DE9112419U1 - Device for sequence switching - Google Patents

Device for sequence switching

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Description

GR 916 4 0 9GR 916 4 0 9

Siemens AktiengesellschaftSiemens AG

Einrichtung zur Folgeumschaltung
5Device for sequence switching
5

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Folgeumschaltung gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a device for sequence switching according to the preamble of claim 1.

Derartige Einrichtungen verwendet man zur unterbrechungsfreien (überlappenden) Umschaltung, insbesondere bei Geräten, die über längere Kabelverbindungen zwischen redundanten Rechnern umgeschaltet werden müssen. Durch die ständige Verbindung des Gerätes mit einem der redundanten Rechner ist durch den Umschalter keine Umladung der Kapazität erforderlich, die in längeren Kabelverbindungen auftritt. Dadurch ist eine geringere Belastung des Umschalters gegeben.Such devices are used for uninterrupted (overlapping) switching, especially for devices that have to be switched between redundant computers via long cable connections. Because the device is constantly connected to one of the redundant computers, the switch does not need to recharge the capacity, which occurs in long cable connections. This means that the load on the switch is reduced.

Die Schaltelemente der bekannten Einrichtung zur Folgeumschaltung sind als mechanische Relais ausgeführt, die nur eine relativ geringe Lebensdauer besitzen und darüber hinaus relativ viel Einbauvolumen benötigen.The switching elements of the known device for sequential switching are designed as mechanical relays, which have only a relatively short service life and also require a relatively large installation volume.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Einrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die gegenüber den bisherigen Einrichtungen eine höhere Lebenserwartung aufweist sowie weniger Einbauvolumen verlangt.The object of the present invention is to create a device of the type mentioned above which has a longer life expectancy than previous devices and requires less installation space.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale im Kennzeichen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.The object is achieved according to the invention by the features in the characterizing part of claim 1. Advantageous embodiments of the invention are described in the subclaims.

Bei der erfindungsgemäßen Einrichtung zur Folgeumschaltung sind anstelle von mechanischen Relais Halbleiterschalter vorgesehen, die gegenüber mechanischen Relais außerdem eine höhere Lebensdauer aufweisen. Der erste Halbleiterschalter ist über ein einschaltverzögertes Zeitglied und der zweite HaIb-In the device for sequential switching according to the invention, semiconductor switches are provided instead of mechanical relays, which also have a longer service life than mechanical relays. The first semiconductor switch is connected via a switch-on delayed timer and the second semiconductor switch is connected via a switch-on delayed timer.

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Df/Sue/27.09.1991Df/Sue/27.09.1991

2 GR 91 P4O95 lelterschalter über ein ausschaltverzögertes Zeiglied ansteuerbar. Durch die eingangsseitig parallgeschalteten Zeitglieder werden die Schaltelemente so gesteuert, daß beim Umschalten der gerade geschlossene Halbleiterschalter solange geschlossen bleibt, bis der andere (noch geöffnete) Halbleiterschalter geschlossen ist. Eine überlappende Umschaltung ist damit auf einfache Weise realisierbar. 2 GR 91 P4O95 semiconductor switch can be controlled via a timer with a switch-off delay. The timers connected in parallel on the input side control the switching elements in such a way that when switching, the semiconductor switch that has just been closed remains closed until the other (still open) semiconductor switch is closed. Overlapping switching can thus be implemented in a simple manner.

Bei einer Einrichtung gemäß Anspruch 2 werden Halbleiterschalter auf opto-elektronischer Basis verwendet. Man erhält dann eine besonders schnell schaltende Einrichtung, bei der darüber hinaus auch eine gute galvanische Trennung zwischen Ansteuerkreis und Leistungs-Schaltkreis gegeben ist.In a device according to claim 2, semiconductor switches on an optoelectronic basis are used. This gives a particularly fast switching device, which also provides good galvanic isolation between the control circuit and the power circuit.

Als Fotoempänger können sowohl Fotodioden mit einem nachgeschalteten Schalttransistor (Anspruch 3) als auch Fototransistoren, Foto-Feldeffekt-Transistoren oder Foto-Thyristoren (Ansprüche 6 bis 8) verwendet werden.Photodiodes with a downstream switching transistor (claim 3) as well as phototransistors, photo field effect transistors or photothyristors (claims 6 to 8) can be used as photoreceivers.

Mit einer Einrichtung gemäß Anspruch 4 können sowohl Analogsignale im pV-Bereich als auch Spannungen bis zu 300 V prellfrei geschaltet werden. Bei dem verwendeten BOSFET (Bidirectional Output Switch-Field Effect-Transistor) handelt es sich um einen bidirektionalen MOSFET, der vergleichbar ist mit zwei antiparallelgeschalteten MOSFET, die Gate und Source gemeinsam haben.With a device according to claim 4, both analog signals in the pV range and voltages up to 300 V can be switched bounce-free. The BOSFET (Bidirectional Output Switch-Field Effect Transistor) used is a bidirectional MOSFET, which is comparable to two anti-parallel-connected MOSFETs that have a common gate and source.

Im Gegensatz zum Thyristor, der nicht zum Schalten kleiner Signalpegel geeignet ist, sondern der nur als Wechselstrom-Leistungsschalter einsetzbar ist, können mit dem BOSFET nicht nur Wechselströme, sondern auch Gleichströme beliebiger Polarität geschaltet werden.In contrast to the thyristor, which is not suitable for switching small signal levels but can only be used as an AC power switch, the BOSFET can switch not only alternating currents but also direct currents of any polarity.

Bei einer Einrichtung nach Anspruch 9 wird auf einfache Weise für die Halbleiterschalter eine definierte Schaltschwelle vorgegeben. Die Einrichtung zur Folgeumschaltung wird dadurchIn a device according to claim 9, a defined switching threshold is specified in a simple manner for the semiconductor switches. The device for sequential switching is thereby

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3 GR 9 1 G 4 O 9 gegen Störspannungen unempfindlicher. 3 GR 9 1 G 4 O 9 less sensitive to interference voltages.

Die Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausgestaltungen werden im folgenden anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Darin zeigen:The invention and further advantageous embodiments are explained in more detail below using an embodiment shown in the drawing. In the drawing:

Fig. 1 ein Prinzip-Schaltbild einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Einrichtung zur Folgeumschaltung, Fig. 2 das Schaltdiagramm der Einrichtung gemäß Fig. 1.Fig. 1 is a schematic circuit diagram of an embodiment of the device according to the invention for sequence switching, Fig. 2 is the circuit diagram of the device according to Fig. 1.

In Fig. 1 ist mit I ein erstes und mit II ein zweites Schaltelement bezeichnet. Beide Schaltelemente I, II sind als Halbleiterschalter ausgebildet und umfassen jeweils eine Leuchtdiode Dl bzw. D2 sowie einen Feldeffekt-Transistor Tl bzw. T2.In Fig. 1, I denotes a first switching element and II denotes a second switching element. Both switching elements I, II are designed as semiconductor switches and each comprise a light-emitting diode Dl or D2 and a field-effect transistor Tl or T2.

Die Feldeffekt-Transistoren Tl und T2 sind über einen ihrer beiden Drain-Anschlüsse miteinander verbunden und an einen mit 5 bezeichneten Ausgang geführt. Der andere Drain-Anschluß des Transistors Tl ist an einen Ausgang 7 geführt; der noch freie Drain-Anschluß des Transistors T2 ist an einen Ausgang 6 geschaltet.The field effect transistors Tl and T2 are connected to one another via one of their two drain connections and are connected to an output marked 5. The other drain connection of the transistor Tl is connected to an output 7; the still free drain connection of the transistor T2 is connected to an output 6.

