DE1925300A1 - Logische Einrichtung zum Ein- und Ausschalten einer Last - Google Patents

Description

OR-INQ. DIPL.-INQ. M. BC. L.IPL.-PHYS. D R. DIPL.-PHYS.

HÖGER - STELLRECHT- GRIESSBACH - HAECKER

PATENTANWÄLTE IN STUTTGART

A 37 354 h

16.5.1969

U.S.Ser.lio. 730,300

Texas Instruments Incorporated, Dallas, Texas, U.S.A;

Logische Einrichtung
zum Ein- und Ausschalten einer Last

Die Erfindung bezieht sich auf eine logische Einrichtung zum Einschalten und Ausschalten einer Last bei Eingang von Signalen.

Es sind bereits verschiedene logische Torschaltungen bekannt, die Thermistoren in unterchiedlichen Kombinationen verwenden, um so einen Zustand der Energiezufuhr au einer elektrischen Belastung entsprechend einer vorbestimmten Kombination von Eingangssignalen zu schalten. Die Eingangssignale haben häufig die Form von Y/ärme, die auf die verschiedenen Thermistoren .einwirkt.

Die Erfindung betrifft logische Einrichtungen und im besonderen solche Einrichtungen, die elektrothermische Elemente, wie beispielsweise Thermistoren, verwenden.

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In verschiedenen Steuersystemen, wie beispielsweise Mehrfachzonensystemen zuni Heizen und zum Klimatisieren, ist die Ansprechzeit einer zugehörigen Steuereinrichtung nicht sehr bedeutsam. Infolgedessen können die Schalt- und logischen Operationen durch Elemente durchgeführt werden, die verhältnismäßig langsam ansprechen, beispielsweise elektrothermisch^ Elemente wie Thermistoren. Die Verwendung von elektrothermicchen Steuerelementen ist vorteilhaft, weil sie einfach, zuverlässig und verhältnismäßig billig sind. Um nun eine Flexibilität im Auslegen und in der Y/irkungsweise zu erreichen, ist es jedoch wichtig, daß verschiedene lo.gische Steueroperationen verfügbar sind, wie sie beispielsv/eise durch elektronische Komponenten in Rechenanlagen und in der Automation vorhanden sind.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine logische Einrichtung zu schaffen, welche die Energiezufuhr zu einer Last unter Zuhilfenahme von elektrothermischen Elementen entsprechend verschiedenen vorbestimmten Kombinationen von Eingangssignalen umschaltet. Dabei ist die Anordnung so getroffen, daß die Eingangssignale die Form von Temperaturänderungen haben können. Ferner ist in der erfindungsgemäßen Einrichtung die Energiezufuhr zur Last entsprechend einem vorbestimmten logischen System gesteuert. Die erfindungsgemäße· Einrichtung ist in hohem Grade zuverlässig, sie ist im Aufbau verhältnismäßig einfach und billig.

Gemäß der Erfindung hat diese Einrichtung ein Paar von Thermistoren, die entgegengesetzte Temperaturkoeffizienten aufweisen. Die einzelnen Thermistoren sind mit Vorrichtungen versehen, um ihnen Wärme zuzuführen, und ein Paar von Thermistoren ist jeweils in einer zwei Anschlüsse aufweisenden Strombahn miteinander verbunden. Eine elektrisch mit Energie zu versorgende

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Last ist an diese Strorabahn und an eine Stromquelle angeschlossen;,, so daß die Energieaufuhr zur Last als Punktion der Lei t fähige it der Stroiibahn gesteuert werden kann. Der Zustand der Energiezufuhr zur Last kann also entsprechend der den Themistören aufgedrückten Y/ärme nach einem vorbestimmten logischen Systeu verlindert v/erden.

