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Die
Erfindung bezieht sich ganz allgemein auf das Gebiet der Betriebsgeräte
für Leuchtmittel. Typische Beispiele sind dabei elektronische
Vorschaltgeräte für Gasentladungslampen, Hochdrucklampen
oder LEDs.
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Derartige
Betriebsgeräte weisen in zunehmendem Maße integrierte
Steuerschaltungen auf, die also den Betrieb der angeschlossenen
Leuchtmittel steuern. Derartige integrierte Steuerschaltungen können
beispielsweise hardware-gesteuerte ASICs sein.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft insbesondere derartige integrierte
Steuerschaltungen, die in einem Plattform-Ansatz in unterschiedlichen
Betriebsgeräten Verwendungen finden sollen. Dazu müssen üblicherweise
diese integrierten Steuerschaltungen auf die aktuellen Verhältnisse
in dem Betriebsgerät konfiguriert werden.
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Im
folgenden soll erläutert werden, dass beispielsweise unterschiedliche
Heizkreistopologien eine Konfigurierung einer integrierten Steuerschaltungsplattform
erfordern. Es sei aber bereits hier angemerkt, dass die unterschiedlichen
Heizkreistopologien nur als Beispiel dienen sollen und die externen integrierten
Steuerschaltungen gemäß der Erfindung zusätzlich
oder alternativ auch in anderer Hinsicht konfigurierbar sein können.
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In 7 ist
eine Schaltung eines Betriebsgeräts für Gasentladungslampen
gezeigt, die eine abschaltbare Heizschaltung für die Elektroden
der Lampe aufweist.
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Die
Bauteile Wechselrichter-Steuerschaltung 1, Schaltersteuerung 2 und
Heizstromdetektor 4 können in eine integrierte
Steuerschaltung integriert sein. Das Wechselrichter-Steuerschaltungsmodul 1 steuert
beispielsweise die Schalter S1, S2 einer Halbbrückenschaltung
an, die eine anliegende DC-Busspannung in eine hochfrequente Wechselspannung
umsetzt. An dem Mittenpunkt der Schalter S1, S2 ist ein Lastkreis
mitvorgesehen, der einen Resonanzkreis L1, C3 sowie einen Koppelkondensator C2
aufweist, an dem die Lampe LA angeschlossen ist.
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Gleichzeitig
ist an dem Mittenpunkt der Schalter S1, S2 auch ein Heizkreis angeschlossen, der
einen Übertrager T mit dem primärseitigen Wicklungen
T1, T3 und den sekundärseitigen Wicklungen T2, T4 aufweist.
Die sekundärseitigen Wicklungen T2, T4 sind jeweils mit
Elektroden K3, K4 bzw. K1, K2 der Lampe LA verbunden, wobei diese
Elektroden also geheizt werden sollen.
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Im
Heizbetrieb wird also der Übertrager T mit der Frequenz
der Halbbrückenschaltung S1, S2 betrieben.
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Mittels
des Schalters S2, der in Serie zu der Primärseite des Übertragers
T geschaltet ist, kann angesteuert durch das Schaltersteuermodul 2 der Heizkreis
selektiv ein- und ausgeschaltet werden.
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In 2 sind
die wesentlichen Elemente dieser Schaltung, insbesondere was den
Heizbetrieb betrifft, der Schaltung von 7 nochmals
herausgestellt. Die Steuerschaltung 5, die also beispielsweise die
Halbbrückenschaltung S1, S2 sowie den Heizkreisschalter
S3 ansteuert, ist in dem in 2 dargestellten
Beispiel als ASIC ausgeführt und kann bekanntlich auch
weitere Ansteuerfunktionen im Bereich der Zwischenkreisspannung
(P4 etc.) aufweisen. Darüber hinaus können der
Steuerschaltung 5 Parameter aus dem Bereich der Eingangsspannung des
Betriebsgeräts (beispielsweise Erfassung der Lampenspannung),
aus dem Bereich der Zwischenkreisspannung (Parameter einer PFC-Schaltung etc.)
sowie aus dem Lastkreis (Lampenparameter, Halbbrückenparameter)
zugeführt werden. Die Steuerschaltung 5, die insofern
auch bei der Erfindung Verwendung finden kann, kann ganz allgemein
Ansteuersignale für den Bereich der Zwischenkreisspannung
(Schalter eines PFC etc.), der Halbbrücke, der Heizung
und/oder des Ausgangskreises mit den Leuchtmitteln ausgeben.
