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0-10V Dimmerpack


Das hier beschriebene einphasige analoge Dimmerpack arbeitet mit 0-10V Signalen, wobei 0V aus und 10V full on bedeutet. Obwohl die Technik seit der Einführung von DMX512 veraltet ist, eignet sich diese Schaltung dennoch sehr gut zum Verstehen der Funktionsweise von Dimmerpacks. Unter gewissen Rahmenbedingungen (garantierte Ausfallsicherheit unter widrigen Umwelteinflüssen) ist sie sogar manchmal noch einem DMX basierten Aufbau vorzuziehen.

Ein 0-10V Dimmerpack besteht aus

1     Analogcontroller
1-8 Lastteile

0-10V Controller

Analogcontroller (Rev. 1.2)

Dies ist das "Gehirn" eines jeden analogen Dimmerpacks. Die Eingangsspannungen werden mit einem netzsynchronen Sägezahn verglichen und im richtigen Moment nach dem Nulldurchgang der gewünschte Triac gezündet. (Diese Methode nennt man Phasenanschnitt.) Je präziser und stabiler der Analogcontroller arbeitet desto besser ist die spürbare Performance des gesamten Packs.

 

 

 

 

Schaltung

Bauteile für den Analogcontroller

TR1
B1
D1
Q1
IC1, 2
IC3
IC4
C1
C2
C3, 4
C5, 6
C7
R1
R2
R3, 5, 9
R4
R6
R7
R8
R10
R11
R12
R13
1*12V / 2,7W (EI30)
Gleichrichter rund
1N4007
BC547
LM324N (DIL14)
7812
LM358N (DIL8)
2nF
1nF
22nF
100µF / 25V
100nF
1 Ohm / 1W
47k
100k
200k
10k
600k
1,5k
250k lin. (PT10-Trimmer)
2,5k lin.        "
30k
7,5k

IC3, C5, 6, 7 bilden die Stromversorgung. D1 entkoppelt C5 von der Nulldurchgangserkennung: Diese besteht im Wesentlichen aus dem als Komparator geschalteten OPAmp IC4A. Ist die durch R2, 3 und C1, 2 gefilterte Spannung am - Eingang kleiner als die Spannung am Spannungsteiler R4, 5, schaltet IC4a durch und der Transistor Q1 kann C3 entladen. Durch eine Veränderung von R5 hat man also Einfluss auf die Präzision der Netzsynchronisation. Der Sägezahn wird über den als Integrator geschalteten IC4b erzeugt. Durch R9, 10 wird C3 kontinuierlich geladen und über R7 und C4 eine Netzanpassung vorgenommen. Der Maximalwert des Sägezahns lässt sich durch R11, 12, 13 einstellen. IC1 und 2 vergleichen den Input mit dem Sägezahn. Ist die Spannung des Sägezahns unterhalb der des Inputs gefallen, werden die Dimmermodule gezündet.

Layout

Platinenlayout (PCB) der Dimmersteuerung

Bestückung

Bestückung des Ramp-Generators in GROSS

Lastteile

Um mit den Logikpegeln des Controllers Scheinwerfer, etc. anzusteuern, benötigt man nun noch ein paar Lastteile. Dazu können folgende Module nachgebaut oder auf solid state relays ohne Nulldurchgangserkennung zurückgegriffen werden.   

Die folgenden Lastteile wurden mit 500W induktiver Last und mit 2000W ohmischer Last dauergetestet. Sie arbeiten in einem Temperaturbereich von -20°C bis 80°C stabil.

Die Schaltung basiert auf  Application Notes von Teccor und wurde von mir mit Hilfe der ANs von ON-Semiconductor 230V~ dauerfest gemacht. 

 

Schaltung

Bauteile für ein Dimmermodul

OK1
T1
R1
R2
R3
R4
R5-S
C1-D
C2
OUT
MOC3022
TIC 2XX
390Ω *
360Ω
470Ω
39Ω / 0,5W
weglassen
47nF / 630Vdc (MKS4 / RM7,5)
10nF / 630Vdc (MKS4 / RM7,5)
6,35mm Flachstecker Print

Die Bauteilkosten für ein Dimmermodul ohne Drossel liegen bei ca. 1,40€.

Sobald eine Spannung an der LED des Optotriacs anliegt, zündet dieser und entlädt C1-D, der sich während jeder Halbwelle auflädt, in das Gate des Leistungstriacs. C2 und R4 bilden das Snubbernetwork des Triacs und R3, C1-D das Filter für den Optotriac. Zusätzlich lassen sich Netzeinstreuungen durch eine Drossel entweder in der zentralen Zuleitung oder in den einzelnen Abgängen der Kanäle vermindern.

Da die meisten Controller eine Spannung lieber nach GND ziehen als selbst Strom zu liefern, wird + durchgeschleift und - geschaltet. Vcc (+) sollte 5V sein. Bei 12V ist R1 zu verdoppeln.

Die Versorgung der Module erfolgt - wie beim Switch - über den Kühlkörper. (Man verbindet den isoliert  und berührungssicher montierten Kühlkörper mit dem Netz und dieser versorgt über den Kontakt zum Triac die Lastteile mit Strom.) So kann die gesamte Anlage ohne große Verkabelung zentral versorgt werden. In mehrphasigen Systemen wird der Kühlstrang mit dem Nulleiter verbunden.

Ich habe für die Lastteile meiner Dimmer- und Switchpack eine Kombi-Platine für vier Kanäle mit integrierter ZC-Detection geroutet. Sollten weniger Kanäle auf einer Platine benötigt werden, kann die Platine auf die benötigte Anzahl abgelängt werden. Die Lastteile für Dimmer- und Switchpacks unterscheiden sich in der Bestückung der Platine.

Layout

Bestückung

Zur Entstörung sollte in jeden Kanalabgang eine Ringkerndrossel mit Eisenpulverkern gehängt werden: Diese Induktivitäten dämpfen die Transienten beim Phasenanschnitt und verhindern so ein Brummen in der PA und ein Summen der Glühwendeln. Zur Einschätzung dieser Dämpfung wird bei kommerziellen Dimmern häufig die 'rise time' angegeben. Hierbei handelt es sich um die Zeit (in µs) in der der Strom nach dem Zünden des Triacs von 10% auf 90% ansteigt. Nach Umformen einer Differentialfunktion lässt sich die benötigte Induktivität berechnen durch:

L = (t*U)/(2.198*I)

wobei 't' die risetime in [s], 'U' die Spannung in [V] und 'I' der Strom in [A] ist. Eine Risetime von 80µs (ca.1mH@10A) ist schon schön - für hochempfindlichen Studioumgebungen werden sogar Dimmer mit Risetimes von 500µs verbaut. Da solche Drosseln aber ziemlich teuer und schwer sind, werden vor allem in Billigprodukten derart winzige Drosseln (Insider: asiatische Singdrossel - wegen des Zwitscherns kurz vor dem Durchbrennen...) verbaut, dass diese höchstens eine Placebowirkung haben!


Front meines alten 0-10V Dimmerpacks