I dag ger avancerad elektronikteknik oss både högkvalitativa ljusdämpningslösningar och ytterligare möjligheter att spara värdefull energi. Särskilt analog dimning är en av de mest populära dimningsteknikerna i kommersiella utrymmen. Den här artikeln är en tyrolerguide till några av de allmänna tekniker och idéer som allmänt används vid analog dimning. Observera dock att analog dimning består av två grenar – strömledningsdimning och lågspänningsdimning. Det primära fokuset här är på den senare, lågspänningsdimning!

Lågspänningsdimning (0-10V & 1-10V) förklarad

Lågspänningsdimning använder ytterligare kablar för att ta emot lågspänningssignaler för att styra en högspänningsförballast/drivrutin för att justera ljusflödet baserat på den mottagna styrsignalen. Den vanligaste dimningsmetoden är 0-10V-dimning som i stort sett använder en analog lågspänningssignal för att reglera ljusstyrkan hos den lysrörsbelysning/faststadsbelysningslast som är ansluten till drivrutinens utgång. Det finns också en 1-10V-dimning, ett annat analogt protokoll som används för att dimma allmän belysning (båda protokollen använder spänningsnivåer för att kommunicera med drivrutinen). 0-10V-metoden används vanligtvis för underhållningsbelysning medan 1-10V-metoden är vanligare i allmänbelysning.

0-10V- och 1-10V-typologier är lätta att lära sig. Men eftersom de inte stöder dubbelriktad kommunikation kan tilläggssystem vara nödvändiga om sensorer behövs. Båda de analoga protokollen använder spänningsnivåer för att “prata” med föraren. En spänning på 10 V används för maximalt ljusflöde och lägre spänningar används för lägre ljusflöde. Som du kan se i figuren nedan (tack vare www.eldoled.com) ändras inte ljusstyrkan mellan 9,1 V och 10 V i många system. På samma sätt finns det knappt någon förändring mellan 0,5V och 1,5V också (under 0,5V slocknar ljuset). Dessa marginaler är viktiga för att kompensera för toleranser som är integrerade i 0-10V- och 1-10V-systemen.

En detaljerad dimningsresponsdiagram för 1-10V (även 0-10V) återfinns i figuren nedan (tack vare www.meanwell.eu).

I korthet använder 0-10V-dimning en analog lågspänningssignal för att justera dimningsnivån för den anslutna lasten. Många lasttyper, inklusive lysrör och LED, använder denna traditionella metod för dimning. Det grundläggande ledningsschemat består av en högspänningskretsledning och en sekundär uppsättning lågspänningskontroll-/signalkablar som ansluter förkopplingsdonet (drivdonet) till dimmerkontrollen.

0-10V i verkligheten – annorlunda än normen

Som framgår av en guidebok på nätet är den viktigaste skillnaden mellan 0-10V och 1-10V att 0-10V vanligtvis är ett strömkällesystem, Det innebär att dimmeranordningen tillhandahåller strömmen för 0-10V-signalerna (en nätanslutning till dimmeranordningen är alltså nödvändig), medan 1-10V är ett strömsänksystem, vilket innebär att dimmeranordningen inte behöver nätström (för att stänga av ljuset är en nätströmbrytare absolut nödvändig). Jag tvivlar på dessa billets, så om du har möjlighet kan du göra lite forskning själv.

Det har dessutom noterats att även om “IEC-standard 60929” beskriver 0-10V-styrningsmetoden är det många tillverkare som inte följer den. Detta gäller särskilt på marknaden för LED-belysning. Spänningsmappningen varierar också från tillverkare till tillverkare. Många av dem gestaltar 0-10V (eller 1-10V) intervall, där den lägsta spänningen anger den lägsta utgångsnivån och den högsta nivån anger den ljusaste utgångsnivån, medan vissa andra kan använda ett 10-1V (eller 10-0V) schema, där den högsta nivån anger den lägsta utgångsnivån medan den lägsta nivån anger den högsta utgångsnivån. Så var beredd på att sondera din enhet för att få en uppfattning om rätt styrmetod.

Hur dimmar du dina “dimbara” lysdioder?

Jag har bara lite erfarenhet av 0(1)-10V-protokollet. Jag hittade ett sätt att få användning av några ‘Mean Well’ LED-drivrutiner (tack vare min äldre granne). Dessa coola LED-drivrutiner erbjuder dimningsfunktion med tre olika ingångssignaler/uppsättningar, dvs. DC 0(1)-10V, 100KΩ motståndsdimning och pulsbreddsmodulering (PWM). Det första alternativet är att bara prova en enkel 100KΩ-potentiometer. Detta är snabbt, prisvärt och enkelt. Se nedanstående figur för hur man ansluter en 100KΩ standardpotentiometer till dimmerledningarna.

Nästa alternativ är att använda en kommersiell “elektronisk potentiometer”, ofta kallad “DC 0(1)-10V Dimmer” (0-10V/1-10V spec grade dimmer) eftersom den fungerar bra med LED-drivrutinens dimmerport.

Den sista (och mest tillverkarvänliga) dimningslösningen är att använda en PWM-signal som genereras av en dimningsbrytare/styrenhet. Naturligtvis kan en Arduino-mikrokontroller användas för att leverera lämplig PWM-signal (~100Hz-120Hz typiskt) till dimmerledningarna för att reglera ljusflödet. I så fall kommer LED-kontrollen att sänka LED-drivrutinens effekt när PWM-signalens arbetscykel minskas. Det är värt att notera att den berörda LED-drivrutinen måste belastas så nära sin nominella maximala effektutgång (90-95 %) som möjligt för att säkerställa en jämn dimning.

