Dimmen ohne Triac

DSC_4883Als klassische Variante, einen ohmschen Netzverbraucher (z.Bsp. Glühlampen) in ihrer Helligkeit zu steuern, wird üblicherweise ein Triac in einer Phasenanschnitt- oder Phasenabschnittsteuerung verwendet. Diese Schaltung ist einfach aufzubauen, kostet wenig und man kann durch Änderung der Zeitkonstante eines RC-Gliedes (durch Ändern des Widerstandes mit Hilfe eines Potentiometers) die Spannungsform an der Last beeinflussen. Dies geschieht durch „An- oder Abschneiden“ der „Sinuswelle“ zu einem gewünschten Zeitpunkt. Die daraus resultierende, verbleibende „Wellenform“ versorgt die Last mit Energie. Da die „Sinuswelle“ nun jedoch nicht mehr „vollständig“ ist, ist auch die effektiv übertragene Energie zur Last kleiner. Das bedeutet weniger Spannung liegt an der Lampe an. Somit sinkt auch die Lampenhelligkeit. Hierzu findet man reichlich Informationen im Netz. Will man eine solche Phasenanschnittsteuerung nun jedoch nicht mit einem Potentiometer steuern, sondern mit einem Microcontroller oder einer externen analogen Spannung von zum Beispiel 0-5V, so ist hier ein erweiterter Schaltungsaufwand notwendig.

Auf eine ganz andere Weise ist die hier dargestellte Schaltung aufgebaut. Hier wird nicht mit einem Triac die negative bzw. positive Halbwelle angeschnitten, sondern mit einem FET der Pfad in einem Brückengleichrichter durchgeschaltet. Der FET selbst wird per PWM (PulsWeitenModulation) angesteuert. Die PWM wiederum erzeugt der Einfachheit halber ein Atmega Microcontroller. Durch die frei wählbaren PWM Grundfrequenzen sind hier sehr schnelle und somit auch flackerfreie Schaltvorgänge realisierbar.

_20151123_104151Die Skizze soll die simple Funktionsweise veranschaulichen: Im Bild ist der Stromkreis dargestellt. Der Verbraucher liegt in Serie mit dem Brückengleichrichter an der Phase L und dem Neutralleiter N. Im Querpfad des Brückengleichrichters befindet sich ein Schalter (in der realen Anwendung ein angesteuerter Mosfet). Wird der Schalter S nun nicht betätigt, bleibt also offen, kann durch die Dioden kein Strom fließen. Weder die positive noch die negative Halbwelle finden einen geschlossenen Stromkreis.  Anders sieht es jedoch aus wenn der Schalter S geschlossen wird. Dies ist in der rechten Skizze dargestellt. Der Strompfad einer Halbwelle ist in Rot, der der anderen Halbwelle in blau dargestellt. Der Strom fließt und die Lampe leuchtet. Das Besondere daran ist es nun, verfolgt man die Stromrichtung beider Halbwellen durch den Schalter, so kann man erkennen, dass bei beiden Halbwellen dieselbe Stromrichtung vorliegt. Damit ist es nun möglich mit einem Transistor oder FET, eine Wechselspannungsquelle zu schalten. Das Ein/Aus Verhältnis (also PWM) des Schaltsignals, kann somit wieder die effektive Spannung an der Last beeinflussen.

dimmerUnd genau eine solche Schaltung habe ich hier aufgebaut. Der Atmega-Microcontroller erzeugt ein PWM Signal, das über einen Optokoppler den Mosfet ansteuert. Somit sind ganz einfach per Software alle möglichen Schalt- und Dimm-Szenarien realisierbar. (z.Bsp. Steuerung der Lampenhelligkeit über eine Analogspannung am ADC des µC …)

 

 

 

DSC_4882Im Bild rechts ist ein Testaufbau des Dimmers (Laststellers) dargestellt. Die Versorgungsspannung des µC wird hier noch durch einen AC/DC Converter realisiert, um eingangsseitig eine galvanische Trennung vom Netz herzustellen.

6 Gedanken zu „Dimmen ohne Triac“

    1. hi,
      der Setpoint-Anschluß geht an den ADC Eingang des Atmega. Das bedeutet, ich kann den Dimmvorgang z.Bsp. auch mit einer externen, analogen Spannung steuern.
      Den Eingang habe ich als Option für externe Spielereien hinzugefügt. Der ADC des Atmega kann ja 10bit auflösen – das macht eine feine (1024steps) Auflösung für die PWM …

  1. Die Gleichrichterdioden 1N4007 können einen Strom von 1A liefern. Dementsprechend ist die schaltbare Leistung begrenzt. Gibt es eine Angabe der Maximalleistung aus Praxisversuchen?

    1. Genau, die 4007er kann einen mittleren forwardcurrent von 1A aushalten. Für unsere Anwendung (Glühlampen mit 100W als Heizquelle für Sensorexperimente) völlig ausreichend.
      Die maximale Belastbarkeit wurde hier nicht erprobt. Da sollte dann auch ein Augenmerk auf den FET gelegt werden, wie schnell die Ladung am Gate abgebaut werden kann und was der FET an Verlustleistung aushalten kann.
      Der Gleichrichterbrücke (bzw. die Dioden) zu dimensionieren sollte hier einfach zu lösen sein.

    1. Hi,
      die Last wird mit einer DC-PWM angesteuert, wenn die LED-Lampen (bzw. deren integriertes Vorschaltgerät) an gepulster DC funktionieren, dann gehts. Habe aber noch keine LEDs damit angesteuert…

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