Dzisiaj zaawansowana technologia elektroniczna daje nam zarówno wysokiej jakości rozwiązania do ściemniania oświetlenia, jak i dodatkowe możliwości oszczędzania cennej energii. W szczególności analogowe ściemnianie jest jedną z najbardziej popularnych technologii ściemniania w przestrzeniach komercyjnych. Ten artykuł jest przewodnikiem dla początkujących po niektórych ogólnych technikach i pomysłach szeroko stosowanych w ściemnianiu analogowym. Należy jednak pamiętać, że analogowe przyciemnianie składa się z dwóch gałęzi – przyciemniania linii zasilającej i przyciemniania niskiego napięcia. Główny nacisk kładziemy tutaj na to drugie, czyli ściemnianie niskonapięciowe!

Ściemnianie niskonapięciowe (0-10V & 1-10V) wyjaśnione

Ściemnianie niskonapięciowe wykorzystuje dodatkowe przewody do odbierania sygnałów niskonapięciowych do sterowania statecznikiem/sterownikiem wysokonapięciowym w celu dostosowania strumienia świetlnego na podstawie otrzymanego sygnału sterującego. Najbardziej powszechną metodą ściemniania jest ściemnianie 0-10V, które szeroko wykorzystuje analogowy sygnał niskiego napięcia do regulowania poziomu jasności obciążenia świetlówkowego/stałego oświetlenia podłączonego do wyjścia sterownika. Istnieje również ściemnianie 1-10V, inny analogowy protokół używany do ściemniania oświetlenia ogólnego (oba protokoły używają poziomów napięcia do komunikacji ze sterownikiem). Metoda 0-10V jest zwykle używana w oświetleniu rozrywkowym, podczas gdy metoda 1-10V jest bardziej powszechna w oświetleniu ogólnym.

Typologie 0-10V i 1-10V są łatwe do nauczenia. Jednakże, ponieważ nie obsługują one komunikacji dwukierunkowej, może być konieczne zastosowanie dodatkowych systemów, jeśli wymagane są czujniki. Oba protokoły analogowe wykorzystują poziomy napięć do “rozmowy” ze sterownikiem. Napięcie 10V jest używane dla maksymalnego strumienia świetlnego, a niższe napięcia są używane dla niższego strumienia świetlnego. Jak widać na poniższym rysunku (dzięki www.eldoled.com), pomiędzy 9,1V a 10V w wielu systemach nie ma zmiany jasności. Podobnie, pomiędzy 0.5V a 1.5V również nie ma prawie żadnych zmian (poniżej 0.5V światło gaśnie). Te marginesy są niezbędne do kompensacji tolerancji, które są integralną częścią systemów 0-10V i 1-10V.

Szczegółowy wykres odpowiedzi ściemniania 1-10V (0-10V również) można znaleźć na poniższym rysunku (dzięki www.meanwell.eu).

W skrócie, ściemnianie 0-10V wykorzystuje analogowy sygnał niskiego napięcia do regulacji poziomu przyciemnienia podłączonego obciążenia. Wiele typów obciążeń, w tym fluorescencyjne i LED, używa tej tradycyjnej metody ściemniania. Podstawowy schemat okablowania składa się z okablowania obwodu wysokiego napięcia i wtórnego zestawu niskiego napięcia sterowania / przewodów sygnałowych, które łączą statecznik (sterownik) do sterowania ściemniaczem.

0-10V w prawdziwym życiu – inaczej niż w normie

Jak można znaleźć w poradniku online, kluczową różnicą między 0-10V a 1-10V jest to, że 0-10V jest zazwyczaj systemem źródła prądowego, co oznacza, że urządzenie ściemniające zapewnia zasilanie dla sygnałów 0-10V (konieczne jest więc podłączenie sieciowe do urządzenia ściemniającego), natomiast 1-10V jest systemem current sink, co oznacza, że urządzenie ściemniające nie potrzebuje zasilania sieciowego (do wyłączenia światła absolutnie niezbędny jest wyłącznik sieciowy). Wątpię w te kęsy, więc jeśli jesteś w stanie, zrób trochę badań samodzielnie.

