Aujourd’hui, la technologie électronique avancée nous offre à la fois des solutions de gradation de lumière de haute qualité et des opportunités supplémentaires pour économiser une énergie précieuse. Notamment la gradation analogique est l’une des technologies de gradation les plus populaires dans les espaces commerciaux. Cet article est un guide pour les novices sur certaines des techniques et idées générales largement utilisées dans la gradation analogique. Cependant, notez que la gradation analogique se compose de deux branches : la gradation par ligne électrique et la gradation basse tension. L’accent principal ici est mis sur cette dernière, la gradation basse tension!
La gradation basse tension (0-10V & 1-10V) expliquée
La gradation basse tension utilise des câbles supplémentaires pour recevoir des signaux basse tension pour contrôler un ballast/driver haute tension pour ajuster la sortie de lumière en fonction du signal de contrôle reçu. La méthode de gradation la plus courante est la gradation 0-10V qui utilise largement un signal analogique basse tension pour réguler le niveau de luminosité de la charge d’éclairage fluorescent/à semi-conducteurs connectée à la sortie du pilote. Il existe également une gradation 1-10V, un autre protocole analogique utilisé pour la gradation de l’éclairage général (les deux protocoles utilisent des niveaux de tension pour communiquer avec le pilote). La méthode 0-10V est généralement utilisée pour l’éclairage de divertissement tandis que la méthode 1-10V est plus courante dans l’éclairage général.
Les typologies 0-10V et 1-10V sont faciles à apprendre. Cependant, comme elles ne prennent pas en charge la communication bidirectionnelle, des systèmes complémentaires peuvent être nécessaires si des capteurs sont requis. Les deux protocoles analogiques utilisent des niveaux de tension pour ” parler ” avec le pilote. Une tension de 10V est utilisée pour une sortie de lumière maximale et des tensions plus faibles sont utilisées pour une sortie de lumière plus faible. Comme vous pouvez le voir sur la figure ci-dessous (grâce à www.eldoled.com), entre 9,1V et 10V, la luminosité ne change pas dans de nombreux systèmes. De même, entre 0,5V et 1,5V, il n’y a pratiquement aucun changement (en dessous de 0,5V, la lumière s’éteint). Ces marges sont essentielles pour compenser les tolérances qui font partie intégrante des systèmes 0-10V et 1-10V.
Un tracé détaillé de réponse de gradation de 1-10V (0-10V également) se trouve dans la figure ci-dessous (merci à www.meanwell.eu).
En bref, la gradation 0-10V utilise un signal analogique basse tension pour ajuster le niveau de gradation de la charge attachée. De nombreux types de charge, y compris les fluorescents, et les LED, utilisent cette méthode traditionnelle de gradation. Le schéma de câblage de base se compose d’un câblage de circuit haute tension et d’un ensemble secondaire de fils de commande/signal basse tension qui relient le ballast (pilote) à la commande du gradateur.
0-10V dans la vraie vie – différent de la norme
Comme trouvé dans un guide en ligne, la différence clé entre 0-10V et 1-10V est que 0-10V est généralement un système de source de courant, c’est à dire que le dispositif de gradation fournit l’énergie pour les signaux 0-10V (une connexion secteur au dispositif de gradation est donc nécessaire), alors que 1-10V est un système de puits de courant, ce qui signifie que le dispositif de gradation n’a pas besoin d’alimentation secteur (pour éteindre la lumière, un interrupteur secteur est absolument indispensable). Je doute de ces billets, donc si vous en êtes capable, faites quelques recherches vous-même.
De plus, il a été noté que bien que la ‘norme IEC 60929’ détaille la méthode de contrôle 0-10V, de nombreux fabricants ne la suivent pas. Ceci est particulièrement vrai sur le marché de l’éclairage LED. La cartographie de la tension varie également d’un fabricant à l’autre. Beaucoup d’entre eux gèrent des plages de 0-10V (ou 1-10V), où la tension la plus faible indique le niveau de sortie le plus bas et le niveau le plus élevé indique la sortie la plus brillante, tandis que d’autres peuvent utiliser un schéma 10-1V (ou 10-0V), où le niveau le plus élevé indique le niveau de sortie le plus bas tandis que le niveau le plus bas indique le niveau de sortie le plus élevé. Donc, soyez prêt à sonder votre appareil pour avoir une idée de la bonne méthode de contrôle.