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In 1 ist
eine von der Topologie von 2 abweichende
Heizkreistopologie dargestellt. Bei der Topologie gemäß 1 ist
wiederum die Heizschaltung an dem Mittenpunkt der Halbbrückenschaltung S1,
S2 versorgt. Der Vorheizstrom IL(t) wird
in diesem Fall über den Resonanzkondensator C3 geführt.
Die Heizkreisschaltungstopologie von 1 benötigt also
keinen dem Schalter S3 von 2 vergleichbaren
Schalter. Dafür ist diese Heizkreisschaltung natürlich
im Brennbetrieb auch nicht abschaltbar, so dass sie gewisse Verluste
der Leuchtmittel mit sich bringt. Um diese Verluste gering zu halten,
wird die Heizleistung entsprechend bei der Topologie von 1 in
Vergleich zu der Topologie von 2 eher kleiner
dimensioniert, was wiederum bedeutet, dass üblicherweise
die Vorheizzeit bei einer Topologie von 1 größer
ist als bei einer Topologie gemäß der 2.
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Es
besteht nunmehr ein Bedürfnis, eine integrierte Steuerschaltung
vorzuschlagen, die auf unterschiedliche Betriebsgerätstopologien
konfigurierbar ist, beispielsweise auf die unterschiedlichen Heizkreistopologien
wie in 1 bzw. 2 dargestellt.
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Diese
Aufgabe 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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Zentraler
Gedanke der Erfindung ist dabei, dass ein Steuerausgang der integrierten
Schaltung auch als Konfigurierungseingang durch entsprechende äussere
Beschaltung dienen kann, was die Anzahl der bspw. an einem ASIC-Gehäuse
benötigten Pins verringert.
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Gemäß einem
ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine extern konfigurierbare
integrierte Steuerschaltung für ein Betriebsgerät
für Leuchtmittel vorgeschlagen. Diese Steuerschaltung weist
einen Konfigurierungseingang auf, an dem die Steuerschaltung durch
wahlweises Anschließen von Konfigurierungselementen, d.
h. einer wahlweisen äusseren Beschaltung dieses Pins, in
wenigstens zwei unterschiedliche Konfigurierungszustände
versetzbar ist. „Wahlweises Anschließen von Konfigurierungselementen"
ist dabei dahingehend zu verstehen, dass Konfigurierungselemente
einer externen Beschaltung mit unterschiedlichen elektrischen Parametern
(beispielsweise ohmsche Widerstände mit unterschiedlichen
Widerstandswerten) und/oder Konfigurierungselemente unterschiedlicher
Art (kapazitiv im Vergleich zu ohmsch) und/oder kein Konfigurierungselement
angeschlossen werden können.
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Die
Konfigurierungszustände haben Auswirkung auf wenigstens
einen Betriebsparameter der Steuerschaltung, wobei also der den
Betrieb der Steuerschaltung gewählte Wert des Betriebsparameters
dann vom Konfigurierungszustand abhängt. Dabei ist die
Steuerschaltung extern in wenigstens einen Konfigurierungszustand
versetzbar, in dem sie an dem Konfigurierungseingang Steuersignale
ausgibt, wie bspw. Taktsignale für einen Schalter des Betriebsgeräts,
was nur ein Beispiel dafür ist, einen Konfigurierungspin
auch als Steuersignal-Ausgangspin doppelt zu belegen.
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Die
Schaltersignale können dabei derart ausgeführt
sein, dass durch sie einen angeschlossener Schalter ohne externen
Treiber ansteuerbar ist (der in 2 beim Stand
der Technik extern gezeichnete MOSFET-Treiber ist dann beispielsweise
nicht mehr nötig). Vorzugsweise sind die Schaltersignale an
dem Konfigurierungseingang zeitlich gesehen nach dem Erfassen des
Konfigurierungszustands ausgebbar.
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Ein
Beispiel für unterschiedliche Konfigurierungszustände
sind die Vorgabe der Topologie einer in dem Betriebsgerät
vorgesehenen Heizschaltung für Wendeln der von dem Betriebsgerät
angesteuerten Leuchtmittel (Gasentladungslampen, Hochdrucklampen).
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In
diesem Fall kann das Schaltersignal beispielsweise zum Betrieb eines
Schalters ausgelegt sein, mittels dem die Heizschaltung selektiv
aktivierbar ist (vgl. 2).
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Die
Steuerschaltung kann dazu ausgelegt sein, die Steuersignale an dem
Konfigurierungseingang auszugeben, wenn an diesen zuvor ein Schalter,
insbesondere eine abschaltbare Heizschaltung angeschlossen wurde,
wobei die Steuerschaltung dazu ausgelegt ist, keine Steuersignale
an dem Konfigurierungseingang auszugeben, wenn an diesem eine andere
externe Beschaltung wie bspw. ein ohmscher Widerstand angeschlossen
ist.
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Um
dieses Beispiel zu illustrieren kann dies bedeuten, dass bei einer
Verschaltung der Steuerschaltung mit einer Heizschaltung gemäß 2 die Steuerschaltung
den Anschluß des Schalters S3 (ohne externe MOSFET-Treiber)
erkennt und diese Konfigurierung dahingehend umsetzt, dass sie vorzugsweise
zeitig folgend dann in ihrem Betrieb Schaltersignale zur Ansteuerung
dieses Schalters S3 ausgibt. Wenn dagegen extern eine Schaltungstopologie
von 1 vorliegt, kann eine externe aktive (d. h. mit
Anschluss an eine Spannungsquelle) externe oder passive Beschaltung,
beispielsweise ein ohmscher Konfigurierungswiderstand an diesem
Konfigurierungseingang angeschlossen werden, was also die Steuerschaltung
in einen Betriebsmodus für die Heizkreisschaltung von 1 versetzt,
was bedeutet, dass die Steuerschaltung in der Folge natürlich
keine Schaltersignale ausgeben wird.
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Der
Betriebsparameter kann beispielsweise die Vorheizzeit der Heizschaltung
sein, so dass also bei Erkennen des Anschluß eines Schalters
vergleichbar des Schalters S3 in 2 die Vorheizzeitdauer,
d. h. also beispielsweise der Betrieb der Halbbrücke S1,
S2 im Heizbetrieb verkürzt ist im Vergleich des Konfigurierungszustands
(beispielsweise Anschluß ohmscher Widerstand am Konfigurierungseingang)
der Heizkreistopologie gemäß 1.
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Die
Steuerschaltung kann dem Konfigurierungszustand durch Anlegen einer
internen Strom- oder Spannungsquelle an dem Konfigurierungseingang
erfassen, wenn sie das sich beim Anlegen dieser Strom- oder Spannungsquelle
ergebende Potential am Konfigurierungseingang auswertet. Dabei kann
sie beispielsweise den zeitlichen Potentialverlauf erfassen.
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auch auf eine extern konfigurierbare
integrierte Steuerschaltung, die als ASIC implementiert ist.
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Die
Erfindung bezieht sich auch auf Betriebsgeräte für
Leuchtmittel, insbesondere elektronische Vorschaltgeräte
für Gasentladungslampen, Hochdrucklampen oder LEDs, die
eine derartige Steuerschaltung aufweisen.
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Schließlich
bezieht sich die Erfindung auch auf Verfahren zum externen Konfigurieren
einer integrierten Steuerschaltung für ein Betriebsgerät
für Leuchtmittel, bei dem die Steuerschaltung zum Erfassen
einer Konfigurierung eine interne Strom- oder Spannungsquelle an
einen Konfigurierungseingang anlegt und das sich an dem Konfigurierungseingang einstellende
Potential als Konfigurierungswert verwertet.
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Weitere
Merkmale, Vorteile und Eigenschaften der vorliegenden Erfindung
werden nunmehr Bezug nehmend auf die Figuren der begleitenden Zeichnungen
näher erläutert.
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1 zeigt
eine integrierte Steuerschaltung mit einer ersten Heizschaltungstopologie,
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2 zeigt
eine integrierte Steuerschaltung mit einer zweiten Heizschaltungstopologie,
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3 zeigt
eine schematische Ansicht von Ausschnitten der integrierten digitalen
Steuerschaltung zusammen mit möglichen Beschaltungen eines Konfigurierungseingangs,
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4 zeigt
eine schematische Ansicht einer internen Verschaltung der integrierten
digitalen Steuerschaltung zur Erfassung eines Potentialverlaufs
an einem Konfigurierungsanschluß (Pin),
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5 zeigt
Signalverläufe bzgl. des Potentials an dem Konfigurierungspin
beim Einschalten interner Spannungs- oder Stromquellen, abhängig
von der externen Beschaltung des Konfigurierungspins,
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6 zeigt
den Potentialverlauf beim Zuschalten einer internen Spannungs- oder
Stromquelle für eine von 5 abweichende
Beschaltung des Konfigurierungspins, und
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7 zeigt
eine aus der
EP 707438
B1 bekannte Schaltung.
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Die
vorliegende Erfindung schlägt digital integrierte Steuerschaltungen,
insbesondere ASICS vor, die einerseits eine geringe Pin-Anzahl aufweisen,
um billigere und kleinere Gehäuse zu ermöglichen.
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Andererseits
soll ein derartiger ASIC plattformartig verwendbar sein, d. h. derselbe
ASIC soll in unterschiedlichen Anwendungsszenarien einsetzbar sein,
indem er auf das aktuelle Anwendungsszenario (d. h. die konkrete
Ausgestaltung des Betriebsgeräts, in dem er Anwendung findet)
konfigurierbar ist.
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Diese
Konfigurierung soll im weiteren Verlauf an einem Beispiel geschildert
werden, in dem der ASIC 5 an unterschiedliche Heiztopologien
angepasst wird, nämlich die Heiztopologien gemäß 1 oder
die Heiztopologien gemäß 2.
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Grundsätzlich
ist es, siehe 3, Gedanke der vorliegenden
Erfindung, dass ein Pin 6 des ASICs 5 sowohl als
Konfigurierungspin wie auch als Pin zur Ausgabe eines Steuersignals
beispielsweise für einen Schalter (bspw. Transistor) dienen
kann.
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In
dem dargestellten Beispiel kann an dem Konfigurierungspin 6 extern
entweder ein Konfigurierungswiderstand 7 oder aber der
Steuereingang des Schalters S3 angeschlossen sein.
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Wenn
das Anschließen des Konfigurierungswiderstands 7 an
dem Konfigurierungspin 6 durch das ASIC 5 erfasst
wird, wird es also Betriebsparameter, wie beispielsweise Heizparameter
(Vorheizzeitdauer etc.), entsprechend auf diese erfasste Konfiguration
hin angepasst einstellen.
