I dag giver avanceret elektronikteknologi os både lysdæmpningsløsninger af høj kvalitet og yderligere muligheder for at spare værdifuld energi. Navnlig analog dæmpning er en af de mest populære dæmpningsteknologier i kommercielle rum. Denne artikel er en tyrolerguide til nogle af de generelle teknikker og idéer, der er meget udbredt inden for analog dæmpning. Vær dog opmærksom på, at analog dæmpning består af to grene – dæmpning af strømledninger og dæmpning af lavspænding. Det primære fokus her er på sidstnævnte, lavspændingsdæmpning!
Lavspændingsdæmpning (0-10V & 1-10V) forklaret
Lavspændingsdæmpning bruger ekstra kabler til at modtage lavspændingssignaler til at styre en højspændingsballast/driver til at justere lysudgangen baseret på det modtagne styresignal. Den mest almindelige dæmpningsmetode er 0-10V-dæmpning, der i det store og hele bruger et analogt lavspændingssignal til at regulere lysstyrkeniveauet for den fluorescerende/faststofbelysningsbelastning, der er tilsluttet ved driverens udgang. Der findes også en 1-10V-dæmpning, en anden analog protokol, der anvendes til dæmpning af generel belysning (begge protokoller bruger spændingsniveauer til at kommunikere med driveren). 0-10V-metoden bruges normalt til underholdningsbelysning, mens 1-10V-metoden er mere almindelig inden for almen belysning.
0-10V- og 1-10V-typologier er lette at lære. Da de imidlertid ikke understøtter bidirektionel kommunikation, kan det være nødvendigt med tillægssystemer, hvis der er behov for sensorer. Begge analoge protokoller bruger spændingsniveauer til at “tale” med driveren. En spænding på 10 V anvendes for maksimal lysudgang, og lavere spændinger anvendes for lavere lysudgang. Som du kan se på nedenstående figur (takket være www.eldoled.com), er der mellem 9,1V og 10V ingen ændring i lysstyrken i mange systemer. Ligeledes i mellem 0,5V og 1,5V er der næsten ingen ændring også (under 0,5V slukker lyset). Disse marginer er vigtige for at kompensere for tolerancer, der er en integreret del af 0-10V- og 1-10V-systemer.
Et detaljeret dimmingresponsplot for 1-10V (også 0-10V) findes i nedenstående figur (tak til www.meanwell.eu).
In a nutshell, 0-10V-dimming bruger et analogt lavspændingssignal til at justere dæmpningsniveauet for den tilsluttede belastning. Mange belastningstyper, herunder lysstofrør og LED, bruger denne traditionelle metode til dæmpning. Det grundlæggende ledningsskema består af en højspændingskredsløbsledning og et sekundært sæt lavspændingsstyrings-/signalkabler, som forbinder ballasten (driveren) med lysdæmperstyringen.
0-10V i virkeligheden – anderledes end normen
Som det fremgår af en online-vejledning, er den vigtigste forskel mellem 0-10V og 1-10V, at 0-10V normalt er et strømkildesystem, dvs. at lysdæmperen leverer strømmen til 0-10V-signalerne (en netforbindelse til lysdæmperen er således nødvendig), hvorimod 1-10V er et strømsænkningssystem, hvilket betyder, at lysdæmperen ikke har brug for netstrøm (for at slukke lyset er en netafbryder absolut nødvendig). Jeg tvivler på disse billetter, så hvis du har mulighed for det, så lav selv lidt research.
Det er desuden blevet bemærket, at selv om “IEC-standard 60929” beskriver 0-10V-styringsmetoden, følger mange producenter den ikke. Dette gælder især på markedet for LED-belysning. Spændingskortlægningen varierer også fra producent til producent. Mange af dem gestalter 0-10V (eller 1-10V) intervaller, hvor den laveste spænding angiver det laveste outputniveau og det højeste niveau angiver det lyseste output, mens nogle andre kan anvende en 10-1V (eller 10-0V) ordning, hvor det højeste niveau angiver det laveste outputniveau, mens det laveste niveau angiver det højeste outputniveau. Så vær forberedt på at undersøge din enhed for at få en idé om den rigtige styringsmetode.
Hvordan dæmper du dine “dæmpbare” LED’er?
Jeg har kun lidt erfaring med 0(1)-10V-protokollen. Jeg har fundet en måde at få brug for nogle ‘Mean Well’ LED-drivere (takket være min ældre nabo). Disse seje LED-drivere tilbyder dæmpningsfunktion med tre forskellige indgangssignaler/opsætning, dvs. DC 0(1)-10V, 100KΩ modstandsdæmpning og pulsbreddemodulation (PWM). Den første mulighed er blot at prøve et simpelt 100KΩ potentiometer. Dette er hurtigt, overkommeligt og nemt. Se nedenstående figur for at se, hvordan man tilslutter et 100KΩ standardpotentiometer til dæmpningsledningerne.
Næste mulighed er brugen af et kommercielt “elektronisk potentiometer”, der ofte kaldes “DC 0(1)-10V Dimmer” (0-10V/1-10V spec grade dimmer), fordi det fungerer lykkeligt med dæmpningsporten på LED-driveren.
Den sidste (og mest makervenlige) dæmpningsløsning er at bruge et PWM-signal, der genereres af en dæmpningsafbryder/controller. Naturligvis kan en Arduino-mikrocontroller bruges til at levere et passende PWM-signal (~100Hz-120Hz typisk) til dæmpningsledningerne for at regulere lysudgangen. I så fald vil LED-controlleren sænke LED-driverens output, efterhånden som PWM-signalets duty cycle reduceres. Det er værd at bemærke, at den pågældende LED-driver skal belastes så tæt på sin nominelle maksimale udgangseffekt (90-95%) som muligt for at sikre en jævn dæmpning.
