0...10 V dimmer
voor lichtmengpaneel
Aan het slot van het artikel over het 'lichtmengpaneel' in februari van dit jaar, beloofden we onze lezers ook een ontwerp voor een bijpassende dimmer. De 'DMX-dimmer'van afgelopen juni is natuurlijk wel bruikbaar is voor dit doel, maar dat ontwerp is veel te uitgebreid en te duur voor toepassing als 'simpele' dimmer. De hier voorgestelde schakeling is veel eenvoudiger en goedkoper!
Het in februari gepubliceerde achtkanaals lichtmengpaneel bleek door zijn betaalbaarheid en redelijk universeel karakter, heel populair bij alle in licht en geluid geïnteresseerde lezers. Alleen bereikten ons al snel de verzoeken om een zelfbouwversie van een spanningsgestuurde dimmer die geschikt was voor de gestandaardiseerde regelsignalen van 0 ... 10 V die het paneel aan de uitgangen produceert. Uiteraard zijn die spanningsgestuurde dimmers volop te koop, maar rechtgeaarde doe-het-zelvers zijn nu eenmaal niet zo geneigd tot aankoop van kant-en-klare zaken als ze die in principe ook zelf kunnen maken - een standpunt dat wij natuurlijk van harte ondersteunen. De in juni gepubliceerde 'DMX-dimmer' voorzag weliswaar voor een deel al in de wensen van de lichttechnici, maar in feite was dit ontwerp toch meer afgestemd op semiprofessionele toepassingen en aansturing vanuit een digitaal DMX-systeem. Niet iedereen die een paar simpele dinimers nodig heeft, is bereid te investeren in een uitgebreide processorbestuurde schakeling, ook al is die dan nog zo fraai van opzet en uitvoering. Kortom: er bleef dus behoefte aan een simpele rechttoe-rechtaan-dimmer, geschikt voor een vermogen van pakweg 1000 W, die aangestuurd kan worden met een standaard regelspanning van 0 ... 10 V En dat is dan ook precies wat we hier presenteren.
Twee aparte schakelingen
Voor de opzet van de dimmerschakeling hebben we hier de meest simpele en principiële benadering gekozen. Het feitelijke dimmen gebeurt uiteraard door fase-aansnijding, waarvoor in dit geval een optotriac is ingezet. Deze wordt aangestuurd door een comparator die de van het lichtmengpaneel afkomstige 0 ... 10 V regelspanning vergelijkt met een driehoekspanning van ca. 10 V. In feite gaat het hier om een puls-breedte-sturing: Hoe hoger de regelspanning, des te langer zal de comparatoruitgang 'hoog' zijn, des te langer zal de triac geleiden en hoe feller de lamp zal branden. Het enige dat we dus naast de comparator en de optotriac nodig hebben, is een zaagtandspanning. De opwekking daarvan is niet zo'n probleem, zoals we zodadelijk zullen zien. Maar omdat de zaagtandspanning in principe voor meerdere parallelgeschakelde comparators kan worden gebruikt, hebben we van de gelegenheid gebruik gemaakt om de schakeling zo op te zetten dat deze in twee afzonderlijke delen is opgesplitst: een besturings- en een dim-gedeelte. De eerstgenoemde schakeling bevat de zaagtandgenerator, een simpele gestabiliseerde voeding voor de opamps en een connector voor de van het lichtmengpaneel afkomstige regelspanningen. De 'dimmerschakeling' bevat weinig meer dan de comparator, optotriac en een ontstoorspoel. Beide deelschakelingen zijn op een aparte print ondergebracht, waardoor het dus mogelijk is meerdere dimmerschakelingen op één en dezelfde besturingsschakeling aan te sluiten. Handig wanneer zich op een statief of rek een groep spots bevindt. Elke spot heeft dan zijn eigen dimmermodule (en kan dus apart geregeld worden) en elke blok spots heeft een besturingsprint.
Figuur 1. Het schema kan worden opgesplitst in een besturings- en dimmergedeelte. Op K4 komen de regelspanningen van het lichtmengpaneel binnen.
Besturingsmodule
In figuur 1 is het complete schema van de dimmer afgebeeld. De besturingsmodule wordt gevormd door het bovenste gedeelte daarvan. Laten we eerst even de connectoren bekijken, De netspanning wordt aangesloten op een van de parallelgeschakelde kroonstenen Kl of K2. De overgebleven kroonsteen kan worden gebruikt om de netspanning door te lussen naar K5 van de dimmermodule(s). Hierbij dient men er overigens wel op te letten dat de maximale stroom die de kroonstenen aankunnen (meