Referat von Oliver Pabst

WS 2004 / 2005 „Discopixel“
Dimmer
Referat von Oliver Pabst
Dimmer
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Oliver Pabst • 26.1.2005
Gliederung
• Einleitung: Wozu Dimmer?
• Verschiedene Dimmerschaltungen
– Potentiometer
– Phasenanschnittsteuerung
(mit Bsp.)
– Phasenabschnittsteuerung
(mit Bsp.)
– Pulsweitenmodulation (PWM)
(mit Bsp.)
• Dimmen von Entladungslampen
• optional: Elektronische Transformatoren
Dimmer
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Oliver Pabst • 26.1.2005
Wozu Dimmer?
Aufgaben von Dimmern
• Regulierung der Leistung von elektrischen
Lampen / Leuchten oder Motoren
• Bei Glühlampen beachten: Elektrischer
Wirkungsgrad der Lampe abhängig von
Wendeltemperatur, Dimmer sollte sinnvoll
eingesetzt werden.
Dimmer
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Oliver Pabst • 26.1.2005
Gliederung
• Einleitung: Wozu Dimmer?
• Verschiedene Dimmerschaltungen
– Potentiometer
– Phasenanschnittsteuerung
(mit Bsp.)
– Phasenabschnittsteuerung
(mit Bsp.)
– Pulsweitenmodulation (PWM)
(mit Bsp.)
• Dimmen von Entladungslampen
• optional: Elektronische Transformatoren
Dimmer
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Oliver Pabst • 26.1.2005
Potentiometer
Potentiometer (Poti)
• Einfachste Möglichkeit, Dimmer zu realisieren
• Helligkeit bzw. Motorleistung wird über
Widerstandsverhältnis eingestellt
• Nachteil: Verlustleistung, Erwärmung
Dimmer
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Oliver Pabst • 26.1.2005
Gliederung
• Einleitung: Wozu Dimmer?
• Verschiedene Dimmerschaltungen
– Potentiometer
– Phasenanschnittsteuerung
(mit Bsp.)
– Phasenabschnittsteuerung
(mit Bsp.)
– Pulsweitenmodulation (PWM)
(mit Bsp.)
• Dimmen von Entladungslampen
• optional: Elektronische Transformatoren
Dimmer
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Oliver Pabst • 26.1.2005
Phasenanschnittsteuerung
Phasenanschnittsteuerung
• Regulieren der Leistung durch Anschneiden der
Sinusförmigen Netzspannung
• Benötigte Bauelemente:
u.A. Diac (Diode alternating current switch)
und Triac (Triode alternating current switch)
Dimmer
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Oliver Pabst • 26.1.2005
Diac
Diac (Diode alternating current switch)
• Zweirichtungsdiode mit Schaltereigenschaften
(hochohmiger und niederohmiger Zustand)
• Schaltet bei Durchbruchspannung UBO (auch
Zündspannung genannt, ca. 30-40V) in beiden
Richtungen
Schaltzeichen:
Dimmer
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Oliver Pabst • 26.1.2005
Triac
Triac (Triode alternating current switch)
• „Steuerbare Diode“ mit Schaltereigenschaften
• Durch Stromimpuls am Gate G schaltet der Triac in
den niederohmigen Zustand
• Dabei positiver oder negativer Stromimpuls möglich
• Triac bleibt bis zum Unterschreiten der
Haltespannung leitend (niederohmig)
Dimmer
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Phasenanschnittsteuerung
• Einfache Dimmerschaltung mit Diac und Triac:
Dimmer
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Oliver Pabst • 26.1.2005
Phasenanschnittsteuerung
Vor- und Nachteile
+ Einfache, kostengünstige Schaltung
+ Wirkleistung wird nur umgesetzt, solange der Triac
leitend ist
+ Geeignet für Hochvolt-Glühlampen
– Nichtsinusförmiger Verbraucherstrom
• Blindleistung in Netzen der Stromerzeuger
• für Transformatoren i.A. ungeeignet
• Hochfrequente Anteile
Dimmer
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Oliver Pabst • 26.1.2005
Störspannungen
• Hochfrequente Störspannungen bei
Phasenanschnitt:
Dimmer
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Gliederung
• Einleitung: Wozu Dimmer?
• Verschiedene Dimmerschaltungen
– Potentiometer
– Phasenanschnittsteuerung
(mit Bsp.)
– Phasenabschnittsteuerung
(mit Bsp.)
– Pulsweitenmodulation (PWM)
(mit Bsp.)