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Umgekehrt,
wenn die Beschaltung des Konfigurierungspin 6 mit dem Steuereingang
des Schalters S3 erfasst wird, werden als Folge der Erfassung dieser
Konfigurierung in der Folge Taktsignale zur Ansteuerung des Schalters
S3 ausgegeben. Wie in 3 schematisch dargestellt, können
dabei die an dem Konfigurierungspin 6 später ausgegebenen Taktsignale
derart sein, dass sie ohne Zwischenschaltung eines Treibers ein
Ein- und Ausschalten des Transistors S3 ermöglichen.
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Die
Konfigurierungs-Erfassungphase ist vorzugsweise von der Signal-Ausgabephase
desselben Pins zeitlich getrennt.
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Der
ASIC 5 ist intern dazu ausgestaltet, die äußere
Beschaltung des Konfigurierungspins 6 zu erkennen.
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Dazu
wird durch eine Schaltersteuerung 8 ein Schalter 9 eingeschaltet,
der eine Strom- oder Spannungsquelle mit dem Konfigurierungspin 6 intern
verbindet.
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Weiterhin
ist eine interne Erfassungseinheit 10 vorgesehen, die das
Potential an dem Konfigurierungspin 6 erfasst, das sich
als kausale Folge des Zuschaltens der Spannungs- oder Stromquelle
einstellt. Insbesondere kann der zeitliche Verlauf des sich an dem
Konfigurierungspin 6 ergebenden Pontentials erfasst werden.
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Die
Auswerteeinheit 10 gibt ein Ausgangssignal an eine Konfigurierungs-Setzeinheit 11 aus,
die beispielsweise auch die Schaltsteuerung 8 ansteuert.
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Wie
indessen in 3 auch schematisch dargestellt,
kann die erfasste Konfigurierung durch die Konfigurierungs-Setzeinheit 11 in
einem volatilen Speicher 12 abgelegt werden. Dieser volatil
abgespeicherte Konfigurierungswert in dem Speicher 12 kann
dann zur Einstellung von unterschiedlichen Betriebsparametern der
Steuerschaltung 5 dienen. Beispielsweise können
Ausgangssignale der Steuereinheit in Richtung Zwischenkreisspannung (PFC-Schalter
etc.), Halbbrücke oder Lastkreis von diesem Konfigurierungswert
in dem Speicher 12 abhängen.
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Es
kann somit erfindungsgemäß die Zahl der Pins an
dem ASIC 5 verringert werden, da der Konfigurierungspin 6 auch
in einer Doppelfunktion die Funktion als Steuerausgang einnimmt.
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In 4 ist
eine interne FET-Treiberschaltung des ASICs 5 gezeigt.
Intern ist in dem ASIC 5 der FET-Treiber als Halbbrücke
mit zwei Schaltern 14, 15 ausgebildet. Diese Schalter 14, 15 werden durch
eine interne Steuerlogik durch die Signale HTH und
HTL angesteuert.
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Ein
dritter Zustand kann erzielt werden, wenn sowohl das Signal HT_H
wie auch das Signal HT_L auf Null ist.
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Es
ist ein Verstärker 16 vorgesehen, dessen Verstärkungsfaktor
symbolisch mit KX wiedergegeben ist. Dieser Verstärker 16 ist,
wie auch der Konfigurierungspin 6, mit dem Mittenpunkt
zwischen Schalter 14 und Schalter 15 verbunden.
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Der
Ausgang des Verstärkers 16 wird einem nur schematisch
dargestellten AD-Wandler 17 zugeführt, dessen
Ausgangssignal intern im ASIC ausgewertet wird, um die aktuelle
Konfigurierung zu bestimmen.
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Der
Verstärker 16 kann beispielsweise als resistiver
Spannungsteiler ausgeführt sein.
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Die
Auswertung kann wie gesagt ein AD-Wandler 17 oder auch
ein Komparator ausführen. Dieses Digitalsignal am Ausgang
des AD-Wandlers oder Komparators 17 kann dann wiederum
intern im ASIC ausgewertet werden, um abhängig von dem zeitlichen
Verlauf des Potentials an dem Konfigurierungspin 6 unterschiedliche
Konfigurierungen zu erkennen.
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In 5 ist
nunmehr eine Konfigurierungs-Erfassungssequenz wiedergegeben für
den Fall, dass (siehe „Setting 1") keine äußere
Beschaltung am Konfigurierungspin 6 vorliegt bzw. ein ohmscher
Widerstand am Konfigurierungspin angeschlossen ist. In der Konfigurierungssequenz
wird zuerst in einer Phase „Startup" der potentialniedrigere
Schalter durch das Signal HT_L eingeschaltet, während der
potentialhöhere Schalter HT_H ausgeschaltet ist. In dieser
Phase bleibt das Potential am Konfigurierungspin auf Null.
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Wenn
nunmehr in der Konfigurierungserfassungs-Vorbereitsungsphase „CFGPREP"
und dann in der Konfigurierungsphase der potentialhöhere Schalter
durch das Signal HT_H durchgeschaltet wird, während gleichzeitig
der potentialniedrigere Schalter HT_L ausgeschaltet wird, wird sich
beim „Setting 1", d. h. ohne äußere Beschaltung des
Konfigurierungspins an diesem ein steiler Anstieg des Potentials
ergeben. Dabei ist zu beachten, dass der Widerstand des potentialhöheren
Schalters 14 und der Verstärker 16 einen
Spannungsteiler bilden, bei dem der Widerstand des potentialhöheren
Schalters hochohmig ausgeführt ist. Somit wird das Potential an
dem Erfassungspin nahezu auf die Versorgungsspannung VCC ansteigen.
Auf jeden Fall wird es aber auf einen Wert ansteigen, der über
einen Schwellenwert für die Erfassung liegt.
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Wenn
dagegen, wie in „Setting 2" vorgesehen, der Konfigurierungspin
außen mit einem Konfigurierungswiderstand beschaltet ist,
bilden der Widerstand des potentialhöheren Schalters sowie
das Verhältnis KX zu dem äußeren Konfigurierungswiderstand
einen Spannungsteiler. Es gibt während der Konfigurierungsphase
eine zusätzliche Stromaufnahme. Insgesamt wird durch die äußere
Beschaltung des Konfigurierungspins 6 mit einem äußeren
Widerstand das erfasste Potential nicht über dem gesetzten
Schwellenwert ansteigen. Somit kann also das Potential an dem Konfigurierungspin
die Konfigurierungswiderstände ,keine äußere
Beschaltung' und ,äußere Beschaltung mit einem
ohmschen Widerstand' erfassen.
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In 6 ist
nunmehr dargestellt, wie der Konfigurierungszustand ,Anschluß eines
Steuereingangs eines Schalters am Konfigurierungspin' erfasst werden
kann.
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Dabei
wird vorausgesetzt, dass gleichzeitig mit dem Anschluß des
Steuereingangs des Schalters auch ein zwischen dem Konfigurierungseingang
und der Versorgungsspannung VCC verschalteter Konfigurierungswiderstand
vorgesehen ist. Diese stellt also ein Beispiel für eine
aktive externe Beschaltung des Konfigurierungspins dar.
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Wenn
nunmehr in der Konfigurierungs-Erfassungsphase sowohl der potentialhöhere
wie auch der potentialniedrigere Schalter 14, 15 ausgeschaltet werden
(Signale HT_L und HT_H jeweils auf ,low') wird die durch den Verstärker
erfasste Spannung ohne den zusätzlichen Konfigurierungswiderstand
in dieser Phase leicht ansteigen, während sie bei der Verschaltung
des Konfigurierungswiderstands extern zwischen dem Konfigurierungspin
und der Versorgungsspannung VCC über den Schwellenwert
steigt. Somit kann insbesondere bei der Option „Setting
2" der Konfigurierungszustand ,Schalter ist extern mit dem Konfigurierungspin
verbunden' erfasst werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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