Digitale Steuerung mit 1-10 V Leuchtstofflampe

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Ich habe eine Reihe von Leuchtstofflampen installiert, die 1-10V Dimmen verwenden. Beachten Sie, dass dies nicht mit dem Dimmen von 0-10 V identisch ist, wie es in älteren Theatergeräten verwendet wird.

Das Vorschaltgerät für die Leuchten gibt 10 V an den beiden Steuerkabeln aus. Im offenen Stromkreis ist das Licht zu 100%. Bei Kurzschluss liegt das Licht bei ~ 10% (Mindestpegel). Dimmersteuerungen für diese Art der Beleuchtung sind passive Geräte, die nur an die beiden Anschlüsse des Geräts angeschlossen werden.

Ich möchte diese Beleuchtung digital steuern können. Ich bin nicht zu sehr mit dem Protokoll beschäftigt, da ich immer einen µC für die Protokollkonvertierung programmieren kann. Ich habe im Handel erhältliche Geräte wie diesen DMX 1-10V-Konverter gefunden , der DMX / DALI usw. in 1-10V konvertiert, aber sie sind ziemlich teuer, und das Bauen meiner eigenen würde viel mehr Spaß machen.

Hat jemand Erfahrung mit diesem Kontrollprotokoll? Oder können Sie Hinweise geben, wo Sie anfangen sollen?

Colincameron
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Antworten:

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Grundsätzlich wird das, was Sie verlangen, als Digital-Analog-Wandler oder kurz D / A oder DAC bezeichnet. In diesem Fall soll der gesamte Bereich 0-10 Volt betragen.

Aus Ihrer Beschreibung geht hervor, dass das Empfangsende die Leitung passiv nach oben zieht und erwartet, dass der Dimmer einen variablen Widerstand zwischen ihn und Masse legt. Sie möchten die Spannung direkt steuern, benötigen jedoch nur einen aktiven Pulldown auf der unteren Seite, um dies zu tun. Hier ist eine Schaltung, die wahrscheinlich funktionieren wird:

Der Eingang zu dieser analogen Schaltung ist ein digitales PWM-Signal von 0 bis 3,3 Volt von einem Mikrocontroller. R5, C4, R2 und C2 bilden ein zweipoliges Tiefpassfilter, das den Durchschnittswert des PWM-Signals ergibt. Da Ihre Frequenzanforderungen so niedrig sind, können Sie ein solches PWM-Signal problemlos in einem Mikrocontroller mit hoher Auflösung erzeugen. Beispielsweise wird bei einem 1-kHz-PWM-Signal die PWM-Frequenz durch dieses Filter um fast 4000 (über 70 dB) reduziert. Selbst langsame Mikros können eine Auflösung von 8 Bit oder mehr bei einer PWM-Frequenz von 1 kHz liefern. Das Mikro würde seinen PWM-Arbeitszyklus als Reaktion auf Befehle anpassen, die über einen UART oder eine andere digitale Schnittstelle empfangen werden.

Der Operationsverstärker wird in der klassischen Konfiguration mit positiver Verstärkung verwendet, mit der Ausnahme, dass die Operationsverstärkereingänge als Reaktion umgedreht werden, da der Transistor das Signal invertiert. R1 und R4 bilden den Rückkopplungsteiler, was in diesem Fall dazu führt, dass die Schaltung eine Verstärkung von etwas mehr als 3 aufweist. Idealerweise möchten Sie eine Verstärkung von 3,03, aber die angezeigten Werte geben Ihnen ein wenig am oberen Rand des Bereichs, in dem Sie wissen Die Ausgabe wird maximal. Der Operationsverstärker treibt den Basisstrom von Q1 auf das an, was zur Erzeugung der gewünschten Ausgangsspannung der Dimmerleitung erforderlich ist. R3 ist da, so dass es zu einer Spannungsänderung im Opamp-Ausgang mit Ausgangsänderung kommt. Andernfalls würde sich der Opamp-Ausgang immer am oberirdischen BE-Übergang befinden, was zu Instabilität führen könnte. Sie haben nicht gesagt, wie hoch der maximale Strom ist, den ein Dimmer sinken muss. Diese Schaltung kann weit über 100 mA verarbeiten. das ist wahrscheinlich hoch. Wenn ja, können Sie R3 höher machen, aber die angezeigten 1 kΩ sollten trotzdem funktionieren.

C3 dient nur der Stabilität. Sie benötigen nicht viel Bandbreite, sodass die Überdämpfung des Operationsverstärkers nicht schadet. Hier wird eine gewisse Kapazität benötigt, da selbst mit R3 dort tatsächlich eine Spannungsverstärkung von weniger als 1 vom Eingang zum Operationsverstärkerausgang auftritt.