• Dimmen von Entladungslampen
• optional: Elektronische Transformatoren
Dimmer
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Oliver Pabst • 26.1.2005
Phasenabschnittsteuerung
Phasenabschnittsteuerung
Phasenanschnitt-Dimmer: Nicht zum Dimmen von
elektronischen Trafos geeignet (beim Einschalten mit
steilen Flanken: Schwingkreise mit unterschiedlichen
Resonanzfrequenzen)
Phasenabschnitt-Dimmer:
• Keine steilen Flanken beim Einschalten
Dimmer
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Oliver Pabst • 26.1.2005
Phasenabschnittsteuerung
• Phasenabschnitt-Dimmer insbesondere für
elektronische Trafos geeignet
• Ausschaltverzögerung bei Trafos unnötig
(Last des Trafos liegt am
Dimmer und verhindert
steiles Absinken der
Spannung)
Blockschaltbild:
Dimmer
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Oliver Pabst • 26.1.2005
Phasenabschnittsteuerung
Vor- und Nachteile
+ Keine zusätzliche Funkentstörung notwendig
+ für elektronische Trafos geeignet
– Aufwändiger, teurer als Phasenanschnitt
– Nichtsinusförmiger Verbraucherstrom
• Blindleistung in Netzen der Stromerzeuger
Dimmer
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Oliver Pabst • 26.1.2005
Gliederung
• Einleitung: Wozu Dimmer?
• Verschiedene Dimmerschaltungen
– Potentiometer
– Phasenanschnittsteuerung
(mit Bsp.)
– Phasenabschnittsteuerung
(mit Bsp.)
– Pulsweitenmodulation (PWM)
(mit Bsp.)
• Dimmen von Entladungslampen
• optional: Elektronische Transformatoren
Dimmer
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Oliver Pabst • 26.1.2005
Pulsweitenmodulation
Pulsweitenmodulation (PWM)
• Modulation eines Rechtecksignals in seinem
Tastverhältnis
• Periodendauer bleibt konstant
• Auch als PBM (Pulsbreitenmodulation) oder
Pulsdauermodulation bekannt
Dimmer
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Oliver Pabst • 26.1.2005
Pulsweitenmodulation
• Beispielschaltung: PWM zum Ansteuern von LED‘s
durch Timer-IC NE555 realisiert:
Dimmer
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Oliver Pabst • 26.1.2005
Frequenzmodulation
Abwandlung der PWM:
Frequenzmodulation
Tastfrequenz wird verändert, Pulsweite bleibt konstant
Dimmer
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Oliver Pabst • 26.1.2005
Pulsweitenmodulation
Vor- und Nachteile
+ Gute Möglichkeit, LEDs zu regeln
+ Auch für Glühlampen und elektronische Trafos
verwendbar
– Auch PWM-Dimmer müssen funkentstört werden
+ Aber: Bei hoher Modulationsfrequenz (z.B. 20kHz)
können nahezu sinusförmige Signale erzeugt werden
Dimmer
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Oliver Pabst • 26.1.2005
Gliederung
• Einleitung: Wozu Dimmer?
• Verschiedene Dimmerschaltungen
– Potentiometer
– Phasenanschnittsteuerung
(mit Bsp.)
– Phasenabschnittsteuerung
(mit Bsp.)
– Pulsweitenmodulation (PWM)
(mit Bsp.)
• Dimmen von Entladungslampen
• optional: Elektronische Transformatoren
Dimmer
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Oliver Pabst • 26.1.2005
Entladungslampen
Dimmen von Entladungslampen
• Dimmen von Entladungslampen nur mit zusätzlichen
Vorschaltgeräten möglich
• Elektroden der Entladungslampen benötigen einen
bestimmten Heizstrom IH, bei dessen Unterschreitung
keine Emission von Elektronen mehr stattfindet
• Vorschaltgeräte müssen IH unabhängig vom Strom
durch die Lampe aufrechterhalten (Zusatzheizung)
Dimmer
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Oliver Pabst • 26.1.2005
Gliederung
• Einleitung: Wozu Dimmer?
• Verschiedene Dimmerschaltungen
– Potentiometer
– Phasenanschnittsteuerung
– Phasenabschnittsteuerung
– Pulsweitenmodulation (PWM)
• Dimmen von Entladungslampen
• Elektronische Transformatoren
Dimmer
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(mit Bsp.)
(mit Bsp.)
(mit Bsp.)
Oliver Pabst • 26.1.2005
Elektronische Transformatoren
• Ziel: Transformatoren möglichst klein und leicht
• Volumen umgekehrt proportional zur Frequenz
• Elektronische Transformatoren arbeiten mit hoher
Frequenz
• Bezeichnung: elektronische Trafos / Schaltnetzteile (SNT)
oder kurz „TRONIC-Trafos“
• TRONIC-Trafos für Niedervolt-Halogenlampen:
Ueff = 11,7 V, f ≈ 40 kHz.
Dimmer
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Oliver Pabst • 26.1.2005
Ende des Referats
Zeit für Fragen
und Referatskritik …
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Oliver Pabst • 26.1.2005