Co więcej, zauważono, że chociaż “norma IEC 60929” wyszczególnia metodę sterowania 0-10V, wielu producentów nie stosuje się do niej. Jest to szczególnie prawdziwe na rynku oświetlenia LED. Mapowanie napięcia również różni się w zależności od producenta. Wielu z nich stosuje zakresy 0-10V (lub 1-10V), gdzie najniższe napięcie wskazuje najniższy poziom wyjściowy, a najwyższy poziom wskazuje najjaśniejszy poziom wyjściowy, podczas gdy inni mogą stosować schemat 10-1V (lub 10-0V), gdzie najwyższy poziom wskazuje najniższy poziom wyjściowy, a najniższy poziom wskazuje najwyższy poziom wyjściowy. Tak więc, bądź przygotowany na sondowanie swojego urządzenia, aby zorientować się co do właściwej metody sterowania.

Jak przyciemnić swoje ‘ściemnialne’ diody LED?

Mam tylko małe doświadczenie z protokołem 0(1)-10V. Znalazłem sposób na wykorzystanie kilku sterowników LED ‘Mean Well’ (dzięki mojemu starszemu sąsiadowi). Te fajne sterowniki LED oferują funkcję ściemniania z trzema różnymi sygnałami wejściowymi/ustawieniami, tj. DC 0(1)-10V, ściemnianie przez rezystor 100KΩ oraz modulację szerokości impulsu (PWM). Pierwszą opcją jest po prostu wypróbowanie prostego potencjometru 100KΩ. Jest to szybkie, niedrogie i łatwe. Zobacz na poniższym rysunku jak podłączyć standardowy potencjometr 100KΩ do przewodów ściemniacza.

Następną opcją jest użycie jednego z komercyjnych ‘potencjometrów elektronicznych’, często nazywanego ‘DC 0(1)-10V Dimmer’ (0-10V/1-10V spec grade dimmer), ponieważ pracuje on szczęśliwie z portem ściemniania sterownika LED.

Ostatnim (i najbardziej przyjaznym dla makerów) rozwiązaniem jest użycie sygnału PWM generowanego przez przełącznik/kontroler ściemniający. Oczywiście, mikrokontroler Arduino może być użyty do dostarczenia odpowiedniego sygnału PWM (~100Hz-120Hz typowo) do przewodów ściemniacza, aby regulować moc światła. Jeśli tak, to w miarę zmniejszania cyklu pracy PWM, sterownik LED będzie obniżał moc wyjściową sterownika LED. Warto zauważyć, że dany sterownik LED musi być obciążony tak blisko swojej znamionowej mocy maksymalnej (90-95%), jak to tylko możliwe, aby zapewnić płynne ściemnianie.

Własne pomysły na ściemnianie za pomocą mikrokontrolerów

Dochodzę do sedna. Ta sesja jest o tym, jak budować i stosować ściemniacze do sterowania oświetleniem. Przypadkowe myśli teoretyczne to najprostsze schematy. Teraz chciałbym się podzielić moimi pomysłami jak wykorzystać mikrokontroler jako rdzeń do sterowania oprawami LED ze ściemnialnymi sterownikami identycznymi do tych przedstawionych tutaj.

Podstawowo, to czego potrzebujemy dla schematu 0(1)-10V to przetwornik cyfrowo-analogowy (D/A lub DAC). W tym przypadku chcemy, aby pełny zakres był 0-10VDC. Oto jeden niegrzeczny pomysł, który prawdopodobnie zadziała:

Obwód pokazany powyżej jest prostym nieodwracającym wzmacniaczem operacyjnym (Op-Amp). Kiedy op-amp otrzymuje wejście na nieodwracającym wyjściu, będzie podnosił lub obniżał poziom wyjściowy, aż poziom na jego odwracającym wyjściu zostanie dopasowany. Ponieważ istnieje dzielnik napięcia do sprzężenia zwrotnego ostatecznego napięcia wyjściowego, napięcie wyjściowe będzie równe Vin x (1+(R1/R2)). W idealnej sytuacji, z rezystorami o równej wartości, wzmocnienie jest równe x2 i napięcie wyjściowe przy wysterowaniu przez mikrokontroler 5V powinno wynosić 10V. Jednak mikrokontroler może nie dawać na wyjściu dokładnego 5V. Ostateczne napięcie na wyjściu można przyciąć dodając trymer 10KΩ w środku dzielnika napięcia. Możesz znaleźć inny pomysł tutaj https://www.codrey.com/electronic-circuits/pwm-to-voltage-module-v1/

Możesz użyć swojej własnej metody, aby zrealizować ten pomysł. Niemniej jednak możesz albo wypróbować cyfrowy potencjometr (https://www.electroschematics.com/learn-use-digital-potentiometers/) w swoim układzie Arduino, albo użyć ‘analogwrite’ do pinu PWM (więcej o tym później).

