Neuauflage Dimmer

[Klamm]

Hallo,

nachdem ich jetzt einige der alten Dimmer (verschiedene Workaround, software etc.) getestet habe und alle nach spätestens ein paar Wochen nicht mehr funktionieren, habe ich Interesse daran den 2-Fach Dimmer 230V neu zu machen (selbstverständlich als ARM LPC1115 Version).

Ich habe erstmal grundsätzlich ein paar Sachen bzgl. Dimmer und Nulldurchgangserkennung gelesen.

Ich fasse mal ein paar Sachen zusammen, die ich auf verschiedenen Seiten gelesen habe oder die ich mir so gedacht habe. Vielleicht kann ja jemand einfach mal das eine oder andere Bestätigen oder wiederlegen.

1. Eine galvanische Trennung von 230V und Bus bzw. Steuerspannung (3,3V) ist wichtig und quasi pflicht wenn man die anderen Busteilnehmer alle schützen möchte.
2. Bei Dimmern ist die exakte Bestimmung und dann auch dass Schalten im Nulldurchgang quasi das A und O.
3. Nulldurchgang ist mit gavanischer Trennung durch Optokoppler zu erkennbar(wie beim alten 2-fach Dimmer und der alten 8x16A Relais Platine). Hier habe ich aber gelesen, dass bei Optokopplern das alter, die Charge (daher bei den alten Dimmern vermutlich die Möglichkeit die Nullpunktverschiebung einzustellen??) und die Temperatur (in einem Gehäuse im Schaltschrank vermutlich zu vernachlässigen) aber Auswirkungen auf die Genauigkeit haben.
4. Nulldurchgang ähnlichen wie bei einem alten ELV Dimmer (Bild angehangen) über einen Gleichrichter und eine Zennerdiode direkt an den Microcontroller (dann wäre keine Galvanische Trennung verbaut) bei dieser Variante könnte mann dann so wie beim alten Dimmer einen µC auf der App und einen auf der Hauptplatine verbauen und zwischen den µC dann eine Trennung verwenden. Ich habe aber keine Lust zwei mal den LPC1115 zu verwenden, da dieser auf der APP Platine auch total überdimensioniert wäre. Als Alternative fällt mir nur ein einen anderen einfachen µC verbauen der mit MCU Xpresso programmierbar ist.

Jemand Gedanken und oder Anregungen?

[uwe223]

Hallo Klamm,

bei freebus gab es mal jemand (petzi) der einen Universaldimmer entwickelt hat.
Den hatte ich mal nachgebaut und der funktioniert eigentlich recht gut.
Die Nulldurchgangerkennung ist mit dem OPV ziemlich elegant gelöst, da hat dann auch der OK keine Probleme mehr.
Was mir nicht so gefiel war die Stromversorgung der Netzseite, da wurde im ausgeschalteten Zustand ziemlich viel Strom verheizt. Dafür war kein N-Leiter erforderlich. Das hatte ich etwas umgebaut (siehe Bild), jetzt mit N aber viel weniger Strom(<1W). Irgendwie war mir das aber auch noch zu viel.
Die nächste Idee war ein Schaltnetzteil einzubauen (VIPER-01), die Teile liegen seit Jahren hier aber zwichenzeitlich hatte ich eine m.e. bessere Lösung: Das Netzteil über einen Optokoppler abschalten wenn der Kanal auf 0% gedimmt ist. Jetzt brauchte ich nur ein Signal vom LPC zur Ansteuerung des OK. Leider ist es mir nie gelungen selbst ein LPC-File zu kompilieren und der 922 war ja auch schon in die Jahre gekommen. Also das Projekt erstmal wieder in die große Kiste "Angefangene Dinge".
Jetzt sitze ich hier und programmiere gerade an einem ARM-4-Kanal LED-Dimmer(der mdt AKD – 0424V.01).
Den Universaldimmer wollte ich dann auch noch mit dieser SW zum laufen bekommen, weil die SW ziemlich gleich zum LED-Dimmer ist. Ich lade sie demnächst mal ins git hoch.

Gruß
Uwe

[Mirko]

Hallo Klamm,

das Thema Dimmer-Entwicklung ist doch, auch wenn es zunächst nicht so scheint, recht komplex und erfordert enorm viel Labor- und Entwicklungszeit. Ich recherchiere da auch schon ein paar Jahre dran herum und speichere gern mal meine Erkenntnisse aus.

Zunächst eine dringende Warnung: Das ganze ist nicht ungefährlich!