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Bei der vorherigen Schaltung wurden versehentlich die Opamp-Eingänge umgedreht. Der Transistor invertiert die Spannung, daher müssen die Opamp-Eingänge der üblichen Konfiguration mit positiver Verstärkung entgegengesetzt sein. Die obige Schaltung ist jetzt die feste Version.

Ich habe auch die Schaltung für den Prozessor aktualisiert, der mit 3,3 V anstelle von 5 V läuft, und zeige jetzt das PWM-Signal vom Mikro direkt an.

Olin Lathrop
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Hervorragende Antwort, vielen Dank. Ich verstehe den größten Teil der Schaltung aus Vorlesungen über analoge Elektronik im 3. Jahr vor ein paar Jahren, und Ihre Erklärung hat den Rest gut ausgefüllt. Warum haben Sie den MCP6001 für diese Schaltung gewählt? Würde ein Rail-to-Rail-Operationsverstärker funktionieren, der mit der Versorgungsspannung arbeiten kann? Mein bevorzugter µC ist ein 3v3-Gerät, also nehme ich an, alles, was ich ändern müsste, wäre R1 bis 220Ω, um eine Verstärkung von ~ 3 zu erzielen.
Colincameron
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@ c.cam: Ich habe den MCP6001 als Beispiel verwendet, weil er funktionieren sollte und ich den Footprint bereits in meinem CAD-System hatte. Die meisten Rail-to-Rail-Operationsverstärker, die mit der richtigen Spannung betrieben werden können, sollten in dieser Anwendung in Ordnung sein. Ja, für den 3,3-V-Betrieb müssen Sie die Verstärkung erhöhen, aber sonst muss sich wenig ändern. Sie benötigen eine Verstärkung von etwas mehr als 3, also klingen 220 kOhm für R1 ungefähr richtig.
Olin Lathrop
@Olin, FWIW Ich habe Ihre Schaltung in LTSpice mit einem LT1677-Operationsverstärker simuliert und die Schaltung schwingt. Die Verwendung eines LT1078 (viel niedrigeres GBW) oder LT1797 und es hilft nicht ... das Einstellen von C3 hilft nicht ... scheint dort eine gewisse Empfindlichkeit zu haben. Natürlich existiert das möglicherweise nicht im physischen Kreislauf, aber es gibt etwas zu suchen. Außerdem wird die Schaltung invertiert, sodass Sie einen Wechselrichter am PWM-Eingang haben müssen, damit das PWM-Tastverhältnis in Strom umgewandelt werden kann. So wie es jetzt ist, gibt es bei minimaler Impulsbreite maximalen Strom. Setzen Sie einen einfachen 1-Transistor-Wechselrichter (oder ein einzelnes Gate) ein oder programmieren Sie Ihre PWM-Quelle so, dass sie invertiert, wenn dies der
Fall
@Marc: Wenn Sie dies simulieren möchten, benötigen Sie eine Last am Ausgang, etwa einen 1-kOhm-Widerstand gegen +10V. Ein physischer Wechselrichter wäre dumm, invertieren Sie einfach den Wert in der Firmware.
Olin Lathrop
Ich möchte einen 100-277V-Dimmer (Wifi-fähig) in einen 1-10V-Dimmer umwandeln, um meine LED-Panel-Leuchten mit Strom zu versorgen. Macht das den Trick? Hast du es zum Laufen gebracht? Ich wäre bereit, etwas zu kaufen, wenn es weniger als 100 Dollar wäre ... danke
Swinefeaster
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Ich habe Erfahrung mit diesem Steuerprotokoll.

Einige Dinge, auf die Sie achten sollten, während 10 V 100% sind, ist 1 V die minimale Ausgangsleistung (nicht ausgeschaltet, wie Sie vielleicht erwarten). Daher enthalten kommerzielle "Dimmer" ein Netzrelais, um die Stromversorgung zu unterbrechen, wenn Ihr übergeordnetes Protokoll dies wünscht.

Sie haben keine Ahnung von ihrer eigenen Dimmkurve (im Gegensatz zu DALI- oder DSI-Geräten, die auf die menschliche Wahrnehmung der Helligkeit abgestimmt sind) und müssen daher Ihre Kompensation vornehmen.

Sie haben nicht unbedingt eine eigene galvanische Trennung, daher müssen Sie diese ebenfalls hinzufügen.

Rückenschmerzen
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Würde es Ihnen etwas ausmachen, Ihre Gedanken zum Dimmen von 0-10 V näher zu erläutern? Haben Sie Alternativen zur akzeptierten Antwort oder können Sie näher erläutern, wie die Schaltung aussieht, die die Stromquelle auf den Leuchtstofflampen / LED-Beleuchtungstreibern erzeugt? Vielen Dank!
SJoshi
Würde es Ihnen auch etwas ausmachen, auf Einzelheiten zur galvanischen Ausgangsisolation einzugehen?
SJoshi