Oggi, la tecnologia elettronica avanzata ci offre sia soluzioni di alta qualità per la regolazione della luce che ulteriori opportunità per risparmiare energia preziosa. In particolare la dimmerazione analogica è una delle tecnologie di dimmerazione più popolari negli spazi commerciali. Questo articolo è una guida per principianti su alcune delle tecniche generali e delle idee ampiamente utilizzate nella dimmerazione analogica. Tuttavia, prendete nota, la dimmerazione analogica consiste di due rami – la dimmerazione su linea elettrica e la dimmerazione a bassa tensione. L’attenzione principale qui è su quest’ultima, la dimmerazione a bassa tensione!
La dimmerazione a bassa tensione (0-10V & 1-10V) spiegata
La dimmerazione a bassa tensione usa cavi addizionali per ricevere segnali a bassa tensione per controllare un ballast/driver ad alta tensione per regolare l’uscita luminosa in base al segnale di controllo ricevuto. Il metodo di dimmerazione più comune è la dimmerazione 0-10V che utilizza ampiamente un segnale analogico a bassa tensione per regolare il livello di luminosità del carico di illuminazione fluorescente/solidale collegato all’uscita del driver. In particolare, c’è anche la regolazione 1-10V, un altro protocollo analogico usato per la regolazione dell’illuminazione generale (entrambi i protocolli usano livelli di tensione per comunicare con il driver). Il metodo 0-10V è di solito usato per l’illuminazione di intrattenimento mentre il metodo 1-10V è più comune nell’illuminazione generale.
Le tipologie 0-10V e 1-10V sono facili da imparare. Tuttavia, poiché non supportano la comunicazione bidirezionale, possono essere necessari sistemi aggiuntivi se sono richiesti dei sensori. Entrambi i protocolli analogici utilizzano livelli di tensione per “parlare” con il driver. Una tensione di 10V è usata per la massima uscita di luce e tensioni più basse sono usate per una minore uscita di luce. Come potete vedere nella figura qui sotto (grazie a www.eldoled.com), tra 9.1V e 10V non c’è nessun cambiamento nella luminosità in molti sistemi. Allo stesso modo, tra 0.5V e 1.5V non c’è quasi nessun cambiamento (sotto 0.5V la luce si spegne). Questi margini sono essenziali per compensare le tolleranze che sono parte integrante dei sistemi 0-10V e 1-10V.
Un grafico dettagliato della risposta alla dimmerazione di 1-10V (anche 0-10V) può essere trovato nella figura qui sotto (grazie a www.meanwell.eu).
In poche parole, la dimmerazione 0-10V usa un segnale analogico a bassa tensione per regolare il livello di luminosità del carico collegato. Molti tipi di carico, compresi i fluorescenti e i LED, usano questo metodo tradizionale di regolazione. Lo schema di cablaggio di base consiste in un cablaggio del circuito ad alta tensione e una serie secondaria di cavi di controllo/segnale a bassa tensione che collegano il ballast (driver) al controllo del dimmer.
0-10V nella vita reale – diverso dalla norma
Come trovato in una guida online, la differenza chiave tra 0-10V e 1-10V è che 0-10V è di solito un sistema a sorgente di corrente, che significa che il dispositivo dimmer fornisce l’alimentazione per i segnali 0-10V (è quindi necessario un collegamento di rete al dispositivo dimmer), mentre 1-10V è un sistema di assorbimento di corrente che significa che il dispositivo dimmer non ha bisogno di alimentazione di rete (per spegnere la luce un interruttore di rete è assolutamente essenziale). Dubito di queste fatture, quindi se sei in grado, fai una piccola ricerca tu stesso.