Die Erfindung ist nicht beschränkt auf die Anwendung bei galvanisch verbundenen Ruhe- und Arbeitsstromkreisen. Anstelle von miteinander galvanisch gekoppelten Schaltstrecken der beiden Halbleiterschalter können diese auch entkoppelt ausgeführt werden, wobei der Umschalter in an sich bekannter Weise durch einen Arbeits- und einen Ruhekontakt dargestellt wird.The invention is not limited to use with galvanically connected rest and working circuits. Instead of the two semiconductor switches being galvanically coupled to one another, they can also be designed to be decoupled, with the changeover switch being represented in a manner known per se by a working contact and a rest contact.

Die Leuchtdioden Dl und D2 sind zueinander parallel geschaltet und mit ihren Anoden-Anschlüssen an einen Eingang 1 und mit ihren Kathoden-Anschlüssen an einen Eingang 2 geführt. 35The LEDs Dl and D2 are connected in parallel with each other and their anode connections are connected to an input 1 and their cathode connections to an input 2. 35

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4 GR 9 1 6 4 O 9 An jeder Leuchtdiode Dl, D2 sind zwischen Kathode und Eingang 2 jeweils ein Schmitt-Trigger STl bzw. ST2 sowie ein Zeitglied ZGl bzw. ZG2 in Reihe geschaltet. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel schaltet das Zeitglied ZGl um einen Zeitwert ti verzögert ein und das Zeitglied ZG2 um einen Zeitwert t2 verzögert aus. Bei dem Zeitglied ZGl handelt es sich also um ein einschaltverzögertes Zeitglied, wohingegen das Zeitglied ZG2 als ausschaltverzögertes Zeitglied ausgebildet ist. 4 GR 9 1 6 4 O 9 A Schmitt trigger ST1 or ST2 and a timing element ZGl or ZG2 are connected in series between the cathode and input 2 on each light-emitting diode Dl, D2. In the present embodiment, the timing element ZGl switches on with a time delay of a time value ti and the timing element ZG2 switches off with a time delay of a time value t2. The timing element ZGl is therefore a switch-on delayed timing element, whereas the timing element ZG2 is designed as a switch-off delayed timing element.

Zur Anzeige des Schaltzustandes der Halbleiterschalter I und II kann zwischen der Leuchtdiode Dl und dem Schmitt-Trigger STl bzw. zwischen der Leuchtdiode D2 und dem Schmitt-Trigger ST2 jeweils eine Leuchtdiode Vl bzw. V2 geschaltet werden.To display the switching state of the semiconductor switches I and II, a light-emitting diode Vl or V2 can be connected between the light-emitting diode Dl and the Schmitt trigger STl or between the light-emitting diode D2 and the Schmitt trigger ST2.

Beim Anlegen eines bestimmten Potentials an die Eingänge 1, des Folgeumschalters erhält man an den Fig. 1 eingezeichneten Meßpunkten A bis E das in Fig. 2 dargestellte Schaltdiagramm.When a certain potential is applied to the inputs 1 of the sequential switch, the circuit diagram shown in Fig. 2 is obtained at the measuring points A to E shown in Fig. 1.

Beim Auftreten eines Einschaltimpulses beim Meßpunkt A schaltet das einschaltverzögerte Zeitglied ZGl um einen Zeitwert ti verzögert durch (Meßpunkt B), während das ausschaltverzögerte Zeitglied ZG2 sofort durchschaltet (Meßpunkt D). Der Impuls im Meßpunkt C entspricht dem Impuls im Meßpunkt B, da es sich bei dem Schmitt-Trigger STl um einen nichtinvertierenden Schmitt-Trigger handelt. Beim Schmitt-Trigger ST2 handelt es sich demgegenüber um einen invertierenden Schmitt-Trigger; der im Meßpunkt E auftretende Impuls weist deshalb zwar die gleiche Impulsbreite wie der in Meßpunkt D auftretende Impuls auf, ist aber diesem gegenüber invertiert. Der im Meßpunkt E auftretende Impuls führt zum Durchschalten der Verbindung zwischen den Ausgängen 5 und 6; der Halbleiterschalter II ist also geschlossen.When a switch-on pulse occurs at measuring point A, the switch-on delay timer ZGl switches through with a time delay of ti (measuring point B), while the switch-off delay timer ZG2 switches through immediately (measuring point D). The pulse at measuring point C corresponds to the pulse at measuring point B, since the Schmitt trigger STl is a non-inverting Schmitt trigger. The Schmitt trigger ST2, on the other hand, is an inverting Schmitt trigger; the pulse occurring at measuring point E therefore has the same pulse width as the pulse occurring at measuring point D, but is inverted compared to it. The pulse occurring at measuring point E leads to the connection between outputs 5 and 6 being switched through; the semiconductor switch II is therefore closed.

