Archiv verlassen und diese Seite im Standarddesign anzeigen : TRIAC-Dimmer für 230V 1kW Verständnisfrage
the_Ghost666
16.06.2009, 22:45
Moin zusammen,
ich plane einen über RS232 steuerbaren Dimmer für Lampen aufzubauen und habe mich bereits durch einige Triac-Schaltungen gekämpft, habe aber keinerlei Erfahrung mit Triacs, nur die theoretischen Grundzüge sind bekannt.
Ich habe den angehangenen Schaltplan mal in LTSpice aufgebaut und simuliert, sowie einige andere, die sich leicht unterscheiden.
Dieser Aufbau funktioniert in der Simulation, wenn ich nun aber das RC Glied veränder, nach der Faustformel 1Ohm/V und 0,1uF/A dimensioniere, scheitert der TRIAC abzuschalten. Woran liegt das?
Weitehin hab ich Schaltungen gesehen, die noch eine Drossel direkt vor der Last haben, oder eine Drossel direkt hinterm Triac und dann über beide das RC Glied. Welchen Effekt hat die Drossel? Ich habe hierbei wieder Probleme in der Simulation, dass der Triac nicht Abschaltet. Ich habe 100uH simuliert. Ausserdem scheint die Stabilität auch von dem Lastwiderstand abhängig zu sein. Erst bei größeren Lasten wurden meine alternativen Pläne stabil.
Ich hoffe jemand kann mich etwas schlauer machen, danke.
Nachtrag:
Für die Nulldurchgangserkennung des Dimmers würde ich einen zweiten Brückengleichrichter nutzen, der einen Optokoppler ansteuert. Wenn ich nun direkt die Netzspannung gleichrichte, brauche ich einen großen Gleichrichter wegen der Spannung. Ich überlege, ob ich die Spannung auch hinter dem Trafo zur Versorgung der Elektronik abgreifen kann, oder ob durch den Trafo ein Phasenversatz entstehen könnte, der dann eine saubere Nulldurchgangserkennung kaputt macht. Was meint ihr?
Ich selbst habe leider wenig Erfahrung auf dem Gebiet, aber ich kenne einen sehr gut dokumentierten Dimmer Bausatz von ELV (Phasenabschnittdimmer DI 300 (http://www.elv-downloads.de/service/manuals/DI300/37378-DI300.pdf)).
Der arbeitet zwar mit einem MOS-FET, aber wenn es nicht zwingend ein Triac sein muss hilft dir die Schaltung vielleicht weiter.
Im Datenblatt des MOC 3021 sind mehrere Anschaltungen für den Triac drin.
Unter anderem eine Beschaltung für induktive Lasten - die würde ich verwenden.
Eine Nulldurchganserkennung hinter einem Trafo kann üble Phasenverschiebungen verursachen, die dann auch noch verwendeten Trafo abhängig ist.
Wenn man immer den selben Trafotyp verwendet und diesen nicht für andere Zwecke verwendet ( diesen Trafo also nicht für Stromversorgungszwecke benutzt) wird man das wohl kompensieren können.
Bei der Optokopplermethode hat man auf der Primärseite mit hohen Spannungen zu kämpfen und will dann aber sehr schmale Impule bei der Nulldurchgangserkennung haben.
Wir haben das Problem mal so gelöst, das wir hinter dem Optokoppler einen Schmitt Trigger angebaut haben, der ein leicht phasenverschobenes Signal von der Primärseite des Optokopplers geliefert bekam (RC Glied auf der Sekundärseite des Optokopplers).
Die steigende Flanke des Nulldurchganssignals kam somit wirklich sehr kurz vor dem eigentlichen Nulldurchgang.
Die fallende Flanke des Signals kommt dadurch natürlich verspätet, wird aber vom Microcontroller nicht ausgewertet.
Für die Nulldurchgangserkennung würde ich einfach den MOC304x benutzen, der hat sie schon eingebaut. Damit hast Du alles erschlagen.
Ich verwende ihn, um Motoren ein und auszuschalten, das funtkioniert sehr gut. Die benötigte Schaltung ist im Datenblatt des MOC304x enthalten.
