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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Betriebsgerät für Leuchtmittel, wie beispielsweise ein elektronisches Vorschaltgerät (EVG) für Gasentladungslampen, wobei das Betriebsgerät eine Regel- und/oder Steuereinheit aufweist, der analoge, im Gerät selbst abgegriffene Betriebsparametersignale wie beispielsweise Lampenstrom und/oder Lampenspannung sowie extern zugeführte Steuersignale zuführbar sind, wobei die Signale durch einen Analog/Digital-Wandler zur Weiterverarbeitung aufbereitet (umgesetzt) werden.
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Die Erfindung bezieht sich weiterhin auf eine Regel- und/oder Steuereinheit zur Verwendung in einem derartigen Betriebsgerät, auf ein Verfahren zum Betreiben eines derartigen Betriebsgeräts für Leuchtmittel sowie auf ein Computersoftware-Programmprodukt zur Implementierung derartiger Verfahren.
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Insbesondere im Bereich elektronischer Vorschaltgeräte (EVGs) für Gasentladungslampen (Niederdruck- und Hochdrucklampen), aber auch im Bereich anderer Betriebsgeräte für Leuchtmittel (Leuchtdioden, Halogenlampen etc.) wird eine fortschreitende Digitalisierung und entsprechend zur Verringerung des analogen Anteils der Bauelemente in einem derartigen Betriebsgerät angestrebt. Der Grund dafür sind die Vorteile digitaler Schaltungen bezüglich einer robusteren und definierten Steuerung sowie einer einfachen Umsetzung vom Entwurf hin zur Implementierung. Weiterhin können derartige Digitalschaltungen durch Software-Simulationen nahezu mit 100% Zuverlässigkeit vorab getestet werden. Erst wenn ein solcher Softwaretest erfolgreich ist, wird dann die Schaltung mit einem entsprechenden Kostenaufwand beispielsweise in einem ASIC implementiert. Einmal aufgefundene schaltungstechnische Lösungen auf diesem Bereich können auch leicht auf nächstfolgende Chipgenerationen übertragen werden.
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Ein großer Bestandteil an analogen Bauteilen besteht zur Zeit noch im Bereich von elektronischen Vorschaltgeräten im Bereich der Analog/Digital-Wandler (ADC), denen ja jeweils eine analoge Referenzspannung zugeführt werden muß.
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Aus der
EP 1 155 598 A1 ist bereits ein Vorschaltgerät mit einem digitalen Lampensignalprozessor zur Betriebssteuerung und Fehlererkennung des Vorschaltgeräts bekannt. Dabei wird in
2 vorgeschlagen, daß ein und derselbe Analog/Digital-Wandler (Bezugszeichen 23 in
2) wahlweise ein den Lampenstrom bzw. die Lampenspannung wiedergebendes Analogsignal umsetzen und dem digitalen Signalprozessor zuführen kann.
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Die
WO 2004/030218 A1 schlägt vor, daß eine digitale Steuereinheit zwei Regelungspfade aufweist, die jeweils einen A/D-Wandler aufweisen. Dabei weist eine der beiden Wandler eine wesentlich höhere Abtastgeschwindigkeit und eine geringere Auflösung auf als der andere. Somit ist der eine für eine schnelle Reaktion geeignet, während der andere für sich langsam verändernde Signale geeignet ist. Diese beiden A/D-Wandler können somit einen kostspieligen und energieverzehrenden Hochgeschwindigkeit-/hochauflösenden A/D-Wandler ersetzen.
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Die Druckschrift
US 5349351 A offenbart eine Analog-Digital-Umwandlungsvorrichtung, welche so ausgelegt ist, dass, wenn eine Operation zum Konvertieren eines speziellen Analogsignals in ein Digitalsignal und eine Operation zum Konvertieren eines anderen Analogsignals in ein Digitalsignal gleichzeitig angewiesen werden, der Konvertierungsoperation des speziellen Analogsignals eine Priorität gegeben wird. Die Analog-Digital-Umwandlungsvorrichtung enthält einen Analogmultiplexer mit einem Hauptkanal und einem Unterkanal, einen Abtasthalter, einen AD-Wandler, ein Umwandlungsergebnisregister mit einer Vielzahl von Speicherbereichen und eine AD-Steuerschaltung zum Steuern der Ansteuerung der einzelnen Komponenten gemäß einer Anweisung einer CPU. Wenn die analogen Signale, die in die Kanäle eingegeben werden, nacheinander in digitale Signale umgewandelt werden, wird der AD-Umwandlung des analogen Signaleingangs in den Hauptkanal der AD-Umwandlung des analogen Signaleingangs in den Unterkanal Priorität eingeräumt.