Comment faire varier l’intensité de vos LED ‘dimmables’?
J’ai seulement un peu d’expérience avec le protocole 0(1)-10V. J’ai trouvé un moyen d’obtenir l’utilisation de certains drivers de LED ‘Mean Well’ (grâce à mon voisin âgé). Ces pilotes de LED offrent une fonction de gradation avec trois signaux d’entrée différents, c’est-à-dire DC 0(1)-10V, gradation par résistance 100KΩ, et modulation de largeur d’impulsion (PWM). La première option consiste à essayer un simple potentiomètre de 100KΩ. C’est rapide, abordable et facile. Voir la figure ci-dessous pour savoir comment brancher un potentiomètre standard de 100KΩ aux fils de gradation.
La prochaine option est l’utilisation d’un ‘potentiomètre électronique’ commercial, souvent appelé ‘DC 0(1)-10V Dimmer’ (0-10V/1-10V spec grade dimmer) parce qu’il fonctionne heureusement avec le port de gradation du driver LED.
La dernière solution de gradation (et la plus conviviale pour les makers) consiste à utiliser un signal PWM généré par un interrupteur/contrôleur de gradation. Naturellement, un microcontrôleur Arduino peut être utilisé pour délivrer un signal PWM approprié (~100Hz-120Hz typique) aux fils de gradation pour réguler la sortie de lumière. Dans ce cas, à mesure que le rapport cyclique du PWM est réduit, le contrôleur de LED diminuera la sortie du driver de LED. Il convient de noter que le pilote de LED concerné doit être chargé aussi près que possible de sa puissance de sortie maximale nominale (90-95%) pour assurer une expérience de gradation fluide.
Idées de gradation en interne avec des microcontrôleurs
J’en viens au fait. Cette session porte sur la façon de construire et d’appliquer des gradateurs pour le contrôle de l’éclairage. Les pensées théoriques aléatoires sont les schémas les plus faciles. Maintenant, je voudrais partager mes idées sur la façon d’utiliser un microcontrôleur comme noyau pour contrôler les luminaires LED avec des pilotes gradables identiques à ceux présentés ici.
Basiquement, ce dont nous avons besoin pour le schéma 0(1)-10V est un convertisseur numérique-analogique (D/A ou DAC). Dans ce cas, nous voulons que la gamme complète soit de 0-10VDC. Voici une idée grossière qui fonctionnera probablement:
Le circuit présenté ci-dessus est un simple amplificateur opérationnel non inverseur (Op-Amp). Lorsque l’ampli-op reçoit une entrée sur la sortie non-inverseuse, il va augmenter ou diminuer la sortie jusqu’à ce que le niveau sur sa sortie inverseuse soit adapté. Comme il y a un diviseur de tension pour renvoyer la tension de sortie finale, la tension de sortie sera Vin x (1+(R1/R2)). Idéalement, avec des résistances de valeur égale, l’amplification est égale à x2 et la sortie, lorsqu’elle est commandée par un microcontrôleur de 5V, devrait être de 10V. Cependant, il se peut que le microcontrôleur ne produise pas exactement 5V. La sortie finale peut être ajustée en ajoutant un trimpot multitour de 10KΩ au milieu du diviseur de tension. Vous pouvez trouver une autre idée ici https://www.codrey.com/electronic-circuits/pwm-to-voltage-module-v1/
Vous êtes libre d’utiliser votre propre méthode pour compléter ce concept. Néanmoins, vous pouvez soit essayer un potentiomètre numérique (https://www.electroschematics.com/learn-use-digital-potentiometers/) dans votre circuit Arduino, soit utiliser l”écriture analogique’ vers la broche PWM (plus de détails plus tard).