Indkoblede dæmpningsideer med mikrocontrollere
Jeg er ved at komme til sagen. Denne session handler om, hvordan man bygger og anvender lysdæmpere til lysstyring. De tilfældige teoretiske tanker er de letteste ordninger. Nu vil jeg gerne dele mine ideer om, hvordan man bruger en mikrocontroller som kerne til at styre LED-armaturer med dæmpbare drivere identiske med dem, der er introduceret her.
Grundlæggende er det, vi har brug for til 0(1)-10V-ordningen, en digital-til-analog-konverter (D/A eller DAC). I dette tilfælde ønsker vi, at det fulde område skal være 0-10VDC. Her er en uhøflig idé, der sandsynligvis vil virke:
Det viste kredsløb er en simpel ikke-inverterende operationsforstærker (Op-Amp). Når op-amp’en modtager et input på den ikke-inverterende udgang, vil den hæve eller sænke outputtet, indtil niveauet på den inverterende udgang er matchet. Da der er en spændingsdeler til tilbagekobling af den endelige udgangsspænding, vil udgangsspændingen være Vin x (1+(R1/R2)). Ideelt set, med modstande af samme værdi, er forstærkningen lig med x2, og udgangen, når den drives af en 5V-mikrocontroller, bør være 10V. Det er dog muligt, at mikrocontrolleren ikke udsender nøjagtigt 5V. Det endelige output kan trimmes ved at tilføje en 10KΩ multiturn-trimpot i midten af spændingsdeleren. Du kan finde en anden idé her https://www.codrey.com/electronic-circuits/pwm-to-voltage-module-v1/
Du er velkommen til at bruge din egen metode til at færdiggøre dette koncept. Ikke desto mindre kan du enten prøve et digitalt potentiometer (https://www.electroschematics.com/learn-use-digital-potentiometers/) i dit Arduino-kredsløb, eller bruge ‘analogwrite’ til PWM-pinden (mere om det senere).
En anden måde at få meget bedre resultater på, især med 3,3V-mikrocontrollere, er brugen af en dedikeret DAC-chip som MCP4725. MCP4725 er en 12 bit (0-4095), rail-to-rail, DAC-chip, som også har en indbygget EEPROM. Se https://www.electroschematics.com/arduino-dac-guide/.
Søger du efter designløsninger uden for startopstillingen?
Glædeligt nok kan seriøse elektronikhobbyister og -magere nu bygge deres egne hele dæmpbare LED-belysningsarmaturer derhjemme, da der er et stort udvalg af halvlederløsninger er der på elektronikmarkedet. For eksempel er iW337 fra ‘dialog semiconductor’ en signalinterfacecontroller til analog (0-10V), pulsbreddemodulation og modstandsdæmpning.
Chippen konverterer et af disse tre indgangssignaler til en 1%-100% PWM (100Hz-50kHz) duty cycle, som kan bruges til at levere et dæmpningssignal til en LED-driver på primærsiden. Se dens typiske applikationskredsløb nedenfor.
CDM10V er en anden fleksibel 0-10V-dæmpningsløsning, der tilbydes af “Infineon Technologies” (http://www.infineon.com/CDM10V). CDM10V-chippen er en fuldt integreret 0-10V-dæmpningsgrænseflade, som kan bruges til at overføre analoge spændingsbaserede signaler fra en 0-10V-dæmper eller et potentiometer til dæmpnings- eller PWM-indgangen i en belysningsstyringschip i form af et 5 mA strømbaseret PWM-signal med programmerbar frekvens (0-100 %) til at drive en ekstern optokobler. Endvidere giver dens serielle port mulighed for engangsrekonfiguration af parametre for enhedens funktion.
Sluttende noter…
For dem, der er klar over det eller ej, er der forskellige styresystemer, der fungerer godt med LED-belysning, men de mest almindeligt anvendte i professionel LED-belysning er 0-10V, 1-10V, DALI- og DMX-systemer. https://www.electroschematics.com/an-introduction-to-the-digital-multiplex-protocol/
Nu venter jeg på nogle specielle komponenter og enheder (langsom båd fra Kina). Listen indeholder et par diskrete komponenter, og nogle MeanWell LED-drivere. Jeg vil give et andet “opdateret” indlæg i denne serie i den næste måned eller deromkring, der viser mindst et praktisk build (måske med en ato tilpasse sink / source-funktioner) og dens funktion. Indtil da have det sjovt at bygge dine egne projekter. Husk at vælge en korrekt LED-lampe, der kører godt med den foreslåede hardware, før du begår dine eksperimenter. Og sørg for, at der ikke er nogen uoverensstemmelse mellem elektronikken i driver-“kassen” og dimmer-“knoppen”.
Alt i alt er denne artikel blot en begynderprimer for at kaste lidt lys over “0(1)-10V” lavspændingsdimmingteknikkerne. Jeg håber, at dette hjælper andre, og at de også kan lære af dette. Da markedet for arkitektonisk dæmpning omfatter et ubehageligt udvalg af standard (og ikke-standard) analoge dæmpningsmetoder, bedes du bruge din indlæringsevne mest muligt, når du følger disse idéer. Endvidere har jeg skamløst stjålet “teoribidder” fra et forvirrende virvar af kinesiske OEM-publikationer, derfor gives der ingen garantier!
Det var alt for nu, tak for din opmærksomhed, vær forsigtig med dødelig elektricitet!
…
Addendum: Selv en doven Googling af nøgleordet “PWM LED Dimmer modules with potentiometer or analog 0-10 V control” vil returnere en lavine af nyttige data. Dette er en hurtig spec af en sådan kommerciel, open-frame, semi-knockdown enhed, jeg fandt online.