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Die Druckschrift
DE 10164242 A1 offenbart ein elektronisches Vorschaltgerät für mindestens eine Gasentladungslampe (LA), vorzugsweise für eine Leuchtstoffröhre, welches eine an eine Versorgungsspannungsquelle anschließbare Gleichrichterschaltung, eine an den Ausgang der Gleichrichterschaltung angeschlossene Glättungsschaltung zum Erzeugen einer Zwischenkreisspannung (U
↓Z
↓) und einen mit der Zwischenkreisspannung (U
↓Z
↓) gespeisten Wechselrichter, an dessen Ausgang ein Anschlüsse für die Lampe (LA) enthaltender Lastkreis angeschlossen ist, enthält. Ferner ist eine Steuer- oder Regelschaltung vorgesehen, welche einen der Leistung der Lampe (LA) entsprechenden Betriebsparameter des Wechselrichters oder des Lastkreises erfasst und in Abhängigkeit von dem erfassten Betriebsparameter die Betriebsfrequenz (f
↓run
↓) des Wechselrichters verändert, wobei die Variation der Betriebsfrequenz (f
↓ run
↓) nach unten durch eine Stopfrequenz (f
↓ stop
↓) begrenzt ist.
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen A/D-Wandler zur Verwendung in einem Betriebsgerät für Leuchtmittel noch effektiver einzusetzen.
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Diese Aufgabenstellung wird erfindungsgemäß durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Die abhängigen Ansprüche bilden den zentralen Gedanken der Erfindung in besonders vorteilhafter Weise weiter.
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Die Erfindung setzt dabei an der Stelle an, daß durch eine besonders effektive Ausnutzung eines A/D-Wandlers die Anzahl der Analogbauteile sowie der notwendigen analogen Referenzspannungen verwendet werden kann. Die Erfindung zielt dabei insbesondere auf eine Verringerung der notwendigen Anzahl derjenigen A/D-Wandler, die für die Auswertung von intern abgegriffenen Betriebsparametern und/oder extern zugeführten analogen Steuersignalen wie bspw. Dimmwerten notwendig sind. Außerhalb dieses Bereichs kann auch ein erfindungsgemäßes Gerät selbstverständlich weitere Komparatoren „1 Bit-A/D-Wandler“) oder A/D-Wandler aufweisen.
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Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Betriebsgerät für Leuchtmittel, insbesondere ein elektronisches Vorschaltgerät für Gasentladungslampen vorgeschlagen. Das Betriebsgerät weist dabei eine Regel- und/oder Steuereinheit auf, der Betriebsparametersignale (einschliesslich zugeführter analoger Steuersignale) zuführbar sind, die durch einen Analog/Digital-Wandler umgesetzt werden. Dabei ist (im Betrieb) wenigstens eine Eigenschaft des Analog/Digital-Wandlers zur Anpassung an die Betriebsparametersignale, die gerade umgesetzt werden sollen, einstellbar. Eine Einstellung des Analog/DigitalWandlers hängt von einem aktuellen Betriebszustand des Betriebsgeräts und/oder der Leuchtmittel ab.
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Dem Analog/Digital-Wandler können eingangsseitig wenigstens zwei unterschiedliche analoge Betriebsparametersignale im Zeitmultiplex-Verfahren zugeführt werde. Der Analog/DigitalWandler kann dabei zur Anpassung auf diese analogen Betriebsparametersignale einstellbar sein.
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Insbesondere kann der Analog/Digital-Wandler hinsichtlich Abtastgeschwindigkeit („Sampling Rate“) und/oder Auflösung einstellbar sein.
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Insbesondere können vorab definierte unterschiedliche Kombinationen an Abtastgeschwindigkeit/Auflösung des Analog/Digital-Wandlers (ADC) auswählbar sein.
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Die Einstellung des Analog/Digital-Wandlers kann durch die Regel- und/oder Steuereinheit erfolgen, die gegebenenfalls auch die Ansteuerung des eingangsseitigen Zeitmultiplex-Betriebs des Analog/Digital-Wandlers übernehmen kann.
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Insbesondere kann ein einziger Analog/Digital-Wandler für die Verarbeitung sämtlicher Betriebsparametersignale und/oder extern zugeführten Steuersignalen des Betriebsgerät vorgesehen sein.
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Die Regel- und/oder Steuereinheit kann funktionell mit einem Speicher verbunden sein, in dem Steuerdaten abgelegt sind.
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Das Betriebsgerät kann eine Schnittstelle zur drahtlosen und/oder drahtgebundenen Programmierung aufweisen.
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Im übrigen ist der Aspekt, daß ein einziger Analog/Digital-Wandler für die Verarbeitung sämtlicher Betriebsparametersignale des Beriebsgeräts zuständig ist, unabhängig von der Einstellbarkeit des Analog/DigitalWandlers zu betrachten.
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Weitere Merkmale, Vorteile und Eigenschaften der vorliegenden Erfindung sollen nunmehr bezugnehmend auf die einzige Figur der beigefügten Zeichnungen näher erläutert werden.
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Die Figur zeigt dabei einen schematischen Aufbau eines erfindungsgemäßen Betriebsgeräts für eine Leuchtmittellast.
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Wie in der Figur dargestellt kann das erfindungsgemäße Betriebsmittel für Leuchtmittel ein elektronisches Vorschaltgerät (EVG) mit einem eingangsseitigen HF-Filter und Gleichrichter 1 sein. In an sich bekannter Weise kann die gefilterte, gleichgerichtete eingangsseitige Spannung dann durch einen Hochsetzsteller aufweisend einen steuerbaren Schalter 2 sowie eine Diode 3 auf eine DC-Busspannung 4 umgesetzt werden. Das Ein-/Ausschaltverhalten des steuerbaren Schalters 2, der beispielsweise ein MOSFET sein kann, wird durch ein Steuersignal 23 von einer Regel-/Steuereinheit 12 angesteuert, die weiter unten im Detail erläutert werden wird.
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Zur Glättung der Busspannung 4 ist üblicherweise ein Speicherkondensator 11 vorgesehen. Die an diesem Speicherkondensator 11 anliegende geglättete Busspannung wird von einem Wechselrichter mit zwei ansteuerbaren Schaltern 5, 6 auf eine hochfrequente Wechselspannung umgesetzt. Die hochfrequente Wechselspannung wird dabei am Mittelpunkt 7 zwischen den beiden Schaltern 5, 6 abgegriffen, die wie gesagt abwechselnd getaktet werden und dazu von der Regel-/Steuereineheit 12 mit Ansteuersignalen 24 bzw. 25 versorgt werden.
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Die beiden Schalter 5, 6 bilden also eine Halbbrückenschaltung. Die an dem Mittenabgriff des Wechselrichters 5, 6 entstehende hochfrequente Wechselspannung wird dann einem Lastkreis aufweisend eine Serienschaltung aus einem Induktivität 8 und einem Kondensator 9 zugeführt, wobei dieser Serienresonanzschaltung das Leuchtmittel wie beispielsweise die Gasentladungslampe 10 parallel geschaltet ist.
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Wie aus dem Stand der Technik an sich üblich können beim derartigen Vorschaltgerät analoge Betriebsparametersignale (einschliesslich eingehender analoger Steuersignale) an einer Vielzahl an Punkten abgegriffen werden. Diese Punkte sind in der Figur mit A bis H gekennzeichnet. Diese Punkte stellen nichtbeschränkende Beispiele dar. Weiterhin müssen in einer erfindungsgemässen Schaltung natürlich auch nicht alle potentiell möglichen Betriebsparametersignale und/oder extern zugeführten Steuersignale vorliegen.
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Mit A ist dabei die Stromaufnahme bei eingeschaltetem Schalter 2 des Hochsetzstellers gekennzeichnet.
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Mit B ist die Busspannung (Zwischenkreisspannung) bezeichnet.
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Mit C ist die gleichgerichtete und gefilterte eingangsseitige Netzspannung bezeichnet.
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Mit D ist der Strom durch den Wechselrichter bezeichnet.
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Mit E ist die Mittelpunktspannung an den Wechselrichter bezeichnet.
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Mit F ist der Strom durch die Leuchtmittel (Gasentladungslampe) gekennzeichnet.
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Mit G ist die Spannung an dem Leuchtmittel (Lampenspannung) bezeichnet.
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Mit H ist als ein Beispiel für ein extern zugeführtes Steuersignal das Signal an dem Schnittstelleneingang 22 bezeichnet.
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Wie gesagt, sämtliche dieser analogen Betriebsparametersignale (und gegebenenfalls noch weitere) und eingehenden analogen Steuersignale werden bereits bei bekannten elektronischen Vorschaltgeräten einer Regel- und/oder Steuereinheit 12 zugeführt.
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Dies ist auch bei der vorliegenden Erfindung der Fall, d.h. es werden wenigstens zwei unterschiedliche der oben angeführten Betriebsparametersignale eingangsseitig 26 der Regel- und/oder Steuereinheit 12 zugeführt. In der Regel- und/oder Steuereinheit 12 ist ein Zeitmultiplexbaustein vorgesehen, der abhängig von einem Steuersignal 14 der zentralen Steuereinheit 15 dasjenige analoge Betriebsparametersignal S1 ... SN auswählt, das einem Analog/Digital-Wandler 17 zugeführt werden soll. Der Analog/Digital-Wandler 17 setzt das gerade von dem Zeitmultiplexbaustein 13 angewählte analoge Betriebsparametersignal in ein digitales Signal 19 um und führt dieses der zentralen Steuereinheit 15 zu. Diese zentrale Steuereinheit 15 kann dann abhängig von der digitalisierten Erfassung der Betriebsparametersignale die entsprechenden Steuersignale 23, 24 und 25 ausgeben.
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Wie aus der Figur schematisch ersichtlich weist die erfindungsgemäße Schaltung zur Umsetzung der Betriebsparametersignale des elektronischen Vorschaltgeräts nur noch einen einzigen Analog/DigitalWandler 17 auf, so daß dementsprechend auch nur eine einzige analoge Referenzspannung 18 für diesen Analog/Digital-Wandler 17 vorgesehen sein muß.
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Die zentrale Steuereinheit 15 kann darüber hinaus noch dazu vorgesehen sein, mittels eines Ansteuersignals 16 wenigstens eine Eigenschaft des Analog/Digital-Wandlers 17 einzustellen („Performance Scaling“). Es liegt also ein adaptiver Analog/Digital-Wandler vor. Die einzustellende Eigenschaft kann beispielsweise die Abtastgeschwindigkeit und/oder die Auflösung des Analog/Digital-Wandlers 17 sein.
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Weiterhin kann vorgesehen sein, dass mittels des Ansteuersignals 16 der Messablauf des Analog/DigitalWandlers 17 veränderbar ist. Bspw. kann der Messablauf dahingehend einstellbar sein, dass innerhalb einer laufenden Messung eine andere, kurzzeitige Messung durchgeführt wird, um danach wieder die erstgenannte Messung wieder fortzuführen und abzuschliessen. Bspw. kann eine konstante DC-Spannung mit hoher Genauigkeit und niedriger Geschwindigkeit gemessen werden, wobei in dieseMessung, d.h. die A/D-Umwandlung und die Filterung, eine andere, schnelle Messung eingeschoben werden kann. Gleichzeitig mit der Veränderung des Messablaufs können natürlich auch andere Eigenschaften des Analog/DigitalWandlers 17 eingestellt werden, insbesondere die Abtastgeschwindigkeit und/oder die Auflösung.
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Diese Einstellung der Eigenschaften des A/D-Wandlers 17 durch das Steuersignal 16 von der zentralen Steuereinheit 15 kann insbesondere von der Art des gerade ebenfalls durch die zentrale Steuereinheit 15 über den Zeitmultiplexbaustein 13 ausgewählten analogen Betriebsparametersignals ausgewählt werden. Handelt es sich bei diesem anliegenden Betriebsparametersignal um ein sich verhältnismäßig langsam veränderndes Signal, wie beispielsweise die Zwischenkreisspannung (Busspannung) 4, so kann die Steuereinheit 15 zur Energieeinsparung den A/D-Wandler 17 auf eine niedrigere Abtastgeschwindigkeit einstellen.
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Anders sieht es natürlich aus, wenn gerade beispielsweise der Strom A durch den Schalter 2 des Hochsetzschalters erfaßt wird, der sich sehr schnell verändern kann, so daß dementsprechend die Steuereinheit 15 bei der Auswahl dieses Betriebsparametersignals den Analog/Digital-Wandler 17 auf eine hohe Abtastrate (Abtastgeschwindigkeit) einstellen wird.
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Das Ansteuerverhalten der zentralen Steuereinheit 15 kann dabei durch Daten in einem Speicher 21 vorgegeben sein.
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Insbesondere können vorab definierte Kombinationen an Abtastgeschwindigkeit/Auflösung oder Wertekombinationen anderer Eigenschaften des Analog/Digital-Wandlers 17 vorgesehen werden, so daß die zentrale Steuereinheit 15 abhängig von der Art des gerade anliegenden und ausgewählten Betriebsparametersignals die geeignete Kombination an Abtastgeschwindigkeit/Auflösung des A/D-Wandlers 17 auswählen kann.
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Im übrigen kann die Einstellung der Eigenschaften des Analog/Digital-Wandlers 17 auch abhängig vom aktuellen Betriebszustand des Betriebsgeräts und/oder der Leuchtmittel erfolgen. Bei der Anwendung der vorliegenden Erfindung auf Elektronische Vorschaltgeräte (EVGs) für Gasentladungslampen können die Eigenschaften bspw. für die unterschiedlichen Zustände
- - Zünden,
- - Vorheizen
- - Lampenbetrieb, und
- - verschieden Dimmlevel
gewählt werden. Das Ansteuersignal 16 für den Analog/Digital-Wandler 17 kann in diesem Fall ein Signal sein, das den aktuellen Betriebszustand wiedergibt bzw. einen zukünftigen Betriebszustand, auf den der Analog/Digital-Wandler 17 vorab bereits eingestellt werden soll.
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Erfindungsgemäß kann insbesondere auch vorgesehen sein, daß die Steuer-/Regeleinheit 12 eine Programmierschnittstelle 22 aufweist, mittels der der Inhalt des Speichers 21 drahtlos und/oder drahtgebunden beschreibbar ist. Dazu ist eine Schnittstellen-Steuerschaltung 27 vorgesehen.
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Im übrigen kann die Schnittstelle 22 auch als digitaler oder analoger Signaleingang ausgebildet sein, über den bspw. Dimmingsignale oder andere Steuerbefehle („Zünden“ etc.) übermittelbar sind. Falls an dieser Stelle eine analoges Signal anliegen sollte, kann es im übrigen auch dem Analog/Digital-Wandler 17 eingangsseitig zugeführt werden. Insofern stellt auch dieses analoge bspw. von einem Bus her übermittelte Signal ein Betriebsparametersignal im Sinne der vorliegenden Erfindung dar.
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Somit können unter Umständen auch noch nach Abschluß der Hardwarefertigung durch unterschiedliche Programmierung des Speichers 21 verschiedene Verhaltensweisen der Steuer-/Regeleinheit 12 ausgewählt werden.
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Der gesamte mit Bezugszeichen 12 bezeichnete Block der Regel-/Steuereinheit kann im übrigen als „Embedded System“ als ASIC oder als IC ausgeführt sein.
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Dadurch daß nur ein einziger Analog/Digital-Wandler die Verarbeitung sämtlicher im Betriebsgerät beim eigentlichen Betrieb der zugeordneten Leuchtmittel anfallenden analogen Betriebsparametersignale vorgesehen ist, ist dementsprechend auch nur ein Analogteil und ein Taktgenerator („System Clock“) 20 notwendig.
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Erfindungsgemäss kann somit der Analoganteil eines Betriebsgeräts, insbesondere die Anzahl der Referenzspannungen verringert werden. Der adaptive Analog/Digital-Wandler gemäss der vorliegenden Erfindung kann ggf. der einzige zum Betrieb der Leuchtmittel vorgesehen Analog-Baustein der Schaltung sein. Neben diesem Analog/Digital-Wandler könne natürlich noch weitere bspw. für die Funktionen „Power On“ oder „Reset“ vorgesehen sein, die aber für den eigentlichen Betrieb der Leuchtmittel kein Rolle spielen.
