Heden ten dage geeft geavanceerde elektronica technologie ons zowel hoge kwaliteit licht-dim oplossingen als extra mogelijkheden om waardevolle energie te besparen. Met name analoog dimmen is een van de meest populaire dimtechnologieën in commerciële ruimten. Dit artikel is een gids voor een aantal van de algemene technieken en ideeën die veel worden gebruikt bij analoog dimmen. Maar let op, analoog dimmen bestaat uit twee takken – power line dimming en laagspanning dimming. De nadruk ligt hier op de laatste, het laag voltage dimmen!
Laag voltage (0-10V & 1-10V) dimmen uitgelegd
Laag voltage dimmen gebruikt extra kabels om laag voltage signalen te ontvangen voor het aansturen van een hoog voltage ballast/driver om de lichtopbrengst aan te passen op basis van het ontvangen stuursignaal. De meest voorkomende dimmethode is het 0-10V dimmen dat in grote lijnen een analoog laagspanningssignaal gebruikt om het helderheidsniveau te regelen van de fluorescente/vaststalen verlichtingsbelasting die is aangesloten op de uitgang van de driver. Er is ook een 1-10V dimmethode, een ander analoog protocol dat wordt gebruikt voor het dimmen van algemene verlichting (beide protocollen gebruiken spanningsniveaus om met de driver te communiceren). De 0-10V methode wordt meestal gebruikt voor amusementsverlichting, terwijl de 1-10V methode meer wordt gebruikt in algemene verlichting.
0-10V en 1-10V typologieën zijn gemakkelijk te leren. Aangezien zij echter geen bidirectionele communicatie ondersteunen, kunnen extra systemen nodig zijn als sensoren nodig zijn. Beide analoge protocollen gebruiken spanningsniveaus om met de driver te “praten”. Een spanning van 10V wordt gebruikt voor maximale lichtopbrengst en lagere spanningen worden gebruikt voor lagere lichtopbrengst. Zoals u kunt zien in de onderstaande figuur (met dank aan www.eldoled.com), is er tussen 9,1V en 10V in veel systemen geen verandering in de helderheid. Evenzo is er tussen 0,5V en 1,5V ook nauwelijks verandering (onder 0,5V gaat het licht uit). Deze marges zijn essentieel om de toleranties te compenseren die bij 0-10V en 1-10V systemen een rol spelen.
Een gedetailleerde dimresponsie-plot van 1-10V (ook 0-10V) is te vinden in onderstaande figuur (met dank aan www.meanwell.eu).
In een notendop, bij 0-10V dimmen wordt gebruik gemaakt van een analoog laagspanningssignaal om het dimniveau van de aangesloten belasting aan te passen. Veel belastingen, waaronder fluorescentielampen en LED’s, maken gebruik van deze traditionele manier van dimmen. Het basisbedradingsschema bestaat uit een hoogspanningscircuit en een secundaire set laagspanningscontrole-/signaalkabels die het voorschakelapparaat (driver) verbinden met de dimmerregeling.
0-10V in het echt – anders dan de norm
Zoals te vinden in een online gids, is het belangrijkste verschil tussen 0-10V en 1-10V dat 0-10V meestal een stroombronsysteem is, dat wil zeggen dat het dimmer-apparaat de stroom levert voor de 0-10V signalen (een netaansluiting op het dimmer-apparaat is dus noodzakelijk), terwijl 1-10V een current sink systeem is, dat wil zeggen dat het dimmer-apparaat geen netspanning nodig heeft (om het licht uit te schakelen is een netschakelaar absoluut noodzakelijk). Ik betwijfel deze wetsvoorstellen, dus als je in staat bent, doe dan zelf een beetje onderzoek.