Viel Spass,
Gruß
the_Ghost666
17.06.2009, 10:32
Was meint ihr, ich möchte die Verbindung zum PC oder anderen Dimmern (als Bus) über ein dünnes Kabel machen. Sollte ich auch die RS232-Ports, die nach aussen geführt werden nochmal über einen Optokoppler für jeden Kanal abtrennen? Der Controller liegt ja an nem Trafo, die Nulldurchgangserkennung sowie der Lastteil sind ebenfalls mit Optokopplern getrennt, sodass ich kein gefährliches Potenzial an den Ausgangsports haben sollte.
Ich könnte vielleicht auch auf den Trafo verzichten und das über ein Kondensatornetzteil ohne galvanische Trennung machen, aber sowohl die Sicherheit meiner Finger, als auch meines Programmieradapters sagen mir momentan, dass ich es lassen sollte.
ohne galvanische Trennung machen,
Wenn Du ein Bussystem machen willst würde ich das auf jeden Fall eine galvanische Trennung vorsehen.
Eventuell kannst Du sogar noch die Schnittstelle selber zusätzlich galvanisch trennen ( DC/DC Wandler ).
Bei der Schnittstelle würde sich DMX 512 anbieten.
Das Signal lässt sich mit einem AVR ziemlich problemlos erzeugen und auswerten.
Als Schnittstellentreiber werden RS485 Treiber verwendet ( z.B. SN75176 ).
Es sind max. 32 Geräte anschließbar, 512 Lampen ( Kanäle ) können angesteuert werden ( Ein Gerät kann ja durchaus mehrere Lampen dimmen).
Es gibt fertige Interfaces für den PC, auch solche zum Selberbauen.
Kostenlose Steuersoftware für PC gibt es auch.
Wenn Dir das Basteln dann doch mal zu doof wird, kannst Du immer noch mit Fertiggeräten aufrüsten. Z.B. einem Botex DDP 405 ( 4Kanal ) oder einem Showtec Single MK II ( 1Kanal - 2kW )
MOC3041... Ghost möchte ja einen Dimmer! haben, das geht mit einem Opto-Triac mit Nulldurchganserkennung nicht.
Ja, das hast Du natürlich recht, hab mich am Nulldurchgang festgelesen.
Wenn Der Triac nicht abschaltet, kann es daran liegen, dass zB ein zu großer Kondensator den "Haltestrom" liefert und der Wechsel der Polarität dadurch zu schnell verläuft.
Eine zusätzliche Spule soll den Strom weiter glätten. Beim Schalten des Triacs entstehen recht hohe Störfrequenzen, die durch die Spule zusätzlich gefiltert werden. C und R dienen hauptsächlich zur Funken löschung.
Ich kenne Deine Faustformel nicht (kann es sein, dass die nur bei induktiver Last gilt?), aber ich würde die im Datenblatt angegebenen Werte nicht verändern, wenn es nicht nötig wäre. Das kann der Fall sein, bei großen Induktivitäten, bei ohmschen Verbrauchern eher nicht. Bei ersteren sind oft die erforderlichen Werte genannt.
Ist aber bei mir schon ne Weile her, wie ich gerade feststellen muss...
Gruß
the_Ghost666
17.06.2009, 14:50
Wie schätzt ihr denn die Verlustleistung von dem Triac ein, wenn ich nen TIP225M benutze und da etwa 500W oder 1kW dran hänge? Ich muss auch nochmal durchrechnen, wieviel Watt die Widerstände abkönnen müssen. Die werden ja nur kurz mit nem Puls versorgt, demnach wird die Verlustleistung viel kleiner ausfallen, aber im Triac weiß ich nicht so recht wie groß ich die Kühlung dimensionieren soll. Wie isoliere ich den Kühlkörper gegen die 230V an der Fahne? Da gibt es doch so Glimmerscheiben, reichen die dafür noch aus, und dann muss ich wohl eine Kunststoffschraube nehmen, oder? Hab ein ungutes Gefühl 230V auf nem Alukühlkörper zu haben, da kommt ma schneller mal beim basteln dran als an die Leiterbahnen.
