Upload
trandan
View
213
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
DIMMER mit PHASENANSCHNITT
Beim Phasenanschnitts-Dimmer schaltet man die Spannung bei jeder Halbwelle proportional zum
dimmenden Wert hinzu. Da man die Spannung von Beginn des Nulldurchganges her anschneidet, bis die
verbleibende Spannung und der damit verbundene proportionale Strom die gewollte gedimmte Leistung
übrig bleibt, spricht man vom Phasenanschnitt.
Zunächst muss der Nulldurchgang der Sinusspannung ermittelt werden. Sie wird benötigt, um damit eine zu
generierende Sägezahnspannung immer zum gleichen Zeitpunkt (beim Spannungsnulldurchgang) von
höchsten Wert bis hin zu 0 innerhalb der Halbwelle abnimmt. Parallel fügt man der Schaltung eine
Steuerspannung zu, die prozentual der zu dimmenden Leistung entsprechen soll. Dazu hat sich der
Steuerspannungbereich aus der Industrie bewährt und liegt bei 0 bis +10 Volt. Natürlich gibt es auch
Ausnahmen, so hat Strand zeitweise eine negative Spannung bevorzugt oder ADB lieber mit einer
Stromsteuerung gearbeitet.
Während der Steuerstom von ADB über einen Wiederstand einfach zu einer Spannung gewandelt werden
kann, war es beim Strand-Signal aufwendiger eine negative Spannung bei Bedarf auf eine positive
Spannung zu wandeln oder umgekehrt. Zurück zur Sägezahnspannung. Diese soll zunächst Ihr Minimum am
Ende der Halbwelle der Netzspannung erreichen und zu Beginn der Halbwelle die gleiche Amplitude
aufweisen wie die Maximale mögliche Steuerspannung. Je nach Höhe der Gleichspannung (Steuerspannung)
wird die abfallende Rampe der Sägezahnspannung die gleiche Höhe erreichen. Das soll erkannt werden (mit
Hilfe eines Komparators) um dann einen Zündimpuls für den Triac zu generieren. So erhält man der
Steuerspannung proportionale zeitliche Verzögerung der Thyristorzündung, sprich den Phasenanschnitt. Im
Folgenden wird eine Schaltung in einzelne Funktionsblöcke aufgeteilt und im Detail erläutert. Somit entsteht
ein funktionsfähiger Dimmer, den man durchaus zu Ausbildungszwecken unter Anleitung nachbauen
könnte. Der hier beschriebene Dimmer weist eine strikte Trennung mittels Optokoppler und Trafo von
Steuerteil zum Netz hinauf, wird aber in dieser Dimensionierung keine EMV Grenzwerte einhalten können
und ist so nicht für kommerzielle Zwecke geeignet.
Nullpunkterkennung
Ausgangspunkt ist die Netzspannung. Die anliegende Netzspannung (a) wird mittels Transformator (b) auf
eine Kleinspannung (c) transformiert. Der darauffolgende Brückengleichrichter (d) sorgt dafür, dass die
negative Halbwelle jetzt auch als positive Halbwelle zu Verfügung steht. Es steht also eine mit 100 Hz
pulsierende Gleichspannung (e) zu Verfügung. Die Pulsierende Gleichspannung (e) steuert den Transistor
T2 an (f). Dadurch leitet der Transistor T2 fast ständig und erhält nur bei den Spannungseinbrüchen, also
den eigentlichen Spannungs-Nulldurchgängen ganz kurz keinen Basisstrom. Ohne Basistrom sperrt der
Transistor T2 und die Versorgungsspannung liegt an Kollektor - Emitter an. Mann erhält also zu den
Nulldurchgängen einen Spannungsimpuls (g bzw. h).
Im Zeitalter von Mikrokontrollern bzw. DSPs (Digitale Signal Prozessoren) ist es möglich sehr komplexe
Algorithmen für eine präzise Nullpunkterkennung zu erstellen. So wird durchaus nicht nur der Wechsel von
+ nach - bzw. umgekehrt detektiert, sondern auch das bestimmen des Scheitelpunktes der Sinusschwingung.
Dabei können diese Werte durch 120° Phasenverschiebung auch für die anderen "Drehstrom"-Phasen
genutzt werden, was zwar präzise arbeitet, aber bei Ausfall einer einzelnen Phase muss hinterfragt werden
wie nun bei den verbleibenden Phasen der Nullpunkt erkannt wird, um einen Totalausfall zu vermeiden. So
wird oftmals für jede Phase und bei einigen Dimmersystemen sogar von Dimmermodul zu Dimmermodul
der Nulldurchgang einzeln detektiert, anstatt mit einer zentralen Detektion alle Dimmer mit dem
Phasenwinkel zentral zu versorgen. So können Kanalbedingte Netzrückwirkungen die nur lokale
Auswirkungen verursachen auch lokal bleiben. Weiter ist es mit Hilfe von Mikroprozessoren möglich
Tendenzen, Reihen und Wahrscheinlichkeiten zu errechnen. Die über einen längeren Zeitraum ermittelten
Nullpunkte erlauben Interpolation, was insbesondere bei Generatorbetrieb interessant wird. Denn
Generatoren mit Ihren deutlichen Innenwiederständen verschieben die Spannungsamplitude deutlich stärker,
als das starre Versorgungsnetz der EVUs, bei Lastwechsel oder plötzlich einsetzenden Leerlaufbetrieb. So
kann sich der Schaltpunkt bei Generatorbetrieb bei einfacher Nullduchgangserkennung gehörig verschieben.
Werden die Generatoren auf einem Schiff betrieben die durch Turbinen angetrieben werden, wie es heute
bei modernen Kreuzfahrtschiffen der Fall ist, dann ist leider die Versorgungsspannung sehr stark mit
Harmonischen Störungen überlagert, so das selbst gute DSPs Ihre Schwierigkeiten haben den Nullpunkt
jederzeit exakt zu bestimmen. Im Extremfall kann dann nur noch ein Dimmer der ohne Nullpunkterkennung
auskommt (wie der Sinusdimmer) bei diesen Umständen fehlerfrei arbeiten.. Grundsätzlich gilt, dass
überlagerte Störungen dafür sorgen, dass ein Nullpunkt zu auf zu früh erkannt wird und dadurch zu falschen
Zündwerten und damit zum Flackern führen kann. Je besser dafür gesorgt wird, dass die
Nullpunkterkennung auch den Nullpunkt definiert und nicht auf eine Störspitze reagiert wird, umso
flackerfreier wird der Dimmer arbeiten.
Um eine Sägezahnspannung zu bilden ist es einfach eine kontinuierlich ansteigende Spannung zu
generieren. Eine Spannung steigt kontinuierlich an, wenn man einen Kondensator mit einem konstanten
Strom versorgt. Am leichtesten lässt sich das so vorstellen wie beim Aufladen eines Akkus. Die
Ladespannung steigt innerhalb der Betriebsgrenzen bei konstanten Ladestrom zeitlich linear an. Im
Schaltungsbereich (i) wird ein Kondensator C1 mit einem Konstantstrom aufgeladen. Der Strom fließt über
R4 und P1 zum Kondensator. Die Höhe des Stromes wird durch P1 einstellbar, denn je höher der Strom ist,
umso schneller ist der Kondensator mit seiner Spannung auf unseren gewünschten Maximalwert
angestiegen. Damit aber der Maximalwert erst kurz vor dem nächsten Nulldurchgang erreicht wird, ist es
notwendig den Strom über P1 einzustellen.
Da sich aber mit Änderung der Spannung an C1 auch der Stromfluss zu C1 ändern könnte, aber einen
konstanten Stromfluss benötigt wird, damit die ansteigende Spannung eine schöne Gerade bildet, wird mit
dem Feldeffekttransistor T1 zusammen mit R4 und P1 eine Konstantstromquelle gebildet. Wenn nun der
Kondensator C1 mittels Konstantstrom bis zur Betriebsspannung aufgeladen ist, was könnte nun den
Kondensator dazu bewegen wieder Null Volt anzunehmen, so wie wir es für einen Sägezahn periodisch
wiederkehrend benötigen? Dazu nützen wir die vorhin erzeugten Nulldurchgangsimpulse (g bzw. h) und
steuern damit den Transistor T3 an. Wenn die Basis von T3 mit dem Nadelimpuls versorgt wird, ist die
Kollektor - Emitter leitend und der Kondensator C1 wird kurzgeschlossen. Der Kondensator wird entladen
und die Spannung an C1 ist wieder 0. Der Nadelimpuls (h) an Transistor T3 währt nicht lange und eine
erneute Aufladung des C1 beginnt. Es entsteht die Sägezahnspannung (j).
Jetzt ist es nur so, dass bei kleiner Steuerspannung nur wenig Spannung vom Triac durchgeschaltet werden
soll. Das heißt, je kleiner die Steuerspannung, umso länger muss nach dem Nulldurchgang gewartet werden.
Betrachtet man jetzt die Sägezahnspannung (j), so ist leicht zu erkennen das hier ein kleiner
Steuerspannungswert gleich am Anfang der Rampe sein Äquivalent finden würde - also genau umgekehrt.
Mit Operationsverstärkern (OP) jedoch ist es ein leichtes ein Signal zu Spiegeln. Mit der Inverterschaltung
(k) sorgt der OP aus IC1 dafür dass nun die kleinen Rampenwerte am Ende einer Halbwelle liegen, während
sich die Großen Werte am Anfang des Nulldurchgang (l) befinden.
Anaglogdimmer
Wird der zeitliche Verlauf mit dem Aufladen eines Kondensators realisiert, so kann man von einem
analogen Dimmer sprechen, da die Findung des richtigen Zündzeitpunktes also des Soll-Ist-Wert Vergleich
über eine analoge Schaltung (hier das aufintegrieren einer Spannung sowie die Nulldurchgangsfindung)
kontinuierlich also stufenlos erfolgt. Es werden beim Absinken der Spannung Unendlich viele
Zwischenwerte angenommen. Nachteile des einfachen Aufbaus sind, dass Bauteiltoleranzen,
Temperaturschwankungen und Bauteilalterung den Arbeitspunkt des Dimmers ändern können; z.B. ist ein
Arbeitspunkt die Höhe des Stromes zum Aufladen des Kondensators für die Sägezahnspannung. Diese muss
präzise eingestellt sein, oder die Rampe ist zu steil oder zu flach um den Bereich der Halbwelle auszufüllen.
Haben z.B. zehn Dimmer verschiedene Arbeitspunkte, so können bei Ansteuerung der zehn Dimmer mit
demselben Prozentwert unterschiedliche Ausgangsspannungen vorliegen und damit die Scheinwerfer
unterschiedlich hell leuchten. Deswegen ist gerade bei älteren analogen Bühnendimmern wiederholt eine
Wartung zu empfehlen, um die Dimmer zu justieren und gegebenenfalls ausgetrocknete Kondensatoren die
Ihre Kapazitätswerte weitgehend verloren haben, auszutauschen. (z.B. den Konstantstrom wie vorhin
beschrieben). Ein anderes Problem mit dem Analogdimmer zu kämpfen haben, sind Störungen auf der
Netzspannung. Da Analogtechnik sehr schnell ist und sofort reagiert, können Störspitzen
(Netzoberschwingungen) die der Netzspannung aufliegen, einen falschen Nulldurchgang detektieren. Dies
kann zu einem Aufflackern oder generellem flickern führen. Deshalb ist ein besonderer Aufwand der
Dimmer bei den Netzfiltern für die Nulldurchgangserkennung, insbesondere gegen Rundsteuersignale
aufzubringen.
Digitaldimmer
Ab und zu konnte man hören, wie ein Dimmer der mit einem digitalen Protokoll wie DMX 512 angesteuert
wird, als Digitaldimmer bezeichnet wurde. Dies ist leider kein untrügliches Zeichen für einen
Digitaldimmer, da gerade bei Low Kost Dimmern das digitale Steuerprotokoll mit einem
Digital/Analogwandler (Demux- Demultiplexer) wieder auf eine analoge Steuerspannung von 0-10V
gewandelt wird und dann in einem Komparator mit der oben beschriebenen Sägespannung verglichen wird.
Dabei handelt es sich immer noch um ein analogen Dimmer, wenn auch die Ansteuerung mit Digitalen
Signalen erfolgen kann.
Ein "echter" Digitaldimmer dagegen bildet keine Sägespannungsrampe mehr, sondern zerteilt die
Netzspannungshalbwelle in gleichmäßig große Zeitabschnitte. Jetzt wird nur noch mit Bits und Bytes
gearbeitet. Eine Rechnereinheit subtraktiert also von der Summe aller in einer Halbwelle vorhandenen
Zeiteinheiten nacheinander eine Zeiteinheit ab. Oder pragmatisch gesprochen: Der Wertevorrat eines
üblichen DMX Kanals mit einem 8 Bit Datenwort pro Kanal weist 256 verschiedene Werte auf (2 hoch 8).
Idealisiert nehmen wir jetzt an dass diese 256 Zeiteinheiten genau in eine Halbwelle von 10 ms hinein
passen. So wird nach dem Erkennen eines Nulldurchganges der Wert eines Zählers auf 256 gesetzt und dann
alle 39 µsek ein Zähler abgezogen. So müsste nach 10 ms der Wert bei Null angekommen sein. Wenn nun in
jeder Halbwelle kontinuierlich heruntergezählt wird, kann man den aktuellen Zählerstand auch mit einem
Byte (8 Bit = 1 Byte) eines DMX Kanalwertes, dem Steuersignal, vergleichen. Ein UND ist in der
Digitalwelt eine Kombination von Operationsverstärkern, die so miteinander verschaltet sind, dass nur dann
ein Ausgangssignal gesetzt wird, wenn auf beiden Eingängen dieses Bauelementes die gleiche Information
anliegt. Dieses UND-Glied ist ideal als Grundbaustein um das DMX Steuerbyte mit dem Zählerbyte zu
vergleichen. Haben Steuerbyte und Zähler das gleiche Bitmuster (Kombinationen von Nullen und Einsen),
wird dies erkannt und ein Zündsignal generiert, um es einfach verständlich zu formulieren. Wurde zu
Beginn der Entwicklung noch diskrete Logik eingesetzt, finden heute fast ausschließlich Microcontroller
bzw. DSPs (Digitale Signal Prozessoren) Verwendung. Die Realisierung und die Möglichkeiten eines
heutigen Digitaldimmers sind bei weitem viel komplexer als bei der analogen Technik.
Weiterhin sind bei echten digitalen Dimmern keinerlei Justierungen erforderlich: Jeder Dimmer hat exakt
das gleiche Verhalten und muss auch nach etlichen Jahren nicht nachjustiert werden, da hier sich keine
analogen Arbeitspunkte verschieben können.
Ein weiterer Vorzug ist, dass bei dem sowieso schon vorhandenen Prozessor auch leicht interessante
zusätzliche Funktionen wie z.B. unterschiedliche Dimmerkurven, Kompensation von Leitungslängen,
Responseverhalten ec. realisierbar sind. Weiterhin kann das Aufrufen der Funktion über Netzwerke auch
dezentral schnell bewerkstelligt werden. Bei der heutigen Leistungsfähigkeit und großen
Speicherkapazitäten der Prozessoren ist es ein leichtes auch z.B. Lichtszenen zu speichern um auch
Notlichtstimmungen im Dimmer selbst parat zu halten.
Sind z.B. in der Analogtechnik nur einfache mathematische Funktionen als Dimmerkurve in einem
vernünftigen Kostenrahmen realisierbar wie z.B. quadratische- oder Exponentielle Funktionen, ist mit dem
Digitaldimmer eine beliebige Dimmerkurve realisierbar, da je Dimmerkurvenform einfach ein
entsprechender endlicher Wertevorrat in einen Speicherplatz abgelegt werden kann, welcher dann bei Bedarf
abgerufen wird. Somit ist die Digitaldimmertechnik die Grundlage um benutzerdefinierte Dimmerkurven im
Dimmer selbst zu realisieren.
