit angelegt wird, die nicht ausreicht, damit der Gate des PUT 514 seine Schwellenwertspannung erreicht, die Last 503 ihren vorhandenen Zustand nicht ändert: In dieser Ausführung der Erfindung ist daher, ob die Last vom einen Zustand zum anderen wechselt oder nicht, von der Zeitdauer abhängig, über die das Spannungssignal an den Eingang 511 angelegt wird. In einer bevorzugten praktischen Implementierung der Erfindung wird der Strom in der Schleife überwacht, während das Spannungssignal an den Leiter 506 angelegt wird. Auf diese Weise wird ein plötzlicher Stromanstieg, der durch den leitenden PUT 514 verursacht wird, erfasst und dies ist eine positive Bestätigung, dass der Status der Last 503 gewechselt wurde. Der PUT 514 könnte natürlich durch irgend eine andere geeignete Schaltvorrichtung ersetzt werden, wie etwa einen Unijunction-Transistor, der seinen Zustand bei einem vorbestimmten Schwellenwertpegel verändert.
Wenn die Last 503 von der Schleife unter Strom gesetzt wird, wie in 25a und 26a gezeigt, dann wird ein variabler "Hintergrund"-Strom an der Schleife anliegen in Abhängigkeit davon, ob die Last eingeschaltet oder ausgeschaltet ist. 25b zeigt eine Schaltvorrichtung, wie jene von 25a, wobei aber die Lasten 503 ihre eigenen unabhängigen Stromversorgungen haben, die den Leitern 530, 531 zugeführt werden, und die Hilfsschalteinheiten 502 sind so angeordnet, dass sie die Lasten 503 mit dem Leiter 530 verbinden. 26b zeigt eine Schalteinheit 522, die eine Variante der Schalteinheit 502 von 26 ist. In dieser Ausführung, die ansonsten mit der Einheit 502 identisch ist, ist der Strom in der Schleife vom Zustand der Last 503 unabhängig. Die bistabile Vorrichtung 515 kann entweder von der Schleife selbst unter Strom gesetzt werden, wie in 26a gezeigt, oder von der Laststromversorgung. Unter der Annahme, dass die Vorrichtung 515 ein CMOS ist, wird der durch diese Vorrichtung verbrauchte Strom weniger als 1 μA sein, und dieser Betrag des "Hintergrund"-Stroms in der Schleife kann gewöhnlich ignoriert oder berücksichtigt werden.
Wenn zuerst dem Flip-Flop 515 in den Schalteinheiten 502 von 26a und 522 von 26b Strom zugeführt wird, könnte der Zustand des Q-Ausgangs unbestimmt sein und es könnte unbekannt sein, ob die zugeordnete Last 503 aktiv ist oder inaktiv ist.
26c zeigt eine weitere Ausführung einer Schalteinheit 532, in der der Zustand der Last 503 definitiv erkannt werden kann. In der Einheit 532 ist der D-Typ Flip-Flop der Einheit 502 durch einen D-Typ Flip-Flop 533 ersetzt, wie etwa eine integrierte 4013-Schaltung, die in Antwort auf bestimmte Eingaben in ihre Setz- und Rücksetzeingänge ihren Q-Ausgang auf einen bekannten Zustand ändert. Die Einheit 532 umfasst auch eine weitere Schwellenwertanordnung, die zwischen einem weiteren Eingang 511a und einer entsprechenden Schalteinheit 202 angeschlossen ist (siehe 3), und dem Leiter 508, wobei diese weitere Schwellenwertanordnung einen PUT 514a, einen Kondensator 517a und Widerstände 518a, 519a und 520a aufweist. Der Ausgang des PUT 514 ist mit dem Setzeingang des Flip-Flop 533 verbunden, und der Ausgang des anderen PUT 514a ist mit dem Rücksetzeingang des Flip-Flop 533 verbunden. Durch Anlegen eines Spannungssignals an den Eingang 511 für eine ausreichende Zeit, um den PUT 514 leitend zu machen, wird somit die Last 503 eingeschaltet, und das Anlegen eines Spannungssignals an den Eingang 511a für eine ausreichende Zeit, um den PUT 514a leitend zu machen, bewirkt, dass die Last 503 ausgeschaltet wird: Somit ist der Status der Last immer bekannt.