Tritt an den Eingängen 1, 2 nunmehr eine Potentialänderung auf, dann ändert sich beim Meßpunkt A und zeitgleich bei denIf a potential change occurs at inputs 1 and 2, the voltage at measuring point A and at the same time at the

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5 GR 9 1 G 4 &Pgr; 9 Meßpunkten B und C der Impuls. Der im Meßpunkt C auftretende Impuls führt zum Durchschalten der Verbindung zwischen den Ausgängen 5 und 7; der Halbleiterschalter I ist also geschlossen. Bei den Meßpunkten D und E (invertiertes Signal) ändert sich der Impuls erst um einen Zeitwert t2 verzögert, da das ausschaltverzögerte Zeitglied ZG 2 erst zeitverzögert durchschaltet. Da die Zeitwerte ti und t2 gleich groß gewählt wurden, bleibt die gerade durchgeschaltete Leuchtdiode D2 noch so lange eingeschaltet und damit der Halbleiterschalter II so lange geschlossen bis die andere Leuchtdiode Dl den Feldeffekt-Transistor Tl eingeschaltet hat und damit der Halbleiterschalter I geschlossen ist. 5 GR 9 1 G 4 Π 9 measuring points B and C. The pulse occurring at measuring point C leads to the connection between outputs 5 and 7 being switched through; the semiconductor switch I is therefore closed. At measuring points D and E (inverted signal) the pulse changes only after a time delay of a time value t2, since the switch-off delayed time element ZG 2 only switches through after a time delay. Since the time values ti and t2 were chosen to be the same, the LED D2 which has just been switched through remains switched on and thus the semiconductor switch II remains closed until the other LED Dl has switched on the field effect transistor Tl and thus the semiconductor switch I is closed.

Bei einer erneuten Änderung des Einschaltimpulses schaltet das einschaltverzögerte Zeitglied ZGl erneut um einen Zeitwert ti verzögert durch (Meßpunkte B und C), so daß der geschlossene Halbleiterschalter I erst dann öffnet, wenn der Halbleiterschalter II bereits die Zeit ti geschlossen ist. Für den weiteren Ablauf der Folgeumschaltung gelten nunmehr wiederum die vorstehenden Ausführungen.If the switch-on pulse changes again, the switch-on delay timer ZGl switches again with a time delay of ti (measurement points B and C), so that the closed semiconductor switch I only opens when the semiconductor switch II has already been closed for the time ti. The above statements now apply again to the further sequence of the subsequent switching.

In Fig. 1 sind das Zeitglied ZGl sowie der Schmitt-Trigger STl nichtinvertierend ausgebildet. Das Zeitglied ZGl und der Schmitt-Trigger STl können jedoch beide auch invertierend ausgeführt sein. Bei Meßpunkt B würde sich dann die Polarität des Schaltzustandes entsprechend ändern. Das Zeitglied ZGl arbeitet dann ebenso wie das Zeitglied ZG2 ausschaltverzögert.In Fig. 1, the timer ZGl and the Schmitt trigger STl are designed to be non-inverting. However, the timer ZGl and the Schmitt trigger STl can both be designed to be inverting. At measuring point B, the polarity of the switching state would then change accordingly. The timer ZGl then works with a switch-off delay, just like the timer ZG2.