Weiterhin kann ein Mikrokontroller basierendes System durch Messung der Zeitabstände von den
Nulldurchgängen selbständig erkennen welche Betriebsfrequenz anliegt, und so automatisch zwischen 60 Hz
und 50 Hz umschalten.
Bitsprünge
Aber die Digitaltechnik hat nicht nur Vorteile. Gerade in der Anfangszeit der Digitaldimmer wurde fast
ausschließlich mit einem Wertevorrat von 8 Bit gearbeitet. 256 Unterschiede der Helligkeit scheinen für ein
Dimmen von 0 bis 100% augenscheinlich auszureichen, insbesondere wenn man sich die Trägheit von 5
KW Halogenleuchtmittel vorstellt, und die meisten Licht-Regisseure eine Verfeinerung der Lichtszene
mittels 5% Schritten an den Kanälen erfolgen lassen. Selbst bei Einstellungen mit starken Gegenlicht und
reflektierenden Materialien sind alle mit 1% Schrittweisen Abstufungen zufrieden, obwohl dann immer noch
mindestens ein Zwischenschritt möglich wäre, wenn man auf der Dezimalen Basis arbeiten würde. So ist
auch bis heute eine 8 Bit Auflösung für Dimmaufgaben bei dem DMX-Signal durchaus akzeptiert. Jedoch
wenn man eine Überblendung vollzieht bei kleinen, nicht mit Trägheit reagierenden Leuchtmitteln, wie z.B.
Leuchtstofflampen, so ist in der Dynamik ein unschöner Effekt der Digitaltechnik zu sehen. Besonders in
den unteren Stellbereichen um 17% herum und bei sehr langsamen Überblendungen wird jeder einzelne
Schritt von Bit zu Bit als deutlichen Pumpen bzw. ein Treppensteigen der Helligkeit wahrgenommen. Bei
dieser Anforderung reicht die 8 Bit Auflösung nicht mehr aus um eine kontinuierliche
Helligkeitsveränderung zu erzeugen. Deshalb wurden oder werden heute auch noch weiterhin für diese
Sonderaufgaben gerne Analogdimmer eingesetzt. Aber die Entwicklung der Digitaltechnik hat auch darauf
eine Lösung gefunden. Moderne Digitaldimmer sind in der Lage die Halbwelle nicht nur in einen 8 Bit
Wertevorrat zu unterteilen, sondern in 11 Bit oder gar 16 Bit, wobei 2048 Schritte bei 11 Bit mehr als
ausreichend sind, um eine stufenlose Überblendung auch bei kritischen Leuchtmitteln zu erzeugen. Jetzt
kann man zwar meinen, das dass 8 Bit DMX 512 Steuersignal doch weiterhin nur mit 8 Bit sendet und damit
die Sprünge in der Helligkeit sichtbar bleiben. Dies Manko des DMX 512 wird aber durch den Micro-
kontroller im Dimmer kompensiert, indem er berechnet wie groß der Unterschied von einem gesendeten
DMX-Wert zu nächsten empfangenen DMX-Wert ist, um dann durch Interpolation viele weitere virtuelle
Zwischenwerten zu erzeugen und somit einen höhere Auflösung als 8 Bit zu entwickeln. Die Treppenstufen
für eine 600 Sekunden Überblendung bestehen so aus sehr viel mehr Zwischenwerten, die einen linearen
also homogen verlaufenden Lichtwechsel erscheinen lassen. Dieser Prozess muss aber auch die Dynamik
der eingestellten Lichtwechsel berücksichtigen, damit für einen plötzlichen Black out keine Zwischenwerte
generiert werden, die dann den plötzlichen Back out verschwimmen lassen würde.