Verder is opgemerkt dat, hoewel de “IEC standaard 60929” de 0-10V besturingsmethode beschrijft, veel fabrikanten deze niet volgen. Dit is met name het geval op de markt voor LED-verlichting. Ook de spanningsmapping verschilt van fabrikant tot fabrikant. Velen van hen hanteren een 0-10V (of 1-10V) schema, waarbij de laagste spanning het laagste uitgangsniveau aangeeft en het hoogste niveau het helderste uitgangsniveau, terwijl anderen een 10-1V (of 10-0V) schema gebruiken, waarbij het hoogste niveau het laagste uitgangsniveau aangeeft en het laagste niveau het hoogste uitgangsniveau. Wees dus bereid om uw apparaat te peilen om een idee te krijgen van de juiste regelmethode.
Hoe dimt u uw ‘dimbare’ LED’s?
Ik heb alleen een beetje ervaring met het 0(1)-10V protocol. Ik heb een manier gevonden om gebruik te maken van een aantal ‘Mean Well’ LED drivers (met dank aan mijn bejaarde buurman). Deze coole LED-drivers bieden een dimfunctie met drie verschillende ingangssignalen/instellingen, d.w.z. DC 0(1)-10V, 100KΩ weerstand dimmen, en pulsbreedtemodulatie (PWM). De eerste optie is om gewoon een eenvoudige 100KΩ potentiometer te proberen. Dit is snel, betaalbaar en gemakkelijk. Zie de onderstaande figuur voor het aansluiten van een standaard 100KΩ potentiometer op de dimdraden.
De volgende optie is het gebruik van een in de handel verkrijgbare ‘elektronische potentiometer’, vaak ‘DC 0(1)-10V Dimmer’ genoemd (0-10V/1-10V spec grade dimmer), omdat deze probleemloos werkt met de dimpoort van de LED-driver.
De laatste (en meest maker-vriendelijke) dimoplossing is het gebruik van een PWM-signaal dat wordt gegenereerd door een dimschakelaar/controller. Uiteraard kan een Arduino-microcontroller worden gebruikt om een geschikt PWM-signaal (~100Hz-120Hz) af te geven aan de dimdraden om de lichtopbrengst te regelen. Als de duty cycle van de PWM wordt verlaagd, zal de LED controller de output van de LED driver verlagen. Het is vermeldenswaard dat de betrokken LED-driver zo dicht mogelijk bij zijn nominale maximale vermogen (90-95%) moet worden belast om een soepele dimervaring te garanderen.
In-house dimideeën met microcontrollers
Ik kom bij het punt. Deze sessie gaat over hoe dimmers te bouwen en toe te passen voor verlichtingscontrole. De willekeurige theoretiche gedachten zijn de gemakkelijkste schema’s. Nu wil ik graag mijn ideeën delen over hoe je een microcontroller als kern kunt gebruiken om LED-armaturen te besturen met dimbare drivers die identiek zijn aan de hier geïntroduceerde.
Basically, what we need for 0(1)-10V scheme is a digital-to analog converter (D/A or DAC). In dit geval willen we dat het volledige bereik 0-10VDC is. Hier is een ruw idee dat waarschijnlijk zal werken:
De hierboven getoonde schakeling is een eenvoudige niet-inverterende operationele versterker (Op-Amp). Wanneer de op-amp een ingang op de niet-inverterende uitgang ontvangt, zal hij de uitgang verhogen of verlagen totdat het niveau op zijn inverterende uitgang is geëvenaard. Aangezien er een spanningsdeler is om de uiteindelijke uitgangsspanning terug te koppelen, zal de uitgangsspanning Vin x (1+(R1/R2)) zijn. In het ideale geval, met weerstanden van gelijke waarde, is de versterking gelijk aan x2 en de uitgang bij aansturing door een 5V microcontroller zou 10V moeten zijn. Het is echter mogelijk dat de microcontroller niet exact 5V uitvoert. De uiteindelijke uitgang kan worden getrimd door een 10KΩ multiturn trimpot toe te voegen in het midden van de spanningsdeler. Een ander idee vindt u hier https://www.codrey.com/electronic-circuits/pwm-to-voltage-module-v1/
Het staat u vrij uw eigen methode te gebruiken om dit concept te voltooien. Niettemin kunt u ofwel een digitale potentiometer (https://www.electroschematics.com/learn-use-digital-potentiometers/) in uw Arduino-schakelingen proberen, of de ‘analogwrite’ naar de PWM-pin gebruiken (waarover later meer).