Die Idee mit dem DMX is sicher ne gute, auch wenn ich es nicht so professionell vor hatte. Ich schau mir mal den Baustein an, den du mir da vorgeschlagen hast.
Ich habe meine Faustformel für Snubberglieder von hier: http://www.dse-faq.elektronik-kompendium.de/dse-faq.htm#F.25.1
Und die Kondensatoren für die Snubber, müssen dass diese riesigen X2 Entstörkondensatoren sein, für bis zu 400Vac? Der Dimmer von ELV kommt mit so winzigen aus. Die ich jetzt verbauen will sind die mit der Reichelt-Best.Nr. FUNK 10N. Die haben aber n Rastermaß von 15mm und Ausmaße von 17x5x11mm.
Isolierung...
Gönn Dir einen BTA 26 / 600 der ist intern schon isoliert - ließ das aber sicherheitshalber noch mal nach ( Datenblatt ) - Denn da gibts auch unisolierte Typen! Wenns so ist kannst Du Dir das Ganze Glimmerscheiben Isoliernippel Gebastel sparen.
Die Verlustleistung ist vom Phasenwinkel und von der Last abhängig.
Ich meine mich zu erinnern das im Datenblatt des BTA da auch ein Diagramm drin ist, bei welchem Phasenwinkel und Strom welche Verlustleistung auftritt. Irgendwo hatte ich das mal gelesen.
Anhand der °K/W kannst Du Dir dann die auftretende Temperatur ausrechnen.
Ich hab bei meinem 1 Kanal Teil einen 2,5K/W ( BTA41/600 ) Kühlkörper benutzt, was bisher ausgereicht hat.
Bei den Widerständen werdens wohl 1W...2W Typen werden, wichtig ist hier die maximal zulässige Spannung am Widerstand und die ist bei normalen 1/2W Widerständen nur so 160V - Auch das mit dem Datenblatt verifizieren !
220V ist halt keine Bastler Spielwiese, sondern richtig gefährlich.
Bei den Isolierabständen musst Du auch aufpassen.
Nur wenn Du die Beinchen der MOC30xx etwas auseinander biegst und keine Sockel verwendest kriegst Du die benötigten Abstände her.
the_Ghost666
17.06.2009, 15:42
Wüsstest du irgendwo eine Übersicht über nötige Isolierabstände? Bin bisher nur bis 12V zuhause gewesen, ausser eben n Netzteil oder so, wo der 230V Teil aus der Klemme und ner Sicherung die zum Trafo führten bestand.
Den BTA26 schau ich mir direkt mal an. Hast du meine nacheditierte Frage zu den Snubbern schon gesehen?
Hast du meine nacheditierte Frage zu den Snubbern schon gesehen?
Weiss jetz nicht so direkt, was Du damit meinst.
Die Snubber Netzwerke ist auch so eine Sache.
Die sollen ein zu schnelles Ansteigen der Spannung am Triac verhindern, weil das zu Überkopfzündungen führen könnte.
Bei der Dimensionierung bin ich da ein wenig pragmatisch rangegangen.
Ich ging von der höchsten Spannung beim ausgeschalteten Triac aus, also 311V. Den Triac wollte ich in diesem Augenblick mit max. 10A belasten, falls er einschaltet, so bin ich dann auf einen Widerstand von 33Ohm gekommen.
Beim Kondensator ist ein wenig probieren angesagt.
Da ging ich von der kleinsten Last aus, die ich anschließen wollte und bin dann irgendwo bei 22nF...100nF gelandet.
Die BTA's sind eigentlich snubberless Triacs, aber wegen der Funkentstörung hab ich da auch ein kleines RC Netzwerk eingebaut.
Wenn Du induktiv behaftete Lasten hast, wär auch ein Varistor parallel zu den Anschlüssen des Triacs kein Fehler.
Bei Conrad gibts da 1W Typen, die sich bei mir bis jetzt gut bewährt haben.