Inoltre, è stato notato che sebbene lo ‘standard IEC 60929’ dettagli il metodo di controllo 0-10V, molti produttori non lo seguono. Questo è particolarmente vero nel mercato dell’illuminazione a LED. Anche la mappatura della tensione varia da produttore a produttore. Molti di loro gestiscono gamme 0-10V (o 1-10V), dove la tensione più bassa indica il livello di uscita più basso e il livello più alto indica l’uscita più luminosa, mentre altri possono utilizzare uno schema 10-1V (o 10-0V), dove il livello più alto indica il livello di uscita più basso mentre il livello più basso indica il livello di uscita più alto. Quindi, sii pronto a sondare il tuo dispositivo per avere un’idea del giusto metodo di controllo.
Come dimmerare i tuoi LED ‘dimmerabili’?
Ho solo una piccola esperienza con il protocollo 0(1)-10V. Ho trovato un modo per ottenere l’uso di alcuni driver LED ‘Mean Well’ (grazie al mio anziano vicino). Questi fantastici driver LED offrono la funzione di dimmerazione con tre diversi segnali d’ingresso/impostazione, cioè DC 0(1)-10V, dimmerazione con resistenza 100KΩ e modulazione di larghezza d’impulso (PWM). La prima opzione è quella di provare un semplice potenziometro da 100KΩ. Questo è veloce, economico e facile. Vedi la figura qui sotto per come collegare un potenziometro standard da 100KΩ ai fili di regolazione.
L’opzione successiva è l’uso di un ‘potenziometro elettronico’ commerciale, spesso chiamato ‘DC 0(1)-10V Dimmer’ (0-10V/1-10V spec grade dimmer) perché funziona felicemente con la porta di regolazione del driver LED.
L’ultima (e per lo più maker-friendly) soluzione di dimmerazione è quella di utilizzare un segnale PWM generato da un interruttore/controllore di dimmerazione. Naturalmente, un microcontrollore Arduino può essere usato per fornire un adeguato segnale PWM (~100Hz-120Hz tipico) ai fili dimming per regolare l’uscita della luce. In tal caso, man mano che il duty cycle del PWM viene ridotto, il controllore del LED abbasserà l’uscita del driver del LED. Vale la pena notare che il driver LED in questione deve essere caricato il più vicino possibile alla sua potenza nominale di uscita massima (90-95%) per garantire un’esperienza di dimmerazione fluida.
Idee di dimmerazione in casa con microcontrollori
Sono arrivato al punto. Questa sessione è su come costruire e applicare dimmer per il controllo dell’illuminazione. I pensieri teorici casuali sono gli schemi più semplici. Ora vorrei condividere le mie idee su come usare un microcontrollore come nucleo per controllare apparecchi a LED con driver dimmerabili identici a quelli introdotti qui.
Fondamentalmente, ciò di cui abbiamo bisogno per lo schema 0(1)-10V è un convertitore digitale-analogico (D/A o DAC). In questo caso vogliamo che l’intera gamma sia 0-10VDC. Ecco un’idea rude che probabilmente funzionerà:
Il circuito mostrato sopra è un semplice amplificatore operazionale non invertente (Op-Amp). Quando l’op-amp riceve un ingresso sull’uscita non invertente, alzerà o abbasserà l’uscita fino a quando il livello sulla sua uscita invertente sarà uguale. Siccome c’è un divisore di tensione che restituisce la tensione di uscita finale, la tensione di uscita sarà Vin x (1+(R1/R2)). Idealmente, con resistenze di uguale valore, l’amplificazione è uguale a x2 e l’uscita quando è pilotata da un microcontrollore a 5V dovrebbe essere 10V. Tuttavia, il microcontrollore potrebbe non emettere esattamente 5V. L’uscita finale può essere regolata aggiungendo un trimmer multigiro da 10KΩ al centro del divisore di tensione. Puoi trovare un’altra idea qui https://www.codrey.com/electronic-circuits/pwm-to-voltage-module-v1/
Sei libero di usare il tuo metodo per completare questo concetto. Tuttavia puoi provare un potenziometro digitale (https://www.electroschematics.com/learn-use-digital-potentiometers/) nel tuo circuito Arduino, o usare la ‘scrittura analogica’ al pin PWM (più avanti).