Natürlich schaltet man einen Trenntrafo davor. Das schützt schon mal etwas. Da eigentlich alle Oszilloskope eine Schutzerdung besitzen, darf man nur mit einem hochspannungsfesten Differentialtastkopf arbeiten. Ist ziemlich teuer und hat fast niemand daheim. Alternativ geht ein batteriebetriebenes WLAN Oszi.
Eine alternative Idee wäre es, einen 24V Halogenringkerntrafo zu nehmen und die Bauteile entsprechend um den Faktor 10 herunterzudimensionieren. Für Ohmsche Lasten (24V Birne) geht das ganz gut, nur eine stark kapazitive Last, wie z.B. eine LED Lampe bekommt man damit nicht getestet.
Außerdem wirkt so ein gering belasteter Trafo stark induktiv und das lastabhängig. Der Nulldurchgang verschiebt sich damit also im Betrieb. Das scheint derart problematisch zu sein, das einzelne Dimmer-IC Datenblätter davor warnen, einen Trenntrafo zu verwenden. Selbst probiert habe ich das aber noch nicht.
Bleibt noch, einen FI-Schutzschalter (RCD) statt des Trafos zu verwenden und halt nirgendwo dran zukommen aber bitte einen allstromsensitiven (RCD Typ B). Die Oszi-Problematik besteht aber dennoch. Ein normaler Tastkopf setzt, wenn es blöd läuft, das Oszi-Gehäuse unter Strom!

So, jetzt zu Deinen Fragen:

1. Eine galvanische Trennung von 230V und Bus bzw. Steuerspannung (3,3V) ist wichtig und quasi pflicht wenn man die anderen Busteilnehmer alle schützen möchte.

Es wäre nicht nur gefährlich, sondern es funktioniert schlichtweg nicht, da die Dimmer-Masse auf Netzpotential "schwebt".

2. Bei Dimmern ist die exakte Bestimmung und dann auch dass Schalten im Nulldurchgang quasi das A und O.

Richtig. Wobei es fast unmöglich aber auch unnötig sein dürfte, exakt bei Null zu schalten. Für Phasenabschnitt (kapazitive Last) braucht man den Nulldurchgang der Spannung, für Phasenanschnitt (induktive Last) den Nulldurchgang des Stroms.
Tipp: Lass das mit dem Universaldimmer und beschränke Dich erst einmal auf Phasenabschnitt. Damit funktioniert erst einmal alles, bis auf Halogentrafos und Motoren.
Ich vermute, an der Nulldurchgangserkennung hapert es auch bei den bisherigen Selfbus-Dimmern. Da wird ein kapazitiver Spannungsteiler vor dem Optokoppler verwendet. Bei unseren durch viele Schaltnetzteile oberwellenlastigen Netzen kann das zum Problem werden, denn höherfrequentere Anteile werden weniger gedämpft. Der Optokoppler wird ständig an einer anderen Stelle getriggert. Manche Netzbetreiber verwenden auch Schaltsignale > 50Hz, um Nachtstromabnehmer zu schalten.
Fazit: Der Nulldurchgang muss galvanisch gekoppelt erkannt werden.

4. Nulldurchgang ähnlichen wie bei einem alten ELV Dimmer (Bild angehangen) über einen Gleichrichter und eine Zennerdiode direkt an den Microcontroller

Genau. Man braucht eigentlich nur einen (spannungsfesten) Widerstand und eine Klemmdiode zur Spannungsbegrenzung und geht damit an den µC. Es gibt hier auch eine schöne Neuauflage des ELV Dimmers (01/2017).
Mein Ansatz war auch, hier einen eignen, günstigen µC für das Frontend zu verwenden. Die Auswahl ist hier aber gar nicht so groß. Zum einen sollte der mindestens einen kräftigen Push/Pull Ausgang haben, 5V tolerant sein, ein handlötbares Gehäuse und ab Werk einen seriellen Bootloader besitzen, dann kann man ihn auch vom Hauptprozessor aus programmieren/updaten. Wenn Du bei NXP bleiben möchtest, wäre das z.B. der LPC804M111JDH24J, wenn es auch ein anderer ARM M0 sein darf, z.B. der XMC1100 von Infineon. Noch kostengünstiger ginge es mit einem C51 Derivat, wie den EFM8BB10F8I-A-SOIC16 von Silicon Labs. Man benötigt für jeden Frontendkanal einen eigen Prozessor.

Grüße
Mirko

[Mirko]

...bei freebus gab es mal jemand (petzi) der einen Universaldimmer entwickelt hat.
Den hatte ich mal nachgebaut und der funktioniert eigentlich recht gut...

Hi Uwe,
lief der Dimmer auch mit kapazitiver Last (LED-Leuchtmittel)? Die Last liegt ja in Reihe mit der Nulldurchgangserkennung. Diese löst also, wenn überhaupt, neben dem eigentlichen Nulldurchgang aus.
Wenn der Dimmer ausschließlich für ohmsche und induktive Last konzipiert war, würde ich annehmen, dass die Schaltung den Nulldurchgang des Stromes ermittelt. Das wäre dann OK aber nicht für LED-Lampen geeignet.