Une autre façon d’obtenir de bien meilleurs résultats, surtout avec des microcontrôleurs 3,3V, est l’utilisation d’une puce DAC dédiée comme le MCP4725. Le MCP4725 est un 12 bits (0-4095), rail-to-rail, puce DAC, qui a également une EEPROM embarquée. Voir https://www.electroschematics.com/arduino-dac-guide/.
Looking for off-the-peg design solutions?
Luckily, serious electronics hobbyists and makers can now build their own entire dimmable LED lighting fixtures at home as there’s a vast range of semiconductor solutions are there in the electronics market. Par exemple, l’iW337 de ‘dialog semiconductor’ est un contrôleur d’interface de signal pour la gradation analogique (0-10V), la modulation de largeur d’impulsion et la gradation par résistance.
La puce convertit l’un de ces trois signaux d’entrée en un rapport cyclique PWM de 1% à 100% (100Hz-50kHz) qui peut être utilisé pour fournir un signal de gradation à un pilote de LED du côté primaire. Voir son circuit d’application typique ci-dessous.
Le CDM10V est une autre solution de gradation 0-10V flexible proposée par ‘Infineon Technologies’ (http://www.infineon.com/CDM10V). La puce CDM10V est une interface de gradation 0-10V entièrement intégrée qui peut être utilisée pour transmettre des signaux analogiques basés sur la tension à partir d’un gradateur ou d’un potentiomètre 0-10V vers l’entrée de gradation ou PWM d’une puce de contrôleur d’éclairage sous la forme d’un signal PWM à base de courant de 5 mA et à fréquence programmable (0-100%) pour piloter un opto-coupleur externe. De plus, son port série permet la reconfiguration unique des paramètres de fonctionnement du dispositif.
Notes de clôture…
Pour ceux qui le savent ou ne le savent pas, il existe divers systèmes de contrôle qui fonctionnent bien avec l’éclairage LED, mais les plus couramment utilisés dans l’éclairage LED professionnel sont les systèmes 0-10V, 1-10V, DALI et DMX. https://www.electroschematics.com/an-introduction-to-the-digital-multiplex-protocol/
Maintenant, j’attends quelques composants et dispositifs spéciaux (bateau lent en provenance de Chine). La liste comprend un couple de composants discrets, et quelques pilotes de LED MeanWell. Je fournirai un autre post “mis à jour” dans cette série dans le mois prochain ou environ, montrant au moins une construction pratique (peut-être avec un ato adapter sink/source fonctionnalités) et son fonctionnement. D’ici là, amusez-vous bien à construire vos propres projets. N’oubliez pas de choisir une lampe LED correcte qui fonctionne bien avec le matériel proposé avant de vous lancer dans vos expériences. Et, assurez-vous qu’il n’y a pas de déséquilibre entre l’électronique de la ‘boîte’ du pilote et le ’bouton’ du gradateur.
Tout compte fait, cet article n’est qu’un abécédaire pour débutants pour apporter un peu de lumière sur les techniques de gradation basse tension ‘0(1)-10V’. J’espère que cela aidera d’autres personnes et qu’elles pourront également en tirer des enseignements. Étant donné que le marché de la gradation architecturale comprend un large éventail de méthodes de gradation analogiques standard (et non standard), veuillez utiliser au maximum votre capacité d’apprentissage lorsque vous suivez ces idées. En outre, j’ai volé sans vergogne des “bits de théorie” à partir d’un fouillis confus de publications chinoises OEM, donc aucune garantie n’est donnée!
C’est tout pour l’instant, merci de votre attention, soyez prudent avec l’électricité fatale!
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Addendum : Même une recherche paresseuse sur Google du mot-clé “PWM LED Dimmer modules avec potentiomètre ou contrôle analogique 0-10 V” retournera une avalanche de données utiles. Voici une rapide spécification d’un tel dispositif commercial, à cadre ouvert, semi-knockdown, que j’ai trouvé en ligne.