Zwei Vier-Leiter-Versionen der Schaltvorrichtungen der 19 und 22 sind in den 27 und 28 dargestellt, deren eine eine Niedrigstromvorrichtung 600 und deren andere eine Hochstromvorrichtung 700 ist. Eine Schalteinheit 602 der Niedrigstromvorrichtung 600 enthält einen optisch gekoppelten Triac 604, der mit einer jeweiligen Lasteinheit 606 der Einheit 602 verbunden ist. Der Triac 604 und die Lasteinheit 606 sind zwischen einem Schleifenstromleiter 608 und einem Schleifenrückleiter 610 angeschlossen. Der Triac 604 liefert einen Strom zu der Lasteinheit 606, wenn er durch eine LED 611 der Einheit 602 getriggert wird. Die Kathode der LED 611 ist mit dem Schleifenstromleiter 608 verbunden, und deren Anode ist mit einem Impulsleiter 612 über einen Kondensator 614 und einen Widerstand 616 verbunden. Die Anode der LED 611 ist auch mit dem Knoten zwischen dem Triac 604 und der Lasteinheit 606 der vorhergehenden Schalteinheit 618 verbunden. Der Impulsleiter 612 wird anfänglich auf der gleichen Spannung wie der Stromleiter 608 gehalten, oder auf einer Spannung, die in Bezug auf den Netzwerkleiter 610 positiv ist, und alle diese Triac 604 werden deaktiviert. Die Kondensatoren 614 werden daher alle auf die Spannung des Impulsleiters 612 aufgeladen. Die Schalteinheiten 602, 618 der Vorrichtung 600 werden sequenziell aktiviert, indem ein Impuls 620 an dem Impulsleiter 612 angelegt wird, um den Leiter 612 herunterzuziehen. Unter der Annahme, dass die vorhergehender Schalteinheit 618 aktiviert worden ist, wird der Triac 604 der Einheit 618 eingeschaltet und kann sich der Kondensator 614 der nachfolgenden Einheit 612 über den Stromweg durch die jeweilige Last 606 der vorhergehenden Einheit 618 entladen. Nur der Kondensator 614, der der aktivierten Schalteinheit 618 folgt, ist entladen, sodass nur dieser Kondensator über den aktivierten Triac 604 zu laden beginnt, beim Anlegen des Impulses 620 anstelle des Impulsleiters 612 im niedrigen Zustand. Der Kondensator 614 wird geladen, während der Impulsleiter 612 niedrig ist, und an dem Impulsleiter 612, der zu seiner ursprünglichen Spannung zurückkehrt, nimmt der Kondensator eine Spannung auf, die den Triac 604 der vorhergehenden Einheit 618 rückwärts vorspannt und deaktiviert. Der Kondensator 514 entlädt sich dann über die LED 611, was einen Strom durch die LED 611 erzeugt, der ausreicht, um den Triac 604 der Einheit 602 zu triggern, um hierdurch die nachfolgende Lasteinheit 606 zu aktivieren. Für Lasteinheiten 606, die einen stärkeren Strom als etwa 5 Milliampere benötigen, muss die Schalteinheit 602 zu der Hochstromeinheit 710 modifiziert werden, wie in 28 gezeigt. Eine Zener-Diode 714 ist zwischen dem Kondensator 614 und dem Triac 604 der vorhergehenden Schalteinheit 612 angeordnet, wobei die Kathode der Zener-Diode 714 mit dem Kondensator 614 verbunden ist. Ein Widerstand 716 ist zwischen der Diode 610 und dem Kondensator 614 enthalten. Die Zener-Diode 714 und der Widerstand 716 stellen sicher, dass der von dem Kondensator 614 entladene Strom auf die Wege durch den Leiter 606 der vorhergehenden Einheit 712 und die Diode 610 aufgeteilt wird, sodass ein ausreichender Strom zugeführt wird, um den Triac 604 der Einheit 710 positiv zu triggern, der den Strombedarf der Lasteinheit 606, die mit der Einheit 710 verbunden ist, erfüllen muss.