Der Varistor gehört hinter die (träge) Sicherung, da er im Defektfall leiten kann. Die Transistoren sind (meiner Meinung nach) von der Spannung her zu niedrig dimensioniert und werden nur durch den Varistor geschützt. 650V (2*230V*sqrt(2)) sollten sie schon vertragen.

Grüße
Mirko

[Klamm]

Hallo!

Hast du Pläne von der Neuauflage des ELV Dimmers (01/2017)?

[Mirko]

Der letzte Beitrag ist ja schon etwas her und ich möchte einen Zwischenstand zu meinem Dimmerentwurf geben.
Das Frontend ist fertig designt. Um das ganze möglichst platzsparend hinzubekommen und eine flexible Kanalerweiterung zu ermöglichen, "stehen" die Platinen im beibehaltenen H-Tronic Gehäuse. In ein 4TE passen somit 2 Kanäle. Jetzt muss aber auch ein neuer Controller her. Da bin ich gerade dabei.
Zur technischen Seite schon einmal soviel: Das Frontend verwendet einen fertigen Dimmer-IC und benötigt keine eigene Firmware. Der Controller entspricht dem 4TE plus ein paar optionalen Erweiterungen, wie SPI Flash, ein echtes EEPROM und einige Temperatursensoren. Die KNX-Anbindung erfolgt mittels STKNX.

Die Schaltungsunterlagen werde ich veröffentlichen, sobald das ganze funktioniert. Das kann also u. U. noch etwas dauern.
Wenn sich zwischenzeitlich jedoch jemand am Review des Entwurfes beteiligen oder schon einmal mit der notwendigen Softwareanpassung beschäftigen möchte, schreibt hier einfach ins Forum (bitte keine PN).

[uwe223]

Hallo Mirko,
das sieht ja von weitem schon mal ziemlich schick aus.
...und erinnert mich daran, dass ich die 4 Kanal LED-Dimmer SW hochladen wollte.
...hab ich auch gleich mal gemacht.
Vll. kannst du damit ja schonmal was anfangen, die SW wurde auf einer TS-ARM getestet und bedient 4 PWM-Ausgänge(ist zwar noch lange nicht fertig, dimmt aber schonmal).
Die Ansteuerung der Ausgänge kann leicht in der DimmingCurves.cpp angepasst werden.

Welchen speziellen Dimmer-IC benutzt du?

Gruß
Uwe

[Mirko]

Hallo Uwe,
es handelt sich um den FL5150 von OnSemi. Den gibt's bei mouser und er hat noch einen Bruder für 60Hz. Mal schauen, ob der was taugt.

Die Idee hinter dem modularen Design ist, dass man das Dimmer-Frontend gegen ein anderes austauschen kann. Ich dachte da an verschiedene Leistungsklassen oder vielleicht doch mal eine Eigenentwicklung auf Controllerbasis.
Könnte man natürlich prinzipiell auch mit einer anderen Basisplatine für ein 24V PWM Design nutzen.

Zur Software werde ich so schnell noch nicht kommen. Fehlt neben der Fertigstellung des Controllers auch noch die Basisplatine. Für die Funktionstests ist es aber sicher klasse, wenn ich auf Deine Software zurückgreifen kann, ohne alles neu erfinden zu müssen.

Lässt Du die PWM vom LPC generieren? Geht das einigermaßen flimmerfrei? Ich habe hier noch ein paar XMC1202T028X0032AB Controller mit integrierter RGBW Einheit. Wird vielleicht ja mal ein nächstes Projekt

Grüße
Mirko

[uwe223]

Die PWM wird komplett mit den LPC-Timern erzeugt. Die werden nur bei Änderung mit dem neuen Wert beschrieben.
Intern wird mit einer Auflösung von 0-10000 gerechnet, also geht das auch bei langsamem Dimmen sehr weich.

Der Dimm-IC wird mit einer Gleichspannung angesteuert? Das würde ja perfekt passen.

[Mirko]

Ja, 0-5V als Steuerspannung. Die musst Du aber potentialgetrennt bereitstellen.

Nochmal zum PWM-Dimmer: Welche Maximalfrequenz pro LED schaffst Du denn mit der PWM?
Ich gehöre z.B. zu den 10% der Bevölkerung, die das Flackern von LED-Autorücklichter deutlich wahrnehmen. Auch DLP-Beamer kann ich vergessen, weil ich bei jeder Augenbewegung das Farbrad auf der Leinwand sehe. Schau mal hier: https://www.vda.de/dam/vda/publications ... he_270.pdf.

"...Im Durchschnitt wurde der Stroboskopeffekt bis 1000 Hz wahrgenommen, im Einzelfall jedoch bis 10000 Hz...", d.h. Du musst mehr als 10kHz für jeden Farbkanal schaffen, damit empfindliche Leute keinen Kopfschmerzen bekommen.
Dann noch die ganze Rechnerei, damit bei Farbänderung ein konstanter Helligkeitseindruck bleibt - MDT verbaut z.B. o.g. Infineon-Chip.