Zündung durch Spannungsvergleich
Zurück zu unserem Analogbeispiel. Mit den vorigen Kapiteln wurde bereits vorweggenommen dass zur
Zündung des Thyristors eine Steuerspannung hier blau dargestellt (m) mit der Sägezahnspannung die hier
grün dargestellt ist, verglichen wird um bei Gleichheit ein Signal zur Triaczündung zu kreieren. Dafür eignet
sich hervorragend ein Operationsverstärker IC1 (n). Sobald die Sägezahnspannung am + Eingang des
Operationsverstärker kleiner ist als die Steuerspannung am - Eingang, schaltet der Operationsverstärker den
Ausgang nach Masse. Ein Strom kann durch die Leuchtdiode des Optokopplers fließen, welche wiederum
Licht abstrahlt. Mit auftreffen des Lichtes auf den Fototransistor OK1 wird dieser leiteten. Somit liegt eine
weitere Gleichstromversorgung an den Spannungsteiler-Wiederstände R15 und R16 die so eine
Ausgangsspannung liefern. Durch das periodische Schalten nach dem Komparator (Vergleicherschaltung
IC1) werden so Rechteckimpulse (o) generiert, deren Breite exakt der Zeit entsprechen wie lange der Triac
leiten soll, um proportional zur Steuerspannung die Last zu Dimmen. Da man hier die Breite der Impulse
steuert, könnte man auch von einer PWM-Modulation sprechen wie wir sie bereits vom "Sinusdimmer" aus
der letzten Serie her kennen sprechen. Meist wird der Zündimpuls über eine galvanische Trennung erzeugt,
hier mit einem Optokoppler, um den Netzspannungsbereich vom Steuerspannungsbereich zu trennen, wobei
konsequenter weise dann auch die Kriechstromabstände nach VDE berücksichtigt werden. Ab diesen Punkt
sind alle Dimmer digital. Zünden oder nicht Zünden sind nur zwei Zustände, per Definition digital. Liegt
eine Spannung (o) an der Basis von T4 (p) an kann über R 18 und R 19 dann ein Gatestrom fließen, sodass
der Triac zünden kann und damit die Last ans Netz schaltet. Beim folgenden Netzspannungsnulldurchgang
sperrt der Triac wieder automatisch, weil die Spannung an seiner Anodenstrecke unter dem zur Leitung
erforderlichen Minimalwert absinkt. Erst bei der nächsten Zündung, die von den Verhältnissen am
Komparator abhängt, wird der Triac wieder leitend. So liegt also die Netzspannung entweder am gesperrten
Triac (p und q) oder an der Last (r und s) an.
Die Last wird also mit 100 Hz Takt ein und ausgeschaltet, wobei die zugeführte Leistung vom Tast-
verhältnis (d.h. Einschaltdauer) bestimmt wird. Reicht die Steuerspannung zum Sägezahn-Anschnitt nicht
aus, wird der Optokoppler überhaupt nicht eingeschaltet, und die Last geht leer aus (0%). Im anderen
Extremfall, bei Steuerspannung nahe +10V, leitet der OP-Amp dauernd, und die Last ist ständig
eingeschaltet (100%). Dazwischen sind, mit linearem Zusammenhang, sämtliche Zwischenwerte des
Steuersignales möglich.
Zünden des Thyristors bei R- L- Last
Ein Thyristor benötigt wie im Abschnitt "Thyristor" beschrieben wird, einen Stromimpuls um vom
gesperrten Zustand in den Leitenden übergehen zu können. Ist der Thyristor gezündet und ist ein Einrast-
Stromfluss überschritten worden, dann bleibt der Thyristor solange leitend, bis der Strom unter eine vom
Thyristor bedingten Grenzwert fällt, dem sogenannten Haltestrom. Dies bedingt die sogenannte Mindestlast
die an einem Dimmer angeschlossen sein muss, damit er flackerfrei arbeitet. Da Aufgrund des
Wechselspannungsverlaufs nach Ende der halben Periode die Spannung wieder nach Null läuft, wird auch
der Strom unter dem Wert des Haltestromes sinken. Der Thyristor fällt wieder in den sperrenden Zustand
und muss zur neuen Periode erneut gezündet werden. Betrachtet man ein Halogenleuchtmittel das eine R-
Last darstellt, so sind Strom und Spannung Phasengleich. Sind aber Induktivitäten im Lastkreis, so eilt der
Strom nach, was erheblichen Einfluss auf das Zündverhalten der Thyristors bzw. Triacs haben kann. Denn
wenn der Strom nacheilt, also zum Zeitpunkt des Zündimpulses noch negativ ist, während gleichzeitig die
Spannung bereits positiv ist, so zündet der Leistungshalbleiter nicht, da kein positiver Haltestrom vorhanden
ist. Der Thyristor bzw. Triac bleibt gesperrt.