Een andere manier om veel betere resultaten te krijgen, vooral met 3,3V microcontrollers, is het gebruik van een speciale DAC-chip zoals de MCP4725. De MCP4725 is een 12 bit (0-4095), rail-to-rail, DAC chip, die ook een onboard EEPROM heeft. Zie https://www.electroschematics.com/arduino-dac-guide/.
Op zoek naar kant-en-klare ontwerp-oplossingen?
Gelukkig kunnen serieuze elektronica-hobbyisten en -bouwers nu zelf thuis hun eigen volledig dimbare LED-verlichtingsarmaturen bouwen, aangezien er op de elektronicamarkt een breed scala aan halfgeleideroplossingen te vinden is. Zo is de iW337 van ‘dialog semiconductor’ een signaalinterfacecontroller voor analoge (0-10V), pulsbreedtemodulatie en weerstandsdimmen.
De chip zet een van deze drie ingangssignalen om in een 1%-100% PWM (100Hz-50kHz) duty cycle die kan worden gebruikt om een dimsignaal te leveren aan een primaire LED-driver. Zie het typische toepassingscircuit hieronder.
De CDM10V is een andere flexibele 0-10V-dimoplossing die wordt aangeboden door ‘Infineon Technologies’ (http://www.infineon.com/CDM10V). De CDM10V-chip is een volledig geïntegreerde 0-10V-diminterface die kan worden gebruikt om analoge spanningsgebaseerde signalen van een 0-10V-dimmer of potentiometer naar de dim- of PWM-ingang van een verlichtingsregelaarchip te zenden in de vorm van een 5 mA stroomgebaseerd, programmeerbaar frequentie-PWM-signaal (0-100%) om een externe opto-koppelaar aan te sturen. Verder maakt de seriële poort het mogelijk de parameters voor de werking van het apparaat eenmalig te herconfigureren.
Sluitende opmerkingen…
Voor wie het weet of niet, er zijn diverse besturingssystemen die goed werken met LED-verlichting, maar de meest gebruikte in professionele LED-verlichting zijn 0-10V, 1-10V, DALI, en DMX-systemen. https://www.electroschematics.com/an-introduction-to-the-digital-multiplex-protocol/
Nu wacht ik op een aantal speciale componenten en apparaten (langzame boot uit China). Op de lijst staan een paar discrete componenten, en een paar MeanWell LED-drivers. Ik zal in de komende maand of zo nog een ‘bijgewerkte’ post in deze serie plaatsen, waarin ik tenminste een praktische bouw laat zien (misschien met een ato aanpassing van sink/source functies) en de werking ervan. Tot die tijd veel plezier met het bouwen van je eigen projecten. Vergeet niet om een juiste LED lamp te kiezen die goed werkt met de voorgestelde hardware voordat je je experimenten vastlegt. En, zorg ervoor dat er geen mismatch is tussen de elektronica van de driver ‘box’ en de dimmer ‘knop’.
Al met al, dit artikel is slechts een beginner primer om weinig licht te werpen op de ‘0(1)-10V’ laag-voltage dimtechnieken. Ik hoop dat dit anderen helpt en dat zij hier ook van kunnen leren. Aangezien de markt van architectonisch dimmen een vervelende reeks standaard (en niet-standaard) analoge dimmethodes omvat, gelieve uw leervermogen maximaal te gebruiken bij het doornemen van deze ideeën. Verder heb ik schaamteloos ‘theorie stukjes’ gestolen van een verwarrende wirwar van Chinese OEM publicaties, daarom worden er geen garanties gegeven!
Dat is alles voor nu, dank u voor uw aandacht, wees voorzichtig met dodelijke elektriciteit!
…
Addendum: Zelfs een luie Googling van het trefwoord “PWM LED Dimmer modules met potentiometer of analoge 0-10 V aansturing” zal een lawine van nuttige gegevens opleveren. Dit is een snelle spec van zo’n commerciële, open-frame, semi-knockdown apparaat, vond ik online.