A fejlett elektronikai technológia napjainkban kiváló minőségű fényerőszabályozási megoldásokat és további lehetőségeket kínál az értékes energia megtakarítására. Nevezetesen az analóg fényerőszabályozás az egyik legnépszerűbb fényerőszabályozási technológia a kereskedelmi helyiségekben. Ez a cikk egy tájékozódási útmutató az analóg fényerőszabályozásban széles körben használt néhány általános technikához és ötlethez. Vegye azonban figyelembe, hogy az analóg dimmelés két ágból áll – hálózati dimmelés és kisfeszültségű dimmelés. Itt elsősorban az utóbbira, az alacsony feszültségű dimmelésre összpontosítunk!
Az alacsony feszültségű (0-10V & 1-10V) dimmelés magyarázata
Az alacsony feszültségű dimmelés további kábeleket használ az alacsony feszültségű jelek fogadására egy nagyfeszültségű előtét/meghajtó vezérléséhez a fénykimenet beállításához a kapott vezérlőjel alapján. A legelterjedtebb dimmelési módszer a 0-10V-os dimmelés, amely nagyjából egy analóg kisfeszültségű jelet használ a vezérlő kimenetére csatlakoztatott fénycső / szilárdtest-világítási terhelés fényerőszintjének szabályozására. Figyelemre méltó az 1-10V-os dimmelés is, egy másik analóg protokoll, amelyet az általános világítás dimmelésére használnak (mindkét protokoll feszültségszinteket használ a meghajtóval való kommunikációhoz). A 0-10V-os módszert általában szórakoztató világításhoz használják, míg az 1-10V-os módszer az általános világításban elterjedtebb.
A 0-10V és az 1-10V tipológiák könnyen megtanulhatók. Mivel azonban nem támogatják a kétirányú kommunikációt, kiegészítő rendszerekre lehet szükség, ha érzékelőkre van szükség. Mindkét analóg protokoll feszültségszinteket használ a meghajtóval való “beszélgetéshez”. A 10V-os feszültséget a maximális fénykibocsátáshoz, az alacsonyabb feszültségeket pedig a kisebb fénykibocsátáshoz használják. Amint az alábbi ábrán látható (köszönet a www.eldoled.com oldalnak), 9,1V és 10V között sok rendszerben nem változik a fényerő. Hasonlóképpen, 0,5V és 1,5V között szintén alig van változás (0,5V alatt a fény kialszik). Ezek a tartalékok elengedhetetlenek a 0-10V és 1-10V rendszerek szerves részét képező tűrések kompenzálásához.
Az 1-10V (0-10V is) részletes dimmelési válaszdiagramja az alábbi ábrán látható (köszönet a www.meanwell.eu-nak).
Dióhéjban a 0-10V dimmelés egy analóg kisfeszültségű jelet használ a csatlakoztatott terhelés dimmelési szintjének beállítására. Számos terheléstípus, beleértve a fénycsöveket és a LED-eket is, ezt a hagyományos dimmelési módszert használja. Az alapvető vezetékezési séma egy nagyfeszültségű áramköri vezetékből és egy másodlagos kisfeszültségű vezérlő/jelző vezetékből áll, amely az előtétet (meghajtót) a fényerőszabályozó vezérlőhöz kapcsolja.
0-10V a való életben – eltér a normától
Mint egy online útmutatóban olvasható, a 0-10V és az 1-10V közötti legfontosabb különbség az, hogy a 0-10V általában egy áramforrás rendszer, azaz a dimmer eszköz biztosítja a 0-10V jelek áramellátását (a dimmer eszközhöz tehát hálózati csatlakozás szükséges), míg az 1-10V egy áramfelvevő rendszer, ami azt jelenti, hogy a dimmer eszköznek nincs szüksége hálózati áramra (a fény kikapcsolásához feltétlenül szükséges egy hálózati kapcsoló). Kételkedem ezekben a számlákban, ezért ha van rá lehetősége, végezzen egy kis kutatást saját maga.