Dimningsidéer med mikrokontroller

Jag börjar komma till saken. Den här sessionen handlar om hur man bygger och tillämpar dimmers för belysningsstyrning. De slumpmässiga teoretiska tankarna är de enklaste systemen. Nu vill jag dela med mig av mina idéer om hur man använder en mikrokontroller som kärna för att styra LED-armaturer med dimbara drivrutiner som är identiska med de som presenteras här.

Grundläggande är att det vi behöver för 0(1)-10V-schemat är en digital-till-analog-omvandlare (D/A eller DAC). I det här fallet vill vi att hela intervallet skall vara 0-10VDC. Här är en oförskämd idé som förmodligen kommer att fungera:

Kretsen som visas ovan är en enkel icke-inverterande operationsförstärkare (Op-Amp). När op-förstärkaren får en ingång på den icke-inverterande utgången kommer den att höja eller sänka utgången tills nivån på den inverterande utgången är matchad. Eftersom det finns en spänningsdelare för att återkoppla den slutliga utgångsspänningen kommer utgångsspänningen att vara Vin x (1+(R1/R2)). I idealfallet, med lika stora motstånd, är förstärkningen lika med x2 och utgången när den drivs av en 5V-mikrokontroller bör vara 10V. Det kan dock hända att mikrokontrollern inte ger exakt 5V. Den slutliga utgången kan trimmas genom att lägga till en 10KΩ multiturn trimpot i mitten av spänningsdelaren. Du kan hitta en annan idé här https://www.codrey.com/electronic-circuits/pwm-to-voltage-module-v1/

Du är fri att använda din egen metod för att slutföra detta koncept. Du kan dock antingen prova en digital potentiometer (https://www.electroschematics.com/learn-use-digital-potentiometers/) i din Arduino-krets eller använda “analogwrite” till PWM-stiftet (mer om det senare).

Ett annat sätt att få mycket bättre resultat, särskilt med 3,3V-mikrokontroller, är att använda ett dedikerat DAC-chip som MCP4725. MCP4725 är ett 12 bitars (0-4095), rail-to-rail, DAC-chip, som också har en inbyggd EEPROM. Se https://www.electroschematics.com/arduino-dac-guide/.

Looking for off-the-peg design solutions?

Glatt nog kan seriösa elektronikhobbister och tillverkare nu bygga sina egna hela dimbara LED-belysningsarmaturer hemma, eftersom det finns ett stort utbud av halvledarlösningar på elektronikmarknaden. Till exempel iW337 från “dialog semiconductor” är en signalgränssnittsstyrning för analog (0-10V), pulsbreddsmodulering och resistansdimning.

Chippet omvandlar någon av dessa tre ingångssignaler till en PWM-taktcykel på 1 %-100 % (100 Hz-50 kHz) som kan användas för att ge en dimningssignal till en LED-drivrutin på primärsidan. Se dess typiska applikationskrets nedan.

CDM10V är en annan flexibel 0-10V-dimningslösning som erbjuds av “Infineon Technologies” (http://www.infineon.com/CDM10V). CDM10V-chippet är ett fullt integrerat 0-10V-dimningsgränssnitt som kan användas för att överföra analoga spänningsbaserade signaler från en 0-10V-dimmer eller potentiometer till dimnings- eller PWM-ingången i ett belysningsstyrningschip i form av en 5 mA strömbaserad, programmerbar PWM-signal med programmerbar frekvens (0-100 %) för att driva en extern optokopplare. Vidare möjliggör dess seriella port en engångsrekonfiguration av parametrar för enhetens funktion.

Slutanmärkningar…

För dem som känner till eller inte känner till finns det olika styrsystem som fungerar bra med LED-belysning, men de vanligaste som används i professionell LED-belysning är 0-10V-, 1-10V-, DALI- och DMX-system. https://www.electroschematics.com/an-introduction-to-the-digital-multiplex-protocol/

Nu väntar jag på några speciella komponenter och enheter (långsam båt från Kina). Listan innehåller ett par diskreta komponenter och några MeanWell LED-drivrutiner. Jag kommer att tillhandahålla ytterligare ett “uppdaterat” inlägg i den här serien under nästa månad eller så, som visar åtminstone ett praktiskt bygge (kanske med en ato anpassa sink/source-funktioner) och dess funktion. Fram till dess ha kul med att bygga dina egna projekt. Kom ihåg att välja en korrekt LED-lampa som fungerar bra med den föreslagna hårdvaran innan du begår dina experiment. Och se till att det inte finns någon missmatchning mellan elektroniken i drivrutinens “låda” och dimmerens “knopp”.

Tillsammans är den här artikeln bara en nybörjarprimer för att kasta lite ljus på “0(1)-10V” lågspänningsdimmningsteknik. Jag hoppas att detta hjälper andra och att de också kan lära sig av detta. Eftersom marknaden för arkitektonisk dimning omfattar ett otäckt utbud av standardiserade (och icke-standardiserade) analoga dimningsmetoder, var snäll och använd din inlärningsförmåga till fullo när du följer dessa idéer. Vidare stal jag skamlöst “teoribitar” från ett förvirrande virrvarr av kinesiska OEM-publikationer, därför ges inga garantier!

Det var allt för tillfället, tack för din uppmärksamhet, var försiktig med dödlig elektricitet!

…

Addendum: Till och med en lat Googling av nyckelordet “PWM LED Dimmer modules with potentiometer or analog 0-10 V control” ger en lavin av användbar data. Det här är en snabb specifikation av en sådan kommersiell, öppen ram, halvt nedsläckt enhet, som jag hittade på nätet.