Claims

Schaltvorrichtung, umfassend: eine Mehrzahl von Schaltmitteln (202), die erste, zweite, dritte und vierte Anschlüsse aufweisen, wobei der erste Anschluss jedes der Schaltmittel mit einem Eingangsanschluss (204) durch einen ersten gemeinsamen Schleifenleiter (206) verbunden ist; wobei die jeweiligen Schaltmittel seriell miteinander verbunden sind, wobei der vierte Anschluss jedes Schaltmittels über einen jeweiligen Leiter (207) mit dem dritten Anschluss des nachfolgenden Schaltmittels verbunden ist, und eine Mehrzahl von Lastmitteln (203), die jeweils zwischen einem zweiten Anschluss eines entsprechenden Schaltmittels (202) der Mehrzahl von Schaltmitteln und einem Ausgangsanschluss (205), der Stromsignale von der Mehrzahl von Lastmitteln (203) über einen zweiten gemeinsamen Schleifenleiter (208) empfängt, angeschlossen sind; wobei die Mehrzahl von Schaltmitteln (202) jeweils einen ersten Zustand aufweisen, in dem das entsprechende Lastmittel (203) deaktiviert und daran gehindert ist, ein entsprechendes Laststromsignal durch die entsprechende Last zu liefern, und einen zweiten Zustand, in dem ein Strom entlang einem ersten Stromweg zwischen den ersten und zweiten Anschlüssen fließt, sodass das entsprechende Lastmittel (203) aktiviert ist, um das entsprechende Laststromsignal über den zweiten gemeinsamen Schleifenleiter (208) zu dem Ausgangsanschluss (205) zu liefern; wobei das Anlegen eines Spannungstriggersignals an den Eingangsanschluss (204) bewirkt, dass ein Strom entlang einem zweiten Stromweg eines Schaltmittels, das bereits in dem zweiten Zustand ist, zwischen den ersten und vierten Anschlüssen des Schaltmittels zu dem dritten Anschluss des nachfolgenden Schaltmittels über den entsprechenden Leiter (207) fließt, sodass (a) das nachfolgende Schaltmittel dazu gebracht wird, den zweiten Zustand einzunehmen, wenn, außer für das erste Schaltmittel (A) der seriellen Verbindung, das Schaltmittel, das bereits in dem zweiten Zustand ist, vor dem Anlegen des Spannungstriggersignals in dem zweiten Zustand war; und (b) sodass, außer für das erste Schaltmittel (A) der seriellen Verbindung, das Schaltmittel, das bereits in dem zweiten Zustand ist, zu dem ersten Zustand zurückkehrt, wenn das vorhergehende Schaltmittel vor dem Anlegen des Spannungstriggersignals auch in dem ersten Zustand war; worin, beim Setzen des ersten Schaltmittels (A) in den zweiten Zustand und der verbleibenden Schaltmittel in den ersten Zustand, ein sequenzielles Anlegen des Spannungstriggersignals bewirkt, dass die Mehrzahl von Schaltmitteln (202) sequenziell den zweiten Zustand einnahmen und dann anschließend zu dem ersten Zustand zurückkehren.
Schaltvorrichtung nach Anspruch 1, worin das Spannungstriggersignal eine Änderung in dem Pegel eines an den Eingangsanschluss (204) angelegten Eingangssignals umfasst.
Schaltvorrichtung nach Anspruch 1, worin das Laststromsignal einen vorbestimmten Parameter repräsentiert, der durch das entsprechende Lastmittel, wenn aktiviert, gemessen wird.
Schaltvorrichtung nach einem der Ansprüche 1, 2 und 3, worin das Spannungstriggersignal ein Spannungspuls ist.
Schaltvorrichtung nach Anspruch 4, worin die Schaltmittel (202) in Antwort auf eine Flanke des Pulses aktiviert werden.
Schaltvorrichtung nach Anspruch 5, worin die Schaltmittel (202) in Antwort auf eine Nachlaufflanke des Pulses aktiviert werden.
Schaltvorrichtung nach Anspruch 4, worin n Schaltmittel (202) vorhanden sind, und, um das n-te Schaltmittel zu aktivieren, n Spannungspulse an den Eingangsanschluss (8) angelegt werden müssen, wobei n eine positive ganze Zahl ist.
Schaltvorrichtung nach Anspruch 7, worin in Antwort auf das Spannungstriggersignal ein Aktivierungssignal zwischen benachbarten Schaltmitteln (202) durch den entsprechenden Leiter (207), der mit dem benachbarten Schaltmittel (202) verbunden ist, geleitet wird.
Schaltvorrichtung nach einem der Ansprüche 1, 2 und 3, worin die Lastmittel Sensoren sind.
Schaltvorrichtung nach Anspruch 1, worin das Stromsignal anzeigt, dass ein vorbestimmter Vorgang stattgefunden hat.
Schaltvorrichtung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, worin die Lastmittel (203) Aktuatoren sind.