Bei R Last folgt der Strom der Spannung. Es reicht ein Impuls zur Zündung des Thyristors. Bei RL-Last ist
der Stromaufbau träge. Zur sicheren Zündung wird ein langer Zündimpuls benötigt. RL-Last a) Ist der
Steuerwinkel kleiner als der Cos Phi der RL-Last, wird die Spannung voll durchgesteuert. d) Durch das
Verhalten der verschieden Lastarten verändert auch die Steuerkennlinie. e) Reine Induktive Last bewirkt ab
90° Steuerwinkel keine Veränderung. f) Die Steuerkennlinie für reale induktive Last mit R Anteil befindet
sich je nach R-Anteil zwischen der R und L Kennlinie.
Weiter kann durch das "träge" Verhalten des Stromes bei L-Last, es vorkommen, das ein kurzer Zündimpuls
nicht ausreicht damit ein genügend großer Haltestrom aufgebaut wird. Die Folge ist auch hier, dass das
Ventil gesperrt bleibt. Dies wiederum kann bedeuten, dass eine Halbwelle unterdrückt wird und somit die
Schaltung als Gleichrichter wirkt. Ein angeschlossener Transformator wird durch diese
Gleichstromkomponente in die Sättigung getrieben und ein "Kurzschluss" wäre die Folge. Zur Vermeidung
solcher Effekte werden Langzeit oder Mehrfachimpulse erzeugt. Dazu ist ein wenig mehr Aufwand in der
Zündbeschaltung notwendig und dies ist der Grund weshalb nicht alle Dimmer auch in der Lage sind
induktive Lasten zu dimmen. Wird mit solch einen Dimmer, der nur rein Ohmsche Lasten Treiben kann
auch eine Induktivität angeschlossen, so muss mit Zerstörung von Komponenten gerechnet werden.
a) Ein Kurzer Impuls wird hauptsächlich für rein Ohmsche Verbraucher Verwendet.
b) Für Verbraucher mit geringer Induktivität werden Impulse bis zu 1 ms verwendet.
c) Bei Induktiver Last wird ein Dauerimpuls zur Sicheren Zündung benötigt der über die gesamte leitende
Halbwelle anliegt.
d) Wenn man Zündenergie sparen will und kleine Zündtransformatoren verwenden will, kann man einen
Impulskamm (ca. 5-7 KHz) verwenden.
Alleine mit die Erzeugung der Zündimpulse unterscheiden sich viele Dimmer grundsätzlich und damit auch
ihr Dimmverhalten in Grenzbereichen. So findet man häufig, dass der Zündimpuls aus der Anodenspannung
des jeweiligen Bauelementes gewonnen wird. Dabei ist die Flanke des Impulses Sinusförmig und die
Steilheit hängt von der jeweiligen verwendeten Wechselspannung ab. Bei 230 Volt erreicht man
ausreichende Ergebnisse, aber bei Kleinspannungen treten oft Zündverzögerungen auf, wodurch der
Aussteuerbereich verkleinert wird. Andere Schaltungen arbeiten mit einer separat erzeugten Gleichspannung
oder einem Impulskamm abgetrennt von der anliegenden Versorgungsspannungsform. Dadurch erhält man
eine wesentlich höhere Zündsicherheit.
Eine weitere Möglichkeit bei der Anwendung von Zündtransformatoren ist über den Zündvorgang so viel
Energie dem Thyristor zuzufügen, das der benötigte Haltestrom der durch die Last fließt im Betrag kleiner
sein kann. Das hat zur Folge, dass bei kleinen Lasten wie z.B. Leuchtstoffröhren oder Notenpultlampen
keine extra Zusatzlast angeschlossen werden muss um den Haltestrom zu erreichen.
