Heute bietet uns die fortschrittliche Elektroniktechnologie sowohl hochwertige Lösungen zum Dimmen von Licht als auch zusätzliche Möglichkeiten, wertvolle Energie zu sparen. Vor allem das analoge Dimmen ist eine der beliebtesten Dimmtechnologien in gewerblichen Räumen. Dieser Artikel ist ein Leitfaden für Anfänger zu einigen der allgemeinen Techniken und Ideen, die beim analogen Dimmen weit verbreitet sind. Beachten Sie jedoch, dass das analoge Dimmen aus zwei Zweigen besteht – dem Dimmen über das Stromnetz und dem Dimmen mit Niederspannung. Das Hauptaugenmerk liegt hier auf dem letzteren, dem Niederspannungsdimmen!

Niederspannungsdimmen (0-10V & 1-10V) erklärt

Beim Niederspannungsdimmen werden zusätzliche Kabel verwendet, um Niederspannungssignale zu empfangen, mit denen ein Hochspannungsvorschaltgerät/Treiber gesteuert wird, um die Lichtleistung auf der Grundlage des empfangenen Steuersignals anzupassen. Die gebräuchlichste Dimmmethode ist die 0-10-V-Dimmung, bei der im Großen und Ganzen ein analoges Niederspannungssignal verwendet wird, um die Helligkeit der am Ausgang des Treibers angeschlossenen Leuchtstoff-/Festkörperlichtlast zu regeln. Es gibt auch ein 1-10-V-Dimmverfahren, ein weiteres analoges Protokoll, das zum Dimmen der Allgemeinbeleuchtung verwendet wird (beide Protokolle verwenden Spannungspegel zur Kommunikation mit dem Treiber). Die 0-10V-Methode wird in der Regel für die Unterhaltungsbeleuchtung verwendet, während die 1-10V-Methode eher in der Allgemeinbeleuchtung zum Einsatz kommt.

0-10V- und 1-10V-Typologien sind leicht zu erlernen. Da sie jedoch keine bidirektionale Kommunikation unterstützen, sind möglicherweise zusätzliche Systeme erforderlich, wenn Sensoren benötigt werden. Beide Analogprotokolle verwenden Spannungspegel, um mit dem Treiber zu “sprechen”. Eine Spannung von 10 V wird für eine maximale Lichtleistung verwendet, während niedrigere Spannungen für eine geringere Lichtleistung verwendet werden. Wie Sie in der folgenden Abbildung sehen können (dank www.eldoled.com), ändert sich die Helligkeit bei vielen Systemen zwischen 9,1 V und 10 V nicht. Auch zwischen 0,5 V und 1,5 V gibt es kaum eine Veränderung (unter 0,5 V geht das Licht aus). Diese Spielräume sind wichtig, um Toleranzen auszugleichen, die bei 0-10V- und 1-10V-Systemen auftreten.

Ein detailliertes Dimmdiagramm für 1-10V (auch 0-10V) ist in der folgenden Abbildung zu sehen (dank www.meanwell.eu).

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass beim 0-10V-Dimmen ein analoges Niederspannungssignal verwendet wird, um den Dimmwert der angeschlossenen Last einzustellen. Viele Lasttypen, einschließlich Leuchtstoffröhren und LEDs, verwenden diese traditionelle Methode zum Dimmen. Das grundlegende Verdrahtungsschema besteht aus einer Hochspannungsschaltung und einem sekundären Satz von Niederspannungs-Steuer-/Signalleitungen, die das Vorschaltgerät (Treiber) mit der Dimmersteuerung verbinden.

0-10V im wirklichen Leben – anders als die Norm

Wie in einem Online-Ratgeber zu lesen ist, besteht der Hauptunterschied zwischen 0-10V und 1-10V darin, dass 0-10V normalerweise ein Stromquellensystem ist, d.h. das Dimmergerät liefert den Strom für die 0-10V-Signale (ein Netzanschluss an das Dimmergerät ist also notwendig), während 1-10V ein Stromsenken-System ist, d.h. das Dimmergerät braucht keinen Netzstrom (zum Ausschalten des Lichts ist ein Netzschalter zwingend erforderlich). Ich bezweifle diese Angaben, also recherchieren Sie selbst, wenn Sie dazu in der Lage sind.

Außerdem wurde festgestellt, dass, obwohl die “IEC-Norm 60929” die 0-10-V-Steuerungsmethode beschreibt, viele Hersteller sie nicht befolgen. Dies gilt insbesondere für den Markt der LED-Beleuchtung. Auch die Spannungszuordnung variiert von Hersteller zu Hersteller. Viele von ihnen geben 0-10V (oder 1-10V) Bereiche an, wobei die niedrigste Spannung den niedrigsten und die höchste Spannung den hellsten Ausgangspegel anzeigt, während einige andere ein 10-1V (oder 10-0V) Schema verwenden, bei dem der höchste Pegel den niedrigsten und der niedrigste Pegel den höchsten Ausgangspegel anzeigt. Seien Sie also darauf vorbereitet, Ihr Gerät zu testen, um eine Vorstellung von der richtigen Steuerungsmethode zu bekommen.

Wie dimmt man seine ‘dimmbaren’ LEDs?

Ich habe nur ein wenig Erfahrung mit dem 0(1)-10V-Protokoll. Ich habe einen Weg gefunden, einige ‘Mean Well’ LED-Treiber zu verwenden (dank meines älteren Nachbarn). Diese coolen LED-Treiber bieten Dimmfunktion mit drei verschiedenen Eingangssignalen/Einstellungen, d.h. DC 0(1)-10V, 100KΩ-Widerstandsdimmung und Pulsweitenmodulation (PWM). Die erste Möglichkeit besteht darin, ein einfaches 100KΩ-Potentiometer zu verwenden. Das ist schnell, günstig und einfach. Die folgende Abbildung zeigt, wie man ein 100KΩ-Standardpotentiometer an die Dimmerdrähte anschließt.

Die nächste Option ist die Verwendung eines handelsüblichen “elektronischen Potentiometers”, das oft als “DC 0(1)-10V Dimmer” (0-10V/1-10V spec grade dimmer) bezeichnet wird, weil es problemlos mit dem Dimmeranschluss des LED-Treibers zusammenarbeitet.

Die letzte (und meist herstellerfreundliche) Dimmlösung ist die Verwendung eines PWM-Signals, das von einem Dimmschalter/Controller erzeugt wird. Natürlich kann ein Arduino-Mikrocontroller verwendet werden, um ein geeignetes PWM-Signal (~100Hz-120Hz typisch) an die Dimmerdrähte zu liefern, um die Lichtleistung zu regulieren. Wenn dies der Fall ist, wird der LED-Controller die Leistung des LED-Treibers verringern, wenn das Tastverhältnis des PWM-Signals verringert wird. Es ist erwähnenswert, dass der betreffende LED-Treiber so nahe wie möglich an seiner maximalen Nennleistung (90-95%) belastet werden muss, um ein reibungsloses Dimmerlebnis zu gewährleisten.

Ideen zum Dimmen mit Mikrocontrollern

Ich komme zum Punkt. In dieser Session geht es darum, wie man Dimmer für die Lichtsteuerung baut und einsetzt. Die zufälligen theoretischen Gedanken sind die einfachsten Schemata. Jetzt möchte ich meine Ideen mitteilen, wie man einen Mikrocontroller als Herzstück verwendet, um LED-Leuchten mit dimmbaren Treibern zu steuern, die mit den hier vorgestellten identisch sind.

Grundsätzlich brauchen wir für ein 0(1)-10V-Schema einen Digital-Analog-Wandler (D/A oder DAC). In diesem Fall wollen wir, dass der gesamte Bereich 0-10VDC ist. Hier ist eine grobe Idee, die wahrscheinlich funktionieren wird:

Die oben gezeigte Schaltung ist ein einfacher nicht-invertierender Operationsverstärker (Op-Amp). Wenn der Operationsverstärker ein Eingangssignal am nicht-invertierenden Ausgang erhält, hebt oder senkt er den Ausgang, bis der Pegel am invertierenden Ausgang angepasst ist. Da es einen Spannungsteiler zur Rückführung der endgültigen Ausgangsspannung gibt, ist die Ausgangsspannung Vin x (1+(R1/R2)). Im Idealfall ist die Verstärkung bei gleichwertigen Widerständen gleich x2, und der Ausgang sollte bei Ansteuerung durch einen 5-V-Mikrocontroller 10 V betragen. Es kann jedoch sein, dass der Mikrocontroller nicht genau 5 V ausgibt. Der endgültige Ausgang kann durch Hinzufügen eines 10KΩ Multiturn-Trimmpotis in der Mitte des Spannungsteilers getrimmt werden. Eine andere Idee finden Sie hier https://www.codrey.com/electronic-circuits/pwm-to-voltage-module-v1/

Sie können Ihre eigene Methode verwenden, um dieses Konzept zu vervollständigen. Du kannst jedoch entweder ein digitales Potentiometer (https://www.electroschematics.com/learn-use-digital-potentiometers/) in deinem Arduino-Schaltkreis verwenden, oder den ‘analogwrite’ zum PWM-Pin benutzen (mehr dazu später).

Eine andere Möglichkeit, um viel bessere Ergebnisse zu erzielen, insbesondere mit 3,3V-Mikrocontrollern, ist die Verwendung eines dedizierten DAC-Chips wie dem MCP4725. Der MCP4725 ist ein 12-Bit (0-4095), Rail-to-Rail, DAC-Chip, der auch ein Onboard-EEPROM hat. Siehe https://www.electroschematics.com/arduino-dac-guide/.

Suchen Sie nach Designlösungen von der Stange?

Glücklicherweise können ernsthafte Elektronikbastler und -hersteller jetzt ihre eigenen dimmbaren LED-Beleuchtungskörper zu Hause bauen, da es auf dem Elektronikmarkt eine große Auswahl an Halbleiterlösungen gibt. Der iW337 von ‘dialog semiconductor’ zum Beispiel ist ein Signalschnittstellen-Controller für Analog (0-10V), Pulsweitenmodulation und Widerstandsdimmung.

Der Chip wandelt jedes dieser drei Eingangssignale in ein 1%-100% PWM (100Hz-50kHz) Tastverhältnis um, das verwendet werden kann, um ein Dimmsignal an einen primärseitigen LED-Treiber zu liefern. Eine typische Anwendungsschaltung finden Sie unten.

Der CDM10V ist eine weitere flexible 0-10V-Dimmlösung von Infineon Technologies (http://www.infineon.com/CDM10V). Der CDM10V-Chip ist eine voll integrierte 0-10V-Dimmschnittstelle, mit der analoge, spannungsbasierte Signale von einem 0-10V-Dimmer oder -Potentiometer an den Dimm- oder PWM-Eingang eines Beleuchtungssteuerungs-Chips in Form eines strombasierten 5-mA-PWM-Signals mit programmierbarer Frequenz (0-100%) zur Ansteuerung eines externen Optokopplers übertragen werden können. Darüber hinaus ermöglicht die serielle Schnittstelle die einmalige Neukonfiguration der Parameter für die Gerätefunktion.

Abschließende Anmerkungen…

Für diejenigen, die es wissen oder nicht wissen, gibt es verschiedene Steuersysteme, die gut mit LED-Beleuchtung funktionieren, aber die am häufigsten in der professionellen LED-Beleuchtung verwendeten sind 0-10V, 1-10V, DALI und DMX-Systeme. https://www.electroschematics.com/an-introduction-to-the-digital-multiplex-protocol/

Nun warte ich auf einige spezielle Komponenten und Geräte (langsames Boot aus China). Auf der Liste stehen ein paar diskrete Komponenten und einige MeanWell LED-Treiber. Ich werde im nächsten Monat oder so einen weiteren “aktualisierten” Beitrag in dieser Serie veröffentlichen, in dem ich mindestens einen praktischen Aufbau (vielleicht mit einer ato-Anpassung von Sink/Source-Funktionen) und dessen Betrieb zeige. Bis dahin wünsche ich Ihnen viel Spaß beim Bau Ihrer eigenen Projekte. Denken Sie daran, eine richtige LED-Lampe auszuwählen, die mit der vorgeschlagenen Hardware gut funktioniert, bevor Sie Ihre Experimente starten. Und stellen Sie sicher, dass es keine Fehlanpassung zwischen der Elektronik des Treibers ‘Box’ und der Dimmer ‘Knopf’.

Alles in allem, dieser Artikel ist nur ein Anfänger Primer, um ein wenig Licht auf die ‘0(1)-10V’ Low-Voltage-Dimming-Techniken zu werfen. Ich hoffe, er hilft anderen und sie können daraus lernen. Da der Markt für architektonisches Dimmen eine böse Bandbreite von Standard- (und Nicht-Standard-) Analog-Dimm-Methoden umfasst, nutzen Sie bitte Ihre Lernfähigkeit, wenn Sie diese Ideen durcharbeiten. Außerdem habe ich schamlos ‘Theoriebits’ aus einem verwirrenden Durcheinander chinesischer OEM-Publikationen geklaut, daher gibt es keine Garantien!

Das war’s fürs Erste, vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit, seien Sie vorsichtig mit tödlicher Elektrizität!

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Nachtrag: Selbst ein faules Googeln des Stichworts “PWM-LED-Dimmer-Module mit Potentiometer- oder analoger 0-10-V-Steuerung” liefert eine Lawine nützlicher Daten. Hier eine kurze Beschreibung eines solchen handelsüblichen Geräts mit offenem Rahmen, das ich online gefunden habe.