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Claims (11)

6 GR 91G4095 Schutzansprüche6 GR 91G4095 Protection claims 1. Einrichtung zur Folgenumschaltung, bei der ein erster Stromkreis aufgetrennt bzw. geschlossen wird nachdem ein zweiter Stromkreis geschlossen bzw. aufgetrennt wurde, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Halbleiterschalter (I, II) vorgesehen sind, von denen der eine über ein einschaltverzögertes Zeitglied (ZGl) und der andere über ein ausschaltverzögertes Zeitglied (ZG2) ansteuerbar ist, wobei das eine Zeitglied (ZGl) dem anderen Zeitglied (ZG2) eingangsseitig parallelgeschaltet ist.1. Device for sequence switching, in which a first circuit is opened or closed after a second circuit has been closed or opened, characterized in that two semiconductor switches (I, II) are provided, one of which can be controlled via a switch-on delayed timer (ZGl) and the other via a switch-off delayed timer (ZG2), wherein one timer (ZGl) is connected in parallel to the other timer (ZG2) on the input side. 2. Einrichtung nach Anspruch 1,2. Device according to claim 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiterschalter (I, II) einen Fotokoppler umfaßt, der wenigstens eine im Ansteuerkreis angeordnete Leuchtdiode (Dl, D2) und einen in einen Leistungs-Schaltkreis geschalteten Fotoempfänger (Tl, T2) aufweist.characterized in that the semiconductor switch (I, II) comprises a photocoupler which has at least one light-emitting diode (Dl, D2) arranged in the control circuit and a photoreceiver (Tl, T2) connected in a power circuit. 3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Fotoempfänger wenigstens eine Fotodiode umfaßt, durch die ein Schalt-Transistor (Tl, T2), insbesondere ein Feldeffekt-Transistor, ansteuerbar ist.3. Device according to claim 2, characterized in that the photoreceiver comprises at least one photodiode, by means of which a switching transistor (T1, T2), in particular a field effect transistor, can be controlled. A. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Feldeffekt-Transistor als BOSFET (Bidirectional Output Switch Field Effect Transistor) ausgebildet ist.A. Device according to claim 3, characterized in that the field effect transistor is designed as a BOSFET (Bidirectional Output Switch Field Effect Transistor). 5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Fotoempfänger mehrere in Reihe geschaltete Fotodioden umfaßt.5. Device according to one of claims 2 to 4, characterized in that the photoreceiver comprises several photodiodes connected in series. 02 0102 01 7 GR 9 1 G 4 O 97 GR 9 1 G 4 O 9 6. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Fotoempfänger als Fototransistor ausgebildet ist.6. Device according to claim 2, characterized in that the photoreceiver is designed as a phototransistor. 7. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Fotoempfänger als Foto-Feldeffekt-Transistor ausgebildet ist.7. Device according to claim 2, characterized in that the photoreceiver is designed as a photo field effect transistor. 8. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Fotoempfänger als Foto-Thyristor ausgebildet ist.8. Device according to claim 2, characterized in that the photoreceiver is designed as a photothyristor. 9. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen die Halbleiterschalter (I, II) und die Zeitglieder (ZGl, ZG2) jeweils ein Schmitt-Trigger (STl, ST2) geschaltet ist.9. Device according to one of claims 1 to 8, characterized in that a Schmitt trigger (ST1, ST2) is connected between the semiconductor switches (I, II) and the timing elements (ZGl, ZG2). 10. Einrichtung nach Anspruch 1 und/oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß als Zeitglieder und/oder als Schmitt-Trigger Operationsverstärker mit entsprechender Beschaltung vorgesehen sind.10. Device according to claim 1 and/or 9, characterized in that operational amplifiers with appropriate circuitry are provided as timing elements and/or as Schmitt triggers. 11. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Kennzeichnung des Schaltzustandes der Halbleiterschalter (I, II) zu den Leuchtdioden (Dl, D2) weitere Leuchtdioden (Vl, V2) in Reihe geschaltet sind.11. Device according to claim 2, characterized in that, in order to identify the switching state of the semiconductor switches (I, II), further light-emitting diodes (Vl, V2) are connected in series with the light-emitting diodes (Dl, D2). 02 0202 02
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