Ich hab Dir mal meine Schaltplan als Attachment mit rangehängt - da gibts aber sicher noch Verbesserungspotetial, aber es funktioniert so.
the_Ghost666
18.06.2009, 00:37
Ich möchte das wohl an nem Attiny betreiben, wohl n Attiny2313, und zusätzlich zur seriellen Kommunikation noch mit ner 2farb LED, sowie nem Taster und nem Poti versehen. Ich hoffe die 2kB reichen aus um das zu programmieren.
Ich habe ausserdem überlegt, ob ich statt dem Schmitt-Trigger den Komparator des µC nutzen könnte, und den Schaltzeitpunkt bzw Versatz mit nem Trimmer einstelle.
Induktive Lasten, was meinst du damit genau, Halogenlampen und Motoren? Geplant ist n reiner Lampendimmer für Glüh- und Halogenlampen. Fragt sich wie das Ding an ner Energiesparlampe mit Vorschaltgerät reagiert.
Ich überlege ausserdem ob das Netz frequenzstabil genug ist, um daraus ne Zeitbasis abzuleiten, z.B. für ne Zeitschalt-Funktion. Hat da jemand Erfahrung?
Lampendimmer für Glüh- und Halogenlampen
Eine niedervolt Halogen Lampe hat ein Vorschaltgerät.
Wenn das ein normaler Ringkerntrafo ist, hast Du da bereits eine induktive Last.
Da musst Du dann entweder eine Triac daueraktivierung oder eine Nachzündung im Strom 0 machen.
Ich hab mich für eine Triac Daueraktivierung entschieden, weil man dafür nicht noch einen zusätzlichen Stromsensor braucht, sondern das alle in Software lösen kann.
Bei elektronischen Vorschaltgeräten die auch dimmbar sein müssen, wird meistens ein Phasen-ABSCHNITT Dimmer vorgeschrieben.
Das geht mit einem Triac überhaupt nicht.
Ich würde mich aber schon aus Kompatibiltätsgründen für eine Auslegung für induktive Lasten entscheiden.
Die kann dann auch für normale ohmsche Lasten problemlos verwendet werden.
Ich hab auch einen Schaltplan für einen ATTINY2313 auf Lager - Wenn Du den willst.
Allerdings ist der für optische Drehencoder gedacht. Das Prog aber auf serielle Schnittstelle umzubasteln sollte aber auch kein Problem sein.
Die 50Hz sind in Deutschland ziemlich stabil, fas alle älteren Radiowecker laufen mit dieser Zeitbasis.
Wenn es aber um genaue Uhrzeiten geht wär wohl DCF 77 besser geeignet.
the_Ghost666
18.06.2009, 11:44
Mit Daueraktivierung meinst du, dass nicht nur Strom für einen moment, z.B. 100us ins Gate fließt, sondern dass er ab diesem Zeitpunkt bis zum Ende der Halbwelle voll durchsteuert, oder? Das klingt schon sehr gut in Software zu lösen.
Der Attiny ist gerade gestrichen, weil er entweder keinen AD-Wandler oder keinen USART besitzt (2313 oder 26). Und bei den Preisdifferenzen bau ich einfach nen Mega8 ein, dann brauch ich auch keine Sorgen um die Codesize haben und könnte vll sogar nen Bootloader über RS485 integrieren.
Ist ausser dem Varistor noch etwas bei induktiven Lasten zu beachten? Ich habe zu diesem Thema einen anderen ELV Dimmer gefunden, der das Problem von induktiven Lasten kurz beschreibt: http://www.elv-downloads.de/service/manuals/14457_Halogenlampen_Primaer_Dimmer/Halogenlampen-Primaer-Dimmer-KM.pdf
Aber wie man das dann wirklich ohne zweiten Sensor macht, erschließt sich mir nicht, da die einfach n IC benutzen.
Mit Daueraktivierung meinst du, dass nicht nur Strom für einen moment, z.B. 100us ins Gate fließt, sondern dass er ab diesem Zeitpunkt bis zum Ende der Halbwelle voll durchsteuert, oder? Das klingt schon sehr gut in Software zu lösen.
