Hoy en día, la tecnología electrónica avanzada nos ofrece tanto soluciones de regulación de luz de alta calidad como oportunidades adicionales para ahorrar una valiosa energía. En particular, la regulación analógica es una de las tecnologías de regulación más populares en los espacios comerciales. Este artículo es una guía para principiantes sobre algunas de las técnicas e ideas generales ampliamente utilizadas en la regulación analógica. Sin embargo, tenga en cuenta que la regulación analógica consta de dos ramas: la regulación por línea eléctrica y la regulación por baja tensión. El enfoque principal aquí es el último, la regulación de bajo voltaje.
Explicación de la regulación de bajo voltaje (0-10V & 1-10V)
La regulación de bajo voltaje utiliza cables adicionales para recibir señales de bajo voltaje para controlar un balasto/conductor de alto voltaje para ajustar la salida de luz basada en la señal de control recibida. El método de atenuación más común es la atenuación 0-10V que utiliza ampliamente una señal analógica de baja tensión para regular el nivel de brillo de la carga de iluminación fluorescente/de estado sólido conectada a la salida del driver. En particular, también existe la regulación 1-10V, otro protocolo analógico utilizado para regular la iluminación general (ambos protocolos utilizan niveles de tensión para comunicarse con el controlador). El método 0-10V se suele utilizar para la iluminación de entretenimiento, mientras que el método 1-10V es más común en la iluminación general.
Las tipologías 0-10V y 1-10V son fáciles de aprender. Sin embargo, como no admiten la comunicación bidireccional, pueden ser necesarios sistemas complementarios si se necesitan sensores. Ambos protocolos analógicos utilizan niveles de tensión para “hablar” con el controlador. Se utiliza un voltaje de 10V para una salida de luz máxima y voltajes más bajos para una salida de luz menor. Como se puede ver en la siguiente figura (gracias a www.eldoled.com), entre 9,1V y 10V no hay cambios en la luminosidad en muchos sistemas. Asimismo, entre 0,5V y 1,5V tampoco hay apenas cambios (por debajo de 0,5V la luz se apaga). Estos márgenes son esenciales para compensar las tolerancias que forman parte de los sistemas de 0-10V y 1-10V.
En la figura siguiente se puede encontrar un gráfico detallado de la respuesta de regulación de 1-10V (también de 0-10V) (gracias a www.meanwell.eu).
En pocas palabras, la regulación de 0-10V utiliza una señal analógica de baja tensión para ajustar el nivel de regulación de la carga conectada. Muchos tipos de carga, incluidos los fluorescentes y los LED, utilizan este método tradicional de regulación. El esquema de cableado básico consiste en un cableado de circuito de alto voltaje y un conjunto secundario de cables de control/señal de bajo voltaje que conectan el balasto (conductor) al control de regulación.
0-10V en la vida real – diferente de la norma
Como se encuentra en una guía en línea, la diferencia clave entre 0-10V y 1-10V es que 0-10V es generalmente un sistema de fuente de corriente, esto significa que el dispositivo de regulación proporciona la energía para las señales de 0-10V (una conexión de red al dispositivo de regulación es por lo tanto necesario), mientras que 1-10V es un sistema de disipación de corriente que significa que el dispositivo de regulación no necesita energía de la red (para apagar la luz un interruptor de red es absolutamente esencial). Dudo de estos tochos, así que si eres capaz, investiga un poco por ti mismo.
Además, se ha observado que aunque la “norma IEC 60929” detalla el método de control de 0-10V, muchos fabricantes no lo siguen. Esto es especialmente cierto en el mercado de la iluminación LED. El mapeo de la tensión también varía de un fabricante a otro. Muchos de ellos gestan rangos de 0-10V (o 1-10V), donde la tensión más baja indica el nivel de salida más bajo y el nivel más alto indica la salida más brillante, mientras que otros pueden utilizar un esquema de 10-1V (o 10-0V), donde el nivel más alto indica el nivel de salida más bajo mientras que el nivel más bajo indica el nivel de salida más alto. Así que, prepárate para probar tu dispositivo para tener una idea sobre el método de control correcto.
¿Cómo atenuar tus LEDs ‘regulables’?
Sólo tengo un poco de experiencia con el protocolo 0(1)-10V. He encontrado una manera de conseguir el uso de algunos controladores de LED ‘Mean Well’ (gracias a mi vecino mayor). Estos controladores de LEDs ofrecen la función de atenuación con tres señales de entrada diferentes, es decir, DC 0(1)-10V, atenuación por resistencia de 100KΩ, y modulación por ancho de pulso (PWM). La primera opción es simplemente probar un simple potenciómetro de 100KΩ. Esto es rápido, asequible y fácil. Vea la siguiente figura para saber cómo conectar un potenciómetro estándar de 100KΩ a los cables de regulación.
La siguiente opción es el uso de un ‘potenciómetro electrónico’ comercial, a menudo llamado como ‘DC 0(1)-10V Dimmer’ (0-10V/1-10V spec grade dimmer) porque funciona felizmente con el puerto de regulación del controlador de LED.
La última solución de atenuación (y la más amigable para el fabricante) es utilizar una señal PWM generada por un interruptor/controlador de atenuación. Naturalmente, un microcontrolador Arduino puede ser utilizado para entregar la señal PWM adecuada (~100Hz-120Hz típico) a los cables de atenuación para regular la salida de luz. Si es así, al reducirse el ciclo de trabajo del PWM, el controlador de LEDs bajará la salida del controlador de LEDs. Vale la pena señalar que el controlador de LED en cuestión necesita ser cargado lo más cerca posible de su salida de potencia máxima nominal (90-95%) para asegurar una experiencia de atenuación suave.