Un altro modo per ottenere risultati molto migliori, specialmente con microcontrollori a 3.3V, è l’uso di un chip DAC dedicato come l’MCP4725. L’MCP4725 è un chip DAC a 12 bit (0-4095), rail-to-rail, che ha anche una EEPROM a bordo. Vedi https://www.electroschematics.com/arduino-dac-guide/.
Cercando soluzioni di design off-the-peg?
Per fortuna, gli hobbisti e i costruttori di elettronica seri possono ora costruire i loro interi apparecchi di illuminazione LED dimmerabili a casa, poiché c’è una vasta gamma di soluzioni a semiconduttori nel mercato dell’elettronica. Per esempio, l’iW337 da ‘dialog semiconductor’ è un controller di interfaccia di segnale per analogico (0-10V), Pulse Width Modulation, e Dimming Resistor.
Il chip converte uno di questi tre segnali di ingresso in un duty cycle PWM 1%-100% (100Hz-50kHz) che può essere utilizzato per fornire un segnale di dimmerazione a un driver LED lato primario. Vedere il suo tipico circuito di applicazione qui sotto.
Il CDM10V è un’altra soluzione flessibile di dimmerazione 0-10V offerta da ‘Infineon Technologies’ (http://www.infineon.com/CDM10V). Il chip CDM10V è un’interfaccia dimming 0-10V completamente integrata che può essere usata per trasmettere segnali analogici basati sulla tensione da un dimmer o potenziometro 0-10V all’ingresso dimming o PWM di un chip controller di illuminazione sotto forma di un segnale PWM a corrente 5 mA e frequenza programmabile (0-100%) per guidare un optoaccoppiatore esterno. Inoltre, la sua porta seriale permette la riconfigurazione una tantum dei parametri per la funzione del dispositivo.
Note conclusive…
Per chi lo sa o non lo sa, ci sono diversi sistemi di controllo che lavorano bene con l’illuminazione a LED, ma i più comunemente usati nell’illuminazione professionale a LED sono i sistemi 0-10V, 1-10V, DALI e DMX. https://www.electroschematics.com/an-introduction-to-the-digital-multiplex-protocol/
Ora sto aspettando alcuni componenti e dispositivi speciali (barca lenta dalla Cina). La lista include un paio di componenti discreti, e alcuni driver LED MeanWell. Fornirò un altro post ‘aggiornato’ in questa serie nel prossimo mese o giù di lì, mostrando almeno una costruzione pratica (forse con un ato adatta le caratteristiche sink/source) e il suo funzionamento. Fino ad allora divertitevi a costruire i vostri progetti. Ricordatevi di scegliere una lampada a LED corretta che funzioni bene con l’hardware proposto prima di impegnare i vostri esperimenti. E, assicuratevi che non ci sia un disadattamento tra l’elettronica della ‘scatola’ del driver e la ‘manopola’ del dimmer.
Tutto sommato, questo articolo è semplicemente un primer per principianti per fare poca luce sulle tecniche di dimmerazione a bassa tensione ‘0(1)-10V’. Spero che questo aiuti gli altri e che anche loro possano imparare da questo. Dal momento che il mercato del dimming architettonico comprende una brutta gamma di metodi di dimming analogico standard (e non standard), per favore usa la tua capacità di apprendimento al massimo quando segui queste idee. Inoltre, ho spudoratamente rubato ‘pezzi di teoria’ da una confusa accozzaglia di pubblicazioni OEM cinesi, quindi non sono date garanzie!
Questo è tutto per ora, grazie per la vostra attenzione, state attenti con l’elettricità fatale!
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Addendum: Anche un pigro Googling della parola chiave “moduli dimmer PWM LED con potenziometro o controllo analogico 0-10 V” restituirà una valanga di dati utili. Questa è una rapida specifica di un tale dispositivo commerciale, open-frame, semi-knockdown, che ho trovato online.