Man kann hieraus rückschließen, dass also nicht nur der Leistungshalbleiter mit der Forderung nach einen
Strom der mindestens fließen muss um weiterhin zu leiten für die minimalste anschließbare Last am
Dimmer verantwortlich ist, sondern auch die verwendete Zündschaltung.
Dimmerschaltung im Ganzen
Nachdem wir die einzelnen Schaltungsgruppen detailliert betrachtet haben, fällt es nun leicht diese im
Gesamtschaltbild wiederzufinden. Gehen wir von der rechten oberen Ecke des folgenden Schaltbildes aus,
so sehen wir dass die Netzspannung nach der obligatorischen Absicherung durch einen Transformator Tr1 in
zwei galvanisch getrennte Betriebsspannungen aufgeteilt wird. Eine Betriebsspannung wird für die
Erzeugung des Zündsignals benötigt. Zusammen mit dem Optokoppler ist so auch der Zündkreis galvanisch
vom Steuerkreis abgekoppelt. Die Betriebsspannung für die Steuerelektronik wird mit dem
Brückengleichrichter zur Pulsierenden Gleichspannung. Soweit wurde dies bereits auch oben erläutert. Um
aber eine Gleichspannung zur Versorgung der übrigen Elektronik-Komponenten zur Verfügung stellen zu
können, wird die Pulsierende Gleichspannung zu einer Gleichspannung mit Restwellengehalt mittels C5
gesiebt. Damit aber eine Nullpunkterkennung aus der pulsierenden Gleichspannung erfolgen kann, sorgt D3
für eine Entkopplung. Der Altbewährte Spannungsstabilisator 78L08 (IC 2) gefolgt vom C 14 bietet nun der
Elektronik eine saubere Versorgungsspannung an. R13 und LD1 signalisieren nur dass die Betriebsspannung
richtig anliegt.
Links unten findet man in der Schaltung den Eingangsbereich. Man kann erkennen das man die Steuerung
mit einem Potentiometer steuern kann oder durch eine externe Steuerspannung. Selbstverständlich wird das
Poti wieder mit einer Diode abgekoppelt um somit beide Steuersignale zuzulassen. Wobei hier der höchste
Wert am Eingang des Komparators anliegen wird und damit den Zeitpunkt des Phasenanschnitts bestimmt.
Man kann also sagen hier findet man den Begriff der Lichtstellpulte HTP wieder. Der Höchste Wert hat
Vorrang (Highest takes Precedence). Die Spannungsteiler R10 und R12 bzw. im anderen Fall R5 und R12
setzen die Steuerspannung auf den Arbeitsbereich der Schaltung, und kann mit P3 abgeglichen werden. Eine
weitere interne Steuerspannung wird dem Komparator über R9 P2 und natürlich Entkopplungsdiode D1
zugeführt. Mit P2 kann man so einen Mindestphasenanschnitt erzwingen, sodass immer ein geringer
Laststrom fließt wenn eine Last angeschlossen ist. Das ist hilfreich bei schnellen Lauflichtern, damit das
Leuchtmittel schon vorgewärmt ist und dann bei Ansteuerung schneller aufglimmen kann. So hat man hier
einfach eine Preheatfunktion ( Lampenvorheizung) realisiert.
Neben den Triac Tc1 findet man den Kondensator C7 und eine Drosselspule Dr1. Diese Komponenten
sorgen so gut sie können für die Kleinhaltung der bereits bekannten EMV Probleme.
Beispiel einer Analogen Dimmerschaltung
Quellennachweis:
1) Physik für Ingenieure / Springer Verlag
2) Tabellenbuch Elektrotechnik / Friedrich
3) Elektronik iV A / Pflaum Verlag
4) Entertainment Technology / Genlyte Thomas Company, L.L.C.
5) IES BV / ETC
6) MA Lighting Technology + Lightpower GmbH
7) Strand Lighting und ADB
8) Betriebsgeräte und Schaltungen für elektrische Lampen /C.H. Sturm /E. Klein
9) VDE 0100 und die Praxis / Gerhard Kiefer
10) Norbert Ackermann
11) Production Partner 08/04 "Konstanter Strom für LEDs
Zusammenstellung und Urtext by Herbert Bernstädt