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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 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 Koppelkondensator C2 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 ein 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 solchen 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.
- 1 zeigt eine integrierte Steuerschaltung mit einer ersten Heizschaltungstopologie,
- 2 zeigt eine integrierte Steuerschaltung mit einer zweiten Heizschaltungstopologie,
- 3 zeigt eine schematische Ansicht von Ausschnitten der integrierten digitalen Steuerschaltung zusammen mit möglichen Beschaltungen eines Konfigurierungseingangs,
- 4 zeigt eine schematische Ansicht einer internen Verschaltung der integrierten digitalen Steuerschaltung zur Erfassung eines Potentialverlaufs an einem Konfigurierungsanschluß (Pin),
- 5 zeigt Signalverläufe bzgl. des Potentials an dem Konfigurierungspin beim Einschalten interner Spannungs- oder Stromquellen, abhängig von der externen Beschaltung des Konfigurierungspins,
- 6 zeigt den Potentialverlauf beim Zuschalten einer internen Spannungs- oder Stromquelle für eine von 5 abweichende Beschaltung des Konfigurierungspins, und
- 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-Vorbereitungsphase „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.