Genau wie Du das schreibst, so hab ich das gemacht.
Zusätzlich hab ich ab einer bestimmten Vollast ( 95...98% ) das Gate des Triac ständig unter Strom.
Durch den Halbwellenbetrieb ( siehe ELV Beschreibung ) hab ich mir schon mal 5 Stück PAR 36 Pin Spots getötet.
Das geht Ruck Zuck innerhalb von 10..15 Sekunden.
Das Verhalten mit fast rein induktiven Lasten konnte ich mit dem OSZI auch schon beobachten. Das tritt aber wirklich nur bei unbelasteten Transformatoren und niedriger Dimmstufe auf, weil hier die Phasenverschiebung zwischen Strom und Spannung so groß ist, das der Zündwinkel fast immer falsch berechnet wird.
Ich denk ja nicht, das Du einen Halogentrafo im unbelasteten Zustand dimmen willst, es sein denn die angeschlossene Lampe ist durchgebrannt.
Als Effekt traten dann Resonanzschwingungen auf, die bei mir bis fast 800V Spitze Spitze reichten. Darum hab ich da auch noch den Varistor reingebaut.
Da manche Lampen einen Dimmbetrieb nicht unterstützen z.B. "normale" Leuchtstoffröhren, könntest Du noch eine Art Swich Mode in deinen Dimmer einbauen, der nur 0% und 100% Lastansteuerung kennt.
Über einen Jumper ließe sich dann der gewünschte Mode auswählen und somit fast jede Lampe ansteuern.
ELV Schaltung:
Guck mal in das Datenblatt von dem IC, da sollte die Funktionsweise eigentlich ersichtlich sein.
the_Ghost666
19.06.2009, 01:15
Ich hab da nochmal ne Frage zu dem SN75172 und RS485. Ich würde den wohl doch "einfach so" ohne galvanische Trennung einbauen, da 1: Es dabei um Differenzsignale geht, bin mir nicht sicher, wie ich die mit nem Optokoppler übertrage und 2: ist die Schaltung ja über den Trafo und Optokoppler eh vom 230V Netz getrennt.
Ich hab mal ins Datenblatt geschaut, der SN75172 ist n Transceiver (und unglaublich günstig bei Reichelt), d.h. ich kann einen pro Einheit einsetzen und kann mit ner Zweidrahtleitung bidirektional kommunizieren. Einfach den Tx-Pin an D, den Rx an R und das USART-Modul wie bekannt nutzen, auf der anderen Seite muss dann noch ein Widerstand zwischen A und B, sowie ein Widerstand von A nach +5V und einer von B nach GND, sodass es symmetrisch abgeschlossen ist. Das kann dann mit ner passenden Leitung mit bis zu 31 anderen verbunden werden. Und ich muss noch mit 2 sonstigen Pins zum Senden DE high ziehen und zum Empfangen RE low. Und wenn ich beim senden RE low lasse, dann höre ich meine eigene Message auf dem Bus mit, richtig?
Ansonsten läuft das alles wie bei RS232 über das Hardwaremodul, bzw ich muss darauf noch das Protokoll wie DMX512 implementieren, oder?
Und nochwas zur Masse, soll oder muss ich die Masse der Schaltung, also 0V für den Mikrocontroller usw. mit dem Schutzleiter PE verbinden, oder ist das sogar zu vermeiden, weil nacher noch der FI oder sonstwas auslösen könnte? Hab in nem Posting auf Microcontroller.net gelesen, dass es sogar ratsam sein könnte, PE auf der Platine zu haben, damit Überschläge oder so doch sicher abgeleitet werden, wenn mal was passiert.
Ich hab mal ins Datenblatt geschaut, der SN75172 ist n Transceiver (und unglaublich günstig bei Reichelt), d.h. ich kann einen pro Einheit einsetzen und kann mit ner Zweidrahtleitung bidirektional kommunizieren. Einfach den Tx-Pin an D
Im Prinzip ja, obwohl ich jetzt das Datenblatt des SN75172 nicht kenne ( hatte den SN75176 vorgeschlagen ).