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung im Zusammenhang mit der Zeichnung, die Ausführungsbeispiele der Erfindung enthält. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 ein erstes schematisch.es Schaltdiagraran mit einer logischen-Torschaltung gemäß der Erfindung,

Pig. 2 eine logische Tabelle zur Darstellung der 'Wirkungsweise der Torschaltung nach Pig. 1,

Pig. 5 ein zweites- schenatisches Schaltdiagramm mit einer anderen logischen Torschaltung gemäß der Erfindung,

Pig. 4- eine logische Tabelle zur Erläuterung der Wirkungskreise der Torschaltung nach Pig. 3,

Pig. 5 ein drittes schematisches Schaltschema mit einer Torschaltung gemäß der Erfindung,

Pig. 6 ein viertes schematisches Schaltschema mit einer weiteren Torschaltung gemäß der Erfindung.

In Pig. 1 ist mit 11 eine logischeelektrothermische Torschaltung bezeichnet, die eine sogenannte Η-Punktion hat. Diese Punktion ist in der logischen Tabelle gemäß Pig. 2 dargestellt,, wo die Anwesenheit eines Eingangs- oder-Ausgangssignals durch eine "1" und die Abwesenheit eines Signals durch

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die Zahl "O" angedeutet ist. Es sind nun zv;ei Eingangssignale A und B vorhanden und deshalb vier mögliche Eingangszustände, die jeweils einen entsprechenden Ausgangszustand herstellen, der unter der Überschrift "AUS" angedeutet ist.

Die Torschaltung 11 v/eist ein Paar von Thermistoren TlT 1 und TP1 auf. Ein Lastwiderstand R1 stellt eine elektrische Last dar. Diese Last kann beispielsweise eine Steuervorrichtung sein, beispielsweise ein Elektromagnet oder eine 'andere Betätigungsvorrichtung, die unterschiedlich mit Energie verk sorgt werden soll, oder sie kann auch eine Heizvorrichtung sein, die, wie weiter unten näher erklärt wird, ein Eingangselement für einen v/eiteren elektrothermischen logischen Stromkreis aufweist. Die Torschaltung 11 und der Lastwiderstand R1 sind in Reihe an eine eine konstante Spannung aufweisende Stromquelle über ein Paar von Anschlußleitungen L1, L2 so angeschlossen, dajo der Lastwiderstand R1 mit Strom versorgt wird, wenn die Torschaltung 11 leitend ist. Die Spannung der Stromquelle wird so ausgewählt, daß sie unterhalb derjenigen Spannung ist, die eine beträchtliche Selbsterwärmung der Thermistoren der Torschaltung bei irgendwelchen Betriebsbedingungen erzeugen würde. Die Stromquelle kann eine Wechsel- oder eine Gleichstromquelle sein.

Der Thermistor TIH ist ein HTC-Thermistor (mit einem negativen Widerstandstemperaturkoeffizienten), und der Thermistor TPI ist ein PTC-Therraistor (mit einem positiven Wiä erstände tempera turkoeffizienten). Die beiden Thermistoren sind in Reihe geschaltet, so daß sie eine zwei Anschlüsse aufweisende Strombahn bilden, die in Reihe mit dem Lastwiderstand R1 ist.

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aus
Der Thermistor TIT1 ist in Wärmetauschbeziehung zu einer Heiz-"vorrichtung HA1 und der thermistor TP1 in Wärmeaustausehbe-2iiehung zu einer Heizvorrichtung HB1. Wie weiter unten noch im einzelnen "beschrieben wird, spricht die lorschaltung 11 auf thermische Eingangssignale an, und die Heizvorrichtungen HA1 und HB1"ergeben ein günstiges Mittel, um elektrische Signale in solche thermische Eingangssignale umzuwandeln. Es sei jedoch darauf hingewiesen, daß auch andere veränderbare Wärmequellen als Steuereingangssignale für die Torschaltung 11 verwendet werden können, beispielsweise Änderungen der umgebenden Temperatur, Ofentemperaturen usw. Die Mittel, um Wärme von diesen Wärmequellen dem Thermistor aufzudrücken, können lediglich Mittel sein, um die Thermistoren in Wärmetauschbeziehung zu solchen Wärmequellen anzuordnen.