Megjegyezték továbbá, hogy bár az “IEC 60929 szabvány” részletezi a 0-10V-os vezérlési módszert, sok gyártó nem követi azt. Ez különösen igaz a LED-es világítás piacán. A feszültség leképezése is gyártóról gyártóra változik. Sokan közülük 0-10V (vagy 1-10V) tartományokat gesztikulálnak, ahol a legalacsonyabb feszültség a legalacsonyabb kimeneti szintet, a legmagasabb szint pedig a legfényesebb kimenetet jelzi, míg mások 10-1V (vagy 10-0V) sémát használhatnak, ahol a legmagasabb szint a legalacsonyabb kimeneti szintet, míg a legalacsonyabb szint a legmagasabb kimeneti szintet jelzi. Tehát készüljön fel arra, hogy meg kell vizsgálnia a készülékét, hogy képet kapjon a megfelelő vezérlési módszerről.
Hogyan lehet a “dimmelhető” LED-eket tompítani?
A 0(1)-10V-os protokollal kapcsolatban csak kevés tapasztalatom van. Megtaláltam a módját, hogy néhány ‘Mean Well’ LED meghajtót használhassak (hála az idős szomszédomnak). Ezek a hűvös LED-meghajtók három különböző bemeneti jellel / beállítással kínálnak dimmelési funkciót, azaz DC 0(1)-10V, 100KΩ ellenállásos dimmelés és impulzusszélesség-moduláció (PWM). Az első lehetőség csak egy egyszerű 100KΩ potenciométerrel próbálkozik. Ez gyors, megfizethető és egyszerű. Lásd az alábbi ábrán, hogyan kell egy 100KΩ szabványos potenciométert a dimmelő vezetékekhez csatlakoztatni.
A következő lehetőség egy kereskedelmi “elektronikus potenciométer” használata, amelyet gyakran “DC 0(1)-10V dimmer”-nek (0-10V/1-10V spec grade dimmer) neveznek, mert boldogan működik a LED-meghajtó dimmelő portjával.
Az utolsó (és leginkább gyártóbarát) dimmelési megoldás a dimmelő kapcsoló/vezérlő által generált PWM jel használata. Természetesen egy Arduino mikrokontroller használható arra, hogy megfelelő PWM jelet (~100Hz-120Hz tipikusan) szolgáltasson a fénykibocsátás szabályozásához a fényerőszabályozó vezetékekhez. Ha igen, akkor a PWM szolgálati ciklusának csökkentésével a LED-vezérlő csökkenti a LED-meghajtó kimenetét. Érdemes megjegyezni, hogy az érintett LED-meghajtót a lehető legközelebb kell terhelni a névleges maximális kimeneti teljesítményéhez (90-95%) a zökkenőmentes dimmelés érdekében.
Házon belüli dimmelési ötletek mikrokontrollerekkel
A lényegre térek. Ez a foglalkozás arról szól, hogyan építsünk és alkalmazzunk dimmereket a világításvezérléshez. A véletlenszerű elméleti gondolatok a legegyszerűbb sémák. Most szeretném megosztani az ötleteimet arról, hogyan lehet egy mikrokontrollert magként használni az itt bemutatottakkal azonos dimmelhető vezérlőkkel ellátott LED-es lámpatestek vezérléséhez.
Alapvetően, amire a 0(1)-10V-os sémához szükségünk van, az egy digitális-analóg átalakító (D/A vagy DAC). Ebben az esetben azt akarjuk, hogy a teljes tartomány 0-10VDC legyen. Itt van egy durva ötlet, amely valószínűleg működni fog:
A fent látható áramkör egy egyszerű nem invertáló műveleti erősítő (Op-Amp). Amikor az op-amp a nem invertáló kimenetén bemenetet kap, a kimenetet addig emeli vagy csökkenti, amíg az invertáló kimenetének szintje meg nem egyezik. Mivel van egy feszültségosztó a végső kimeneti feszültség visszacsatolásához, a kimeneti feszültség Vin x (1 + (R1 / R2)) lesz. Ideális esetben, azonos értékű ellenállások esetén az erősítés egyenlő x2-vel, és a kimenetnek egy 5V-os mikrokontroller által vezérelve 10V-nak kell lennie. Előfordulhat azonban, hogy a mikrokontroller nem pontosan 5V-ot ad ki. A végső kimenet trimmelhető egy 10KΩ többfordulós trimpot hozzáadásával a feszültségosztó közepén. Egy másik ötletet itt talál https://www.codrey.com/electronic-circuits/pwm-to-voltage-module-v1/
A koncepció befejezéséhez szabadon használhatja saját módszerét. Mindazonáltal vagy megpróbálhat egy digitális potenciométert (https://www.electroschematics.com/learn-use-digital-potentiometers/) az Arduino áramkörében, vagy használhatja az “analóg írást” a PWM csapra (később bővebben).