Ideas de atenuación en casa con microcontroladores
Voy al grano. Esta sesión es sobre cómo construir y aplicar dimmers para el control de la iluminación. Los pensamientos teóricos aleatorios son los esquemas más fáciles. Ahora me gustaría compartir mis ideas sobre cómo utilizar un microcontrolador como el núcleo para controlar las luminarias LED con controladores regulables idénticos a los introducidos aquí.
Básicamente, lo que necesitamos para el esquema de 0(1)-10V es un convertidor de digital a analógico (D/A o DAC). En este caso queremos que todo el rango sea 0-10VDC. Aquí hay una idea ruda que probablemente funcionará:
El circuito mostrado arriba es un simple amplificador operacional no inversor (Op-Amp). Cuando el op-amp recibe una entrada en la salida no inversora, subirá o bajará la salida hasta igualar el nivel en su salida inversora. Como hay un divisor de tensión para retroalimentar la tensión de salida final, la tensión de salida será Vin x (1+(R1/R2)). Idealmente, con resistencias de igual valor, la amplificación es igual a x2 y la salida cuando es conducida por un microcontrolador de 5V debería ser de 10V. Sin embargo, el microcontrolador puede no dar una salida exacta de 5V. La salida final se puede recortar añadiendo un trimpot multivuelta de 10KΩ en el centro del divisor de tensión. Puedes encontrar otra idea aquí https://www.codrey.com/electronic-circuits/pwm-to-voltage-module-v1/
Eres libre de usar tu propio método para completar este concepto. Sin embargo, puedes probar con un potenciómetro digital (https://www.electroschematics.com/learn-use-digital-potentiometers/) en tu circuitería de Arduino, o utilizar el ‘analogwrite’ al pin PWM (más adelante).
Otra forma de obtener resultados mucho mejores, especialmente con microcontroladores de 3,3V, es el uso de un chip DAC dedicado como el MCP4725. El MCP4725 es un chip DAC de 12 bits (0-4095), de carril a carril, que también tiene una EEPROM incorporada. Ver https://www.electroschematics.com/arduino-dac-guide/.
¿Buscando soluciones de diseño fuera de serie?
Por suerte, los aficionados a la electrónica y los fabricantes pueden ahora construir sus propios dispositivos de iluminación LED regulables en casa, ya que hay una amplia gama de soluciones de semiconductores en el mercado de la electrónica. Por ejemplo, el iW337 de ‘dialog semiconductor’ es un controlador de interfaz de señal para analógica (0-10V), modulación de ancho de pulso y atenuación de resistencia.
El chip convierte cualquiera de estas tres señales de entrada en un ciclo de trabajo PWM del 1% al 100% (100Hz-50kHz) que puede utilizarse para proporcionar una señal de atenuación a un controlador LED del lado primario. Vea su circuito de aplicación típico a continuación.
El CDM10V es otra solución flexible de regulación de 0-10V ofrecida por ‘Infineon Technologies’ (http://www.infineon.com/CDM10V). El chip CDM10V es una interfaz de atenuación de 0-10V totalmente integrada que puede utilizarse para transmitir señales analógicas basadas en la tensión de un atenuador o potenciómetro de 0-10V a la entrada de atenuación o PWM de un chip controlador de iluminación en forma de una señal PWM de 5 mA basada en la corriente y de frecuencia programable (0-100%) para controlar un optoacoplador externo. Además, su puerto serie permite la reconfiguración de una sola vez de los parámetros para la función del dispositivo.
Notas finales…
Para los que saben o no saben, hay diversos sistemas de control que funcionan bien con la iluminación LED, pero los más utilizados en la iluminación LED profesional son los sistemas 0-10V, 1-10V, DALI y DMX. https://www.electroschematics.com/an-introduction-to-the-digital-multiplex-protocol/
Ahora estoy esperando algunos componentes y dispositivos especiales (barco lento desde China). La lista incluye un par de componentes discretos, y algunos drivers LED de MeanWell. Voy a proporcionar otro post “actualizado” en esta serie en el próximo mes o así, mostrando al menos una construcción práctica (tal vez con un ato adaptar características de fregadero / fuente) y su funcionamiento. Hasta entonces, diviértete construyendo tus propios proyectos. Recuerda elegir una lámpara LED correcta que funcione bien con el hardware propuesto antes de comprometer tus experimentos. Y, asegúrese de que no hay desajuste entre la electrónica del conductor ‘caja’ y el dimmer ‘perilla’.
Todo, este artículo es simplemente una cartilla de principiante para arrojar poca luz sobre el ‘0(1)-10V’ técnicas de regulación de baja tensión. Espero que esto ayude a otros y puedan aprender de esto también. Dado que el mercado de la atenuación arquitectónica comprende una desagradable gama de métodos de atenuación analógica estándar (y no estándar), por favor utilice su capacidad de aprendizaje al máximo cuando siga estas ideas. Además, he robado descaradamente ‘bits de teoría’ de un confuso revoltijo de publicaciones chinas OEM, por lo tanto, no se dan garantías!
Eso es todo por ahora, gracias por su atención, tenga cuidado con la electricidad fatal!
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Addendum: Incluso una perezosa búsqueda en Google de la palabra clave “PWM LED Dimmer módulos con potenciómetro o analógico 0-10 V de control” devolverá una avalancha de datos útiles. Esta es una especificación rápida de un dispositivo comercial, de marco abierto, semi-cruzado, que encontré en línea.