Innym sposobem na uzyskanie znacznie lepszych rezultatów, zwłaszcza z mikrokontrolerami 3.3V, jest użycie dedykowanego układu DAC, takiego jak MCP4725. MCP4725 jest 12-bitowym (0-4095), rail-to-rail, układem DAC, który posiada również wbudowaną pamięć EEPROM. Zobacz 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. Na przykład, iW337 z ‘dialog semiconductor’ jest kontrolerem interfejsu sygnału dla analogowego (0-10V), modulacji szerokości impulsu i rezystorowego ściemniania.

Układ konwertuje każdy z tych trzech sygnałów wejściowych na cykl pracy PWM 1%-100% (100Hz-50kHz), który może być użyty do dostarczenia sygnału ściemniania do sterownika LED po stronie pierwotnej. Zobacz jego typowy obwód aplikacyjny poniżej.

CdM10V jest kolejnym elastycznym rozwiązaniem ściemniania 0-10V oferowanym przez ‘Infineon Technologies’ (http://www.infineon.com/CDM10V). Układ CDM10V jest w pełni zintegrowanym interfejsem ściemniania 0-10V, który może być wykorzystywany do przesyłania analogowych sygnałów napięciowych ze ściemniacza lub potencjometru 0-10V do wejścia ściemniania lub PWM układu sterownika oświetlenia w postaci sygnału PWM o natężeniu 5 mA i programowalnej częstotliwości (0-100%) do wysterowania zewnętrznego opto-sprzęgacza. Ponadto jego port szeregowy umożliwia jednorazową rekonfigurację parametrów funkcji urządzenia.

Uwagi końcowe…

Dla tych, którzy są świadomi lub nie, istnieją różne systemy sterowania, które dobrze współpracują z oświetleniem LED, ale najczęściej używane w profesjonalnym oświetleniu LED są systemy 0-10V, 1-10V, DALI i DMX. https://www.electroschematics.com/an-introduction-to-the-digital-multiplex-protocol/

Teraz czekam na kilka specjalnych komponentów i urządzeń (slow boat z Chin). Na liście jest kilka elementów dyskretnych, oraz kilka sterowników LED firmy MeanWell. W ciągu najbliższego miesiąca opublikuję kolejny ‘zaktualizowany’ post z tej serii, pokazujący co najmniej jedną praktyczną konstrukcję (być może z ato adapt sink/source features) i jej działanie. Do tego czasu życzę miłej zabawy przy budowaniu własnych projektów. Pamiętajcie, aby przed rozpoczęciem eksperymentów wybrać odpowiednią lampę LED, która będzie dobrze współpracować z proponowanym sprzętem. I upewnij się, że nie ma żadnego niedopasowania pomiędzy elektroniką sterownika a gałką ściemniacza.

Wszystko to, ten artykuł jest tylko wstępem dla początkujących, aby rzucić trochę światła na niskonapięciowe techniki ściemniania ‘0(1)-10V’. Mam nadzieję, że to pomoże innym i będą mogli się czegoś z tego nauczyć. Ponieważ rynek ściemniaczy architektonicznych obejmuje paskudny zakres standardowych (i niestandardowych) analogowych metod ściemniania, proszę wykorzystać swoją zdolność uczenia się w maksymalnym stopniu podczas podążania za tymi pomysłami. Co więcej, bezwstydnie ukradłem “kawałki teorii” z zagmatwanej gmatwaniny chińskich publikacji OEM, dlatego nie daję żadnych gwarancji!

To wszystko na razie, dziękuję za uwagę, bądźcie ostrożni ze śmiertelną elektrycznością!

…

Uzupełnienie: Nawet leniwe wyszukiwanie w Googlach słowa kluczowego “PWM LED Dimmer modules with potentiometer or analog 0-10 V control” zwróci lawinę użytecznych danych. To jest szybka specyfikacja takiego komercyjnego, otwartego urządzenia typu open-frame, pół-zamkniętego, jaką znalazłem w sieci.

.