Egy másik módja annak, hogy sokkal jobb eredményeket érjen el, különösen 3,3 V-os mikrokontrollerekkel, egy dedikált DAC chip használata, mint az MCP4725. Az MCP4725 egy 12 bites (0-4095), rail-to-rail, DAC chip, amely egy beépített EEPROM-mal is rendelkezik. Lásd https://www.electroschematics.com/arduino-dac-guide/.
Keresi az off-the-peg tervezési megoldásokat?
Szerencsére a komoly elektronikai hobbisták és készítők most már otthon is megépíthetik saját teljes dimmelhető LED-es világítótestjeiket, mivel a félvezető megoldások széles választéka létezik az elektronikai piacon. A “dialog semiconductor” iW337 például egy jelinterfész-vezérlő analóg (0-10V), impulzusszélesség-modulációs és ellenállás-dimmeléshez.
A chip e három bemeneti jel bármelyikét átalakítja 1%-100% PWM (100Hz-50kHz) munkamenetté, amellyel egy primer oldali LED-meghajtó számára dimmelő jelet lehet szolgáltatni. Lásd az alábbiakban a tipikus alkalmazási áramkört.
A CDM10V egy másik rugalmas 0-10V-os dimmelési megoldás, amelyet az “Infineon Technologies” (http://www.infineon.com/CDM10V) kínál. A CDM10V chip egy teljesen integrált 0-10V-os dimmelő interfész, amely egy 0-10V-os dimmerről vagy potenciométerről származó analóg feszültség alapú jelek továbbítására használható egy világításvezérlő chip dimmelő vagy PWM bemenetére 5 mA-es áram alapú, programozható frekvenciájú PWM jel (0-100%) formájában, egy külső optocsatlakozó meghajtására. Továbbá soros portja lehetővé teszi az eszköz működéséhez szükséges paraméterek egyszeri átkonfigurálását.
Záró megjegyzések…
Akik tudják vagy nem tudják, léteznek különféle vezérlőrendszerek, amelyek jól működnek a LED-es világítással, de a professzionális LED-es világításban leggyakrabban használt rendszerek a 0-10V, 1-10V, DALI és DMX rendszerek. https://www.electroschematics.com/an-introduction-to-the-digital-multiplex-protocol/
Most néhány speciális alkatrészre és eszközre várok (lassú hajó Kínából). A listán szerepel néhány diszkrét alkatrész, és néhány MeanWell LED meghajtó. A következő hónapban vagy úgy egy újabb “frissített” bejegyzést fogok adni ebben a sorozatban, bemutatva legalább egy gyakorlati építést (talán egy ato adaptálható elnyelő/forrás funkciókkal) és annak működését. Addig is jó szórakozást a saját projektek építéséhez. Ne felejtsd el kiválasztani a megfelelő LED-lámpát, amely jól működik a javasolt hardverrel, mielőtt elköteleznéd a kísérleteidet. És győződjön meg róla, hogy nincs eltérés a meghajtó “doboz” és a dimmer “gomb” elektronikája között.
Mindent összevetve, ez a cikk csupán egy kezdő alapozó, amely kevés fényt vet a “0(1)-10V” alacsony feszültségű dimmelési technikákra. Remélem, ez másoknak is segít, és ők is tanulhatnak belőle. Mivel az építészeti dimmelési piac felfogja a szabványos (és nem szabványos) analóg dimmelési módszerek csúnya tartományát, kérjük, használja maximálisan a tanulási képességét, amikor ezeket az ötleteket követi. Továbbá, szégyentelenül elloptam “elméleti biteket” a kínai OEM-kiadványok zavaros összevisszaságából, ezért semmilyen garanciát nem vállalok!
Ez egyelőre minden, köszönöm a figyelmet, óvatosan a végzetes elektromossággal!
…
Kiegészítés: Még a “PWM LED dimmer modulok potméterrel vagy analóg 0-10 V-os vezérléssel” kulcsszó lusta guglizása is hasznos adatok lavináját adja vissza. Ez egy gyors specifikáció egy ilyen kereskedelmi forgalomban kapható, nyitott keretű, félig lecsukható eszközről, amit a neten találtam.