Die Thermistoren der Torschaltung 11 sind vorzugsweise aus Materialien hergestellt, die relativ plötzliche Widerstandsänderungen bei vorbestimmten Temperaturschwellwerten oder Übergangstemperaturen haben. Wenn daher die Temperatur des einen oder des anderen Thermistors über die betreffende, vorbestimmte Temperaturschwelle hinaus geändert wird, so erfährt der Thermistor eine verhältnismäßig große Änderung in seinem Widerstandswert. Mit anderen Worten, der NTC-Thermistor hat ' eine Übergangstemperatür, oberhalb der sein Widerstand rela-,tiv plötzlich abnimmt, und der PTG-Thermistor hat eine Übergangs tempera tür, oberhalb der sein Widerstand relativ plötzlich

ansteigt.

Da der Lastwiderstand R1 in Reihe mit der Torschaltung 11 an einer eine konstante Spannung aufweisenden Stromquelle ange-

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schlossen ist, so ergibt sich, daß, die Last zu einem erheblichen Umfang mit Energie versorgt wird, v/enn eine einen niedrigen Widerstand aufweisende Strombahn durch die beiden Thermistoren der torschaltung hergestellt wird, wenn diese im Zu- stand niedrigen Widerstandes sind. Dagegen ist die Last im \/esentlichen abgeschaltet» Wenn einer der Thermistoren im Zustand verhältnismäßig hohen Widerstandes ist. Es sei angenommen, daß die Last von der Art ist, daß sie auf relativ niedrige und relativ hohe Energiezufuhr, wie sie über die Torschaltung gemäß der Erfindung zugeführt wird, im wesentlichen so an- ' spricht, als ob die Stromquelle vollständig ein- oder ausgeschaltet worden wäre. In ähnlicher Weise v/erden in der nachfolgenden Beschreibung die Thermistoren so behandelt, als ob sie leitend wären, wenn sie im Zustand niedrigen Widerstandes sind, und nichtleitend, v/enn sie im Zustand hohen Widerstands sind, obgleich es einleuchtend ist, daß es sich hier um eine relative Leitfähigkeit oder Nichtleitfähigkeit handelt und daß eine Änderung des Widerstandes durch einen relativ kleinen Faktor ausreichend sein kann, um die Energiezufuhr zu einer entsprechenden Last entsprechend zu ändern.

In der logischen Tabelle der Fig. 2 sind die verschiedenen möglichen Kombinationen der thermischen Eingangssignale der.Heizvorrichtungen HA1 und H31 an die Thermistoren Τ1Ϊ1 und TP1 in den Kolonnen mit der Überschrift A bzw. B angedeutet. In diesen Kolonnen ist die Zufuhr von Wärme, beispielsweise durch Erregen der betreffenden Heizvorrichtung, durch die Binärziffer "1" angedeutet, während das Vorhandensein keines thermischen Eingangssignals durch die Binärziffer "O" angedeutet ist. Die Energiezufuhr zum Lastwiderstand R1 ist in der Spalte mit

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der Überschrift "AUS" durch die Binärziffer "1" und die Abschaltung durch die Binärziffer "O" angedeutet.

Wenn beide Thermistoren eine verhältnismäßig kühle Temperatur aufweisen, d.h. wenn sie die normale Außentemperatur haben, so ist die Leitfähigkeitsbahn zwischen der Stromquelle und dem Lastwiderstand R1 durch den hohen Widerstand des ITTC-Thermistors TlT 1 blockiert, und die Last ist abgeschaltet. Wenn die Heizvorrichtung HA1 allein erregt wird, so daß die Temperatur des Thermistors T1T1 über seinen Schwellwert angehoben wird, so wird eine leitende Strombahn geschaffen, und der'Lastv/iderstand R1 wird mit Energie versorgt. Wenn lediglich die Heizvorrichtung HB1 erregt ist, so wird die Stroinbahn in doppelter Weise durch die hohen Widerstände beider Thermistoren blockiert. Wenn beide Heizvorrichtungen HA1 und HB1 erregt sind, so ist die Leitfähigkeit durch den hohen Widerstand des PTC-Thermistors TP1 blockiert. Es ergibt sich hieraus, daß der Zustand der Erregung des Lastwiderstands R1 zwischen Energiezufuhr und -abschaltung gemäß dem logischen System der H-Torsehaltung nach Fig. 2 vorliegt und daß die Last lediglich dann mit Energie versorgt wird, wenn die Heizvorrichtung HA1 allein erregt wird.

In dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 ist der Lastwiderstand R1 an die Zufuhrleitungen Li und L2 über eine .elektrothermische Torschaltung 13 angeschlossen, die, wie oben beschrieben, die Energiezufuhr zum Lastwiderstand R1 geiaäß einem H oder einem komplementären logischen Torsystem gemäß Fig. 4 herstellt. Die Torschaltung 13 weist zwei Thermistoren Tii2 und TP2 auf, die im wesentlichen gleich den Thermistoren T1T1 und TP1 der Fig. 1 sind. Die Thermistoren TU2 und TP2 sind jedoch parallel zueinander geschaltet, so daß sie eine zwei Anschlüsse'aufweisende Strombe.hn bilden, die in Reihe mit dem Lastwid erstand R1 ist.

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Ferner ist eine Heizvorrichtung HB2 vorgesehen, um dem Thermistor ϊϊϊ.2 Wärme so zuzuführen, daß die Temperatur ober-• halb seiner Übergangsteinperatur erhöht v/erden kann. In ähnlicher Weise ist eine Heizvorrichtung HA2 vorgesehen, um dem Thermistor TP2 Wärme zuzuführen. Es sei darauf hingewiesen, daß in diesem Ausführungsbeispiel das "A"-Eingangssignal mit dem PTC-Thermistor zusammenwirkt und das "B"-Eingangssignal mit dem ITTC-Thermistor zusammenwirkt, wobei diese Anordnung komplementär zu der Anordnung gemäß Pig. 1 ist.

™ Wie in der logischen Tabelle nech Pig 4 dargestellt, v/ird der Lastwiderstand R1 nur dann nicht mit Energie versorgt, wenn die Heizvorrichtung HA2 allein erregt wird. Wenn beide Heizvorrichtungen abgeschaltet sind, so ist eine leitende Strombahn über den PTC-Thermistor TP2 vorhanden. Wenn beide Heizvorrichtungen erregt sind, so existiert eine leitende Strombahn über den NTC-Thermistor TI;2. Wenn jedoch lediglich die Heizvorrichtung HA2 erregt ist, so sind beide Thermistoren, nämlich der PTC-Thermistor' TP2 und der NTC-Therrnistor TN2, im Zustand hohen Widerstands, und damit sind alle möglichen leitenden Strombahnen zum Lastwiderstand R1 blockiert. Wenn lediglich die Heizvorrichtung HB2 erregt ist, so ist eine

f leitende Strombahn durch den PTC-Thermistor TP2 vorhanden. Infolgedessen erfolgt die Energiezufuhr zum Lastwiderstand R1 nach dem logischen System der Pig. 4 gemäß einer H-Torschaltung.

Es ist einleuchtend, daß die Energiezufuhr entsprechend einer H-Torseha!

tung ist.

H-Torschaltung komplementär zu derjenigen einer H-Toschal-

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In dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 5 ist ein La.stvn.clerstand R2 parallel zu einer elektrothermischen torschaltung 15 angeschlossen. Mit anderen V/orten, die Torschaltung 15 ist im L^rebenschluß zu dem Lastwiderstand B.2. Ferner \vird ein im wesentlichen konstanter Strom der Parallelschaltung des Lastwiderstands und der Torschaltung durch ein Paar von Anschlußleitungen L3 und L4 zugeführt. Wenn daherdie Torschaltung 15 in nichtleitendem Zustand ist, so fließt der durch die Anschlußleitungen L3 und L4 zugeführte Strom durch den Lastwiderstand R2 und führt also diesem Energie z\i, während bei leitendem Zustand der Torschaltung der Strom im wesentlichen am Lastwiderstand R2 vorbeiführt, dieser also im wesentlichen abgeschaltet ist.

