Powerbuffer
Een 8-kanaals triac-schakeling
Met de schakeling die we hier beschrijven is het mogelijk acht door het lichtnet gevoede lampen onafhankelijk van elkaar te schakelen. De aansturing is uitgevoerd met opto-couplers waardoor de stuurelektronica elektrisch gescheiden blijft van de netspanning.
Deze schakeling is in eerste instantie ontworpen voor gebruik met de programmeerbare lichtshow, die (disco)schakeling uit het februarinummer. Maar ze kan ook gebruikt worden als interface tussen een computer en op het lichtnet aangesloten apparatuur. Ook kunnen schakelingen die een LED-display aansturen ermee uitgebreid worden.
De schakeling bestaat uit acht onafhankelijke triac-schakelingen die zijn ondergebracht op een print. Volledige isolatie van het lichtnetgedeelte is gewaarborgd, omdat elk ontsteekcircuit is uitgevoerd met een opto-coupler. Dit betekent ook dat aansturing mogelijk is door alle schakelingen die in staat zijn een LED aan te sturen.
In het schema van figuur 1 kunnen we zien dat de schakeling in wezen erg eenvoudig is. Elk kanaal bestaat uit een triac, een transistor, een opto-coupler en twee weerstanden. In de rusttoestand, dat is als de LED in de optocoupler niet oplicht, zal de transistor in de opto-coupler niet geleiden. De basis van de op de gate aangesloten transistor wordt dan via een weerstand van 22 k naar de negatieve voedingslijn C (A) getrokken. In dit geval wordt de gate van de triac door de transistor met de "nullijn" D (B) verbonden. De triac zal uit geleiding blijven. Als de aanstuurelektronica de LED laat oplichten, dan zal de transistor in de optocoupler in geleiding komen. De driver-transistor van de triac gaat hierdoor uit geleiding en er komt via de weerstand van 1 k een negatieve spanning op de gate te staan: de triac wordt ontstoken. De gate-stroom heeft een konstante waarde van 5 mA zolang de opto-coupler-LED blijft branden. Dit is van voordeel bij het aansturen van relatief kleine belastingen. De belastingsstroom kan nu kleiner zijn dan de houdstroom van de triac zonder dat de triac dooft; de konstante gate-stroom houdt hem in geleiding. Zo kunnen ook lampen van een laag wattage (bije. 5 W) aangestuurd worden.
Figuur 1. Het schema van de power-buffer. Zoals te zien zijn het acht identieke triacschakelingen.
Het maximaal aan te sturen vermogen hangt af van de mate waarin de triacs gekoeld worden. De dimensionering van de koellichamen is dan ook gebaseerd op de te verwachten belasting. Met de TIC 206 triac zonder koellichaam is het mogelijk belastingen te schakelen van maximaal 250 W. Als een SK13 koellichaam (35 × 17 × 15 mm) gebruikt wordt, dan mag de belasting opgevoerd worden tot 500 W en met een KL105 koellichaam (35 × 18,5 × 15 mm) mag u zelfs tot 750 W gaan.
Display-konfiguratie
Eerst moeten we bepalen hoeveel lampen we willen aansturen en in welke konfiguratie we die lampen zetten. Als we de triac-print(en) in kombinatie met de stuurschakeling van vorige maand gebruiken als programmeerbare lichtshow, dan kunnen er maximaal 30 lampen direkt aangestuurd worden. Hiervoor zijn dus vier triac-printen nodig.
Ook is het mogelijk de lampen in een matrix te schakelen. Met de 30 stuurlijnen tot onze beschikking wordt het maximale aantal lampen in die matrix 15 × 15 = 225. Het zal duidelijk zijn dat bij een dergelijke hoeveelheid lampen en fittingen de zaak behoorlijk in de papieren zal lopen. Er is echter een alternatief. In plaats van normale "peertjes" (en de dure pers-glaslampen) worden ook lampjes geleverd voor een zogenaamde E14 fitting. Deze lampjes zijn net een maatje groter dan fietslampjes, hebben een vermogen van 5 W (220 V) en ook de fittingen zijn goedkoop.
Als het de bedoeling is dat alle lampen in de matrix geheel onafhankelijk gestuurd worden, dan moet elke lamp rechtstreeks met een uitgang gekoppeld worden. In de al eerder genoemde 15 x 15 matrix is de sturing van de lampen niet meer geheel onafhankelijk, omdat er niet gemultiplext wordt. Als ergens in een rij een lamp niet mag branden, terwijl in de kolom waarin de bewuste lamp is opgenomen minstens een andere lamp wel moet branden, dan moet die hele rij uitgeschakeld worden. Dat betekent dat in die rij bij dat bepaalde lichtpatroon ook geen van de andere lampen kan branden.
Aansluiten
Een opmerking vooraf: Omdat we hier werken met een schakeling die rechtstreeks aan de potentieel dodelijke netspanning hangt, is opperste voorzichtigheid geboden. Kontroleer alles goed voordat de stekker in het stopkontakt gaat en bouw alles goed in voor de definitieve ingebruikneming, zeker als dat is in een publieke gelegenheid zoals een discotheek.
Het algemene aansluitschema van de triac-print staat in figuur 2. De aansluitingen van de lampen zijn niet uitgevoerd met soldeerpennen, maar met soldeerlippen die met boutjes met de triacs zijn verbonden (zie ook figuur 8). De gemeenschappelijke aansluiting van de lampen (punt X op de print) kan, als alle lampen ingeschakeld zijn, behoorlijk wat stroom voeren. Boor voor deze verbinding daarom een gat van 4 mm in de print en bevestig daar een messing M4 bout in. Met een gedegen schroefverbinding kan nu de verbinding met het lichtnet gemaakt worden.
Figuur 2. Het algemene aansluitschema van een triac-print.
De ontsteekcircuits van de triacs worden met een aparte 6 V trafo gevoed. Deze tra-fo moet 100 mA per aangesloten triac-print kunnen leveren.
In figuur 3 zien we de extra aansluitingen die nodig zijn als we de schakeling willen aansturen met de programmeerbare lichtshow-stuurschakeling. Op de punten X en Y staat een gelijkgerichte en afgevlakte spanning van 6 V die gebruikt wordt voor de voeding van de nuldoorgangsdetektor op de stuurprint. Lijn Z levert het ingangssignaal voor de nuldoorgangsdetektor. Voor mensen die vorige maand de stuurprint gemaakt hebben geven we de dringende raad, om de verbindingen van de punten X, Y en Z die gemaakt zijn voor het testen, weer ongedaan te maken!!
Figuur 3. Het aansluit-schema als de triac-print gebruikt wordt in kombinatie met de programmeerbare stuurprint van vorige maand. De punten X, Y en Z worden verbonden met de gelijknamige punten van de nuldoorgangsdetektor op de stuurprint.
Indien meerdere triac-printen gebruikt worden, dan kunnen ze parallel geschakeld worden zoals getekend in figuur 4. Als men het maximale uit de programmeerbare lichtshow wil halen zijn vier triac-printen nodig.
Figuur 4. Zo moet de zaak aangesloten worden als er meerdere triac-printen ingezet worden.
Bij het schakelen van de lampen in een 15 × 15 matrix moet het enigzins gewijzigde aansluitschema van figuur 5 gebruikt worden. Let er goed op dat bij deze toepassing een aparte voedingstrafo voor de triac-print(en) die de kolommen aanstuurt nodig is en een aparte voor de rij-aansturende triacprinten. Let er ook op dat de X-aansluitingen van de rij-aansturende printen op de ene netaansluiting en die van de kolom-aansturende printen op de andere aansluiting komen.
Figuur 5. Aansluitschema van de triac-printen, als de lampen in een matrix zijn geschakeld, waarvan de rijen en kolommen aangestuurd moeten worden. Let op dat er aparte voedingstrafo's nodig zijn voor de kolom-aansturende en voor de rij-aansturende printlen.
De plaats en wijze van huisvesting van de triac-printen mag de gebruiker zelf kiezen. Meest voor de hand liggend is inbouw in de kast waarin de stuurelektronica al een plaatsje heeft gevonden. Als de afstand tot het eigenlijke display met lampen groot is, is het wellicht aan te bevelen de triac-printen ergens dicht in de buurt van het display in te bouwen. De relatief dure bekabeling tussen triacs en lampen kan dan kort gehouden worden. Zorg er in alle gevallen voor dat er voldoende koeling is, dat nimmer (net)spanning voerende delen aangeraakt kunnen worden en denk aan de trekontlastingen van de netkabels.
Zoals al eerder vermeld werd zijn alle ont-steekcircuits uitgevoerd met optocouplers. Dat is, met het oog op de galvanische scheiding, niet alleen veilig, maar het maakt ook "universeel aansturen" mogelijk. Op de print ligt een extra baan, die met draadbruggen verbonden kan worden met Of alle anoden Of alle kathoden van de LED's in de opto-couplers. Natuurlijk kunnen de LED's ook gewoon geïsoleerd ten opzichte van elkaar gehouden worden. In onze lichtshow-toepassing verbinden we de anoden met de gemeenschappelijke lijn, die vervolgens aangesloten wordt op de +5 V van de stuurprint (hoofdprint). De anoden worden verbonden met de indikator-LED's in het frontpaneel (indien aanwezig) en gaan dan door naar de 30 uitgangen van de stuurprint. Met name voor de mensen die de triacprint voor andere toepassingen willen gebruiken vermelden we dat de stroom door de opto-coupler-LED voor adekwaat funktioneren 5 mA moet zijn. De spanningsval over deze LED is ongeveer 1,2 V. Met deze gegevens kan de waarde van de serieweerstand berekend worden.
Matrix-perikelen
In een matrix-schakeling waarin de rijen en kolommen aangestuurd worden en niet de lampen individueel, zien we een vervelend schoonheidsfoutje. Bij bepaalde lichtpatronen is het mogelijk dat lampen die niet behoren op te lichten toch zwak gaan branden. De bij die lamp behorende rij en kolom worden dan wel niet beiden aangestuurd, toch kan er via-via een serieschakeling van meerdere lampen ontstaan die daarom (heel) zwak zullen gaan branden.
De eenvoudigste manier om dit te voorkomen is om de patronen zo te kiezen dat steeds hele rijen of kolommen uitgeschakeld zijn. Maar er is ook een elektronische weg die tot een oplossing leidt. Schakel in serie met de lampen een diode (A/K overal hetzelfde). Bovengenoemd probleem zal dan niet meer optreden. Wel draaien de lampen nu op de halve netspanning waardoor de lichtopbrengst belangrijk af zal nemen. Dit kan ondervangen worden door lampen te gebruiken van een hoger wattage, hoewel de kleur dan wat geel zal blijven, of door lampen met een lagere bedrijfsspanning te kiezen.
Figuur 6. Het "stramien" van een matrix hoeft niet altijd volgens het geijkte ruitjespatroon te gaan. Zo kan het ook.
Figuur 7. Matrixschakeling waarin het ongewenst zwak oplichten van niet aangestuurde lampen wordt voorkomen. Alle dioden zijn in dezelfde richting geschakeld.
Figuur 8. Layout en komponentenopstelling van de triac-print. Op de print loopt een baan die als common-cathode- of common-anode-aansluiting gebruikt kan worden.
| R1,R3,R5,R7,R9,R11,R13,R15 | 22 k |
| R2,R4,R6,R8,R10,R12,R14,R16 | 1 k |
| C1 | 1000 µ/16 V |
| T1 ... T8 | BC 557B |
| Tri1 ... Tri8 | TIC 206D of TIC 206M |
| D1 ... D4 | 1N4001 |
| IC1 ... IC8 | TIL 111 |
| Tr1 | nettrafo, sekundair 6 V (stroom: zie tekst) |
| F1 | zekering, waarde afhankelijk van het te sturen vermogen |
| S1 | dubbelpolige netschakelaar |
| koellichaam (zie tekst) |