Wenn Du allerdings bidirektional übertragen willst musst Du ein Handshakeprotokoll benutzen, da ja immer nur ein Sender aktiv sein kann. Ne Kollisionserkennung wäre auch nicht schlecht.
Bei DMX 512 gibt es prinzipbedingt nur einen Sender im System, alles andere sind Empfänger - Deshalb braucht man dafür kein Handshake - Protokoll.
Normalerweise wird Transmit und Receive bei diesen Transceiverbausteinen per Steuerspannung umgeschaltet.
Das mit der galvanischen Trennung ist so schon richtig, allerdings kann es durch die hohen übertragenen Ströme auf der Leistungsseite trotzdem zu Spannungsüberlagerungen auf der Niedervolt Seite kommen ( z.B. über den Schutzleiter ).
Die Trennung über Optokoppler macht man, wenn man sie denn macht, auch nach dem Transceiverbaustein, also auf der 5V Seite.
Die Stromversorgung der SN75176 kann man dann über integrierte DC/DC Wandler machen, die ja auch galvanisch getrennt sind.
Die galvanische Trennung der RS485 und des Steuerteils ist eine zusätzliche Maßnahme und hat nichts mit der galvanischen Trennung des Steuerteils vom Leistungsteil deines Gerätes zu tun - Nur damit das klar ist !
the_Ghost666
19.06.2009, 10:09
Sorry, den meine ich auch, hab aus dem Datenblatt den falschen Typ kopiert, mich aber an dessen Datenblatt orientiert.
Wie meinst du das "auf der 5V Seite" trennen, meinst du jetzt den BUS oder oder den ganzen SN75176 entkoppeln? Ich finde bei Reichelt unter DC leider nur Step Down oder Step Up Wandler, aber nichts zum entkoppeln.
DC/DC Wandler:
Guck mal bei Reichelt unter der Bestellnummer SIM1-0505 SIL4, dann siehst Du was ich meine.
Was soll ich das mit der galvanischen Trennung lang erklären.
Schau mal bei Digital Enlighment ( http://www.digital-enlightenment.de/ wie die Leute das dort die RS 485 beim USBDMX abgetrennt haben, so meine ich das.
Wie ich schon schrieb - Es ist nicht unbedingt erforderlich, allerdings empfehlenswert.
the_Ghost666
19.06.2009, 19:26
Das ist ja ne super Seite, die Projekte kann man ja wirklich 1:1 nachbauen, vorbildlich.
Ah, genau das Ding hab ich gesucht, wusste nur nicht in welcher Kategorie das liegt oder wie es heißen könnte. Besten Danke!
Wenn Du was fertiges haben willst, hab ich noch ein paar Interessante Seiten für Dich:
http://www.plischka.at/
http://www.hoelscher-hi.de/hendrik/
http://www.soundlight.de/
http://www.dmx4all.de/
Sind Anbieter, die auch Bausätze verkaufen.
Soundlight nicht direkt, hat ne Super Doku über DMX 512 drin.
Letztlich bin ich zu der Erkenntnis gekommen, das es sich nicht lohnt Dimmerpacks bis 4 Kanäle selber zu basteln.
Ein Fertiggerät kommt da günstiger.
Ein DDP 405 ( 4 Kanal Dimmer ) kostet bei Thomann gerade mal 89,-€.
Ein Single MK II ( 1 Kanal 2kW ) 69,-€. Günstiger kriegt man das im Selbstbau auch nicht hin.
Wo sich der Selbstbau lohnt ist bei den DMX PC Interfaces - Da verlangen alle Hersteller richtig Kohle dafür.
An Software gibt es eine Handvoll wirklich guter Programme, die kostenlos sind.
Profisoftware kostet auch leider Profi Preise....
Mach nicht den selben Fehler, den Ich anfangs gemacht hab.
Für die DMX Stecker und Buchsen sind 5 polige XLR vorgesehen.
Aus Kostengründen verwenden fast alle Hersteller von DMX Equipment aber 3 polige XLR's, auch wenn die nicht der Norm entsprechen. Ich konnte dann eine Menge Adapter basteln....
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