Die Torschaltung 15 ist im wesentlichen identisch mit der Torschaltung 11 der Pig. 1 und hat einen NTC-Thermistor TIf3 und einen PTG-Thermistor TP3, die in Reihe zur Bildung einer zwei Anschlüsse aufweisenden Strombahn geschaltet sind. Die einzelnen Thermistoren TN3 und TP3 wirken mit Heizvorrichtungen HA3 und HB3 zusammen, um ihnen thermische Eingangssignale zuzuführen. Der in den Anschlußleitungen L3 und L4 fließende Strom wird auf einer solch niedrigen Höhe gehalten, daß eine beträchtliche Selbsterwärmung der die Torschaltung 15 bildenden Thermistoren nicht entsteht.

¹Da infolge der parallelen Anordnung der Torschaltung und der Last der Lastwiderstand R2 mit Eneergie versorgtwird, wenn die Torschaltung .15 nichtleitend ist, und abgeschaltet ist, wenn die Torschaltung leitend ist, so ist das logische System der Energiezufuhr zur Last komplementär zu dem der Torschaltung im. Stromkreis gemäß Pig. 1, obgleich die inneren Verbindungen

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der Torschaltungen 11 und 15 im wesentlichen identisch sind. Damit ergibt die Torschaltung 15 eine logische Η-Torschaltung, gemäß Pig. 4.

In ähnlicher Vieise ist in Fig. 6 ein Stromkreis dargestellt, der eine Torschaltung 17 verwendet, die im wesentlichen identisch mit der Torschaltung 13 der Fig. 3 ist, die jedoch parallel zu ihrem Lastwiderstand R2 an einer Stromquelle liegt.
Die Torschaltung 17 weist einen PTC-Thermistor TP4 und einen liTC-Thermistor TN4 auf, die parallel zueinander liegen, wobei die einzelnen Thermistoren thermisch mit einer Heizvorrichtung HA4 bzw. HB4 gekoppelt sind.. Yfenn die Torschaltung unter den gldchen Bedingungen wie die Torschaltung 13 leitend wird, so folgt die Energiezufuhr zum Lastwiderstand R2 in-. folge der Parallelverbindung von Torschaltung und Last anstatt einer Reihenverbindung dem H-Torschaltungssystem gemäß Fig. 2.

Es sei noch darauf hingewiesen, daß in den einzelnen Ausführungsbeispielen die ständige Energiezufuhr zur Last vom kontinuierlichen Aufrechterhalten der Zustände abhängt, wie sie die betreffenden logischen Systeme erfordern. .

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Claims (1)

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   Patentansprüche

   Logische Einrichtung zum Einschalten und Ausschalten einer Last bei Eingang von Signalen, dadurch gekennzeichnet, daß ein erster Thermistor (TlH) mit einem negativen Temperaturkoeffizienten und ein zweiter Thermistor (TP1) mit einem positiven Teraperaturkoeffizienten zu einer zwei Anschlüsse aufweisenden Strombahn miteinander verbunden sind, die zusammen mit der Last (111) an eine Stromquelle anschließbar ist, und daß die Energiezufuhr zur Last (Ri) entsprechend der Zufuhr von Yiarme zu den Thermistoren (TN1, TP1) nach einem vorbestimmten logischen System gesteuert wird.

   Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Thermistor (TN1) eine Übergangstemperatür hat, ■oberhalb der sein Widerstand relativ plötzlich abnimmt.

   Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Thermistor (TP1) eine Übergangstemperatur hat, oberhalb der sein Widerstand relativ plötzlich ansteigt.

   Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, das je Thermistor (Τ1Ί1, TP1) eine Heizvorrichtung (HA1, HB1) vorgesehen ist, die thermisch mit dem jeweiligen Thermistor (Τ1Ί1, TP1) gekoppelt ist.

   Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Thermistoren (MJ 1., TPi) in Reihe geschaltet sind. (Pig. 1, 5)'

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   6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 - 4_f dadurch gekennzeichnet, daß die Thermistoren (TN2, TP2) parallel geschaltet sind. (Fig. 3, 6)

   7. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Last (R1) in Reihe mit der Strombahn der Thermistoren (TN 1, TP1) liegt. (Pig-. .1, 3)

   8. Einrichtung nach einem der Anoprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß die Last (R2) parallel zur Strombahn der Thermistoren (TH3, TP3) liegt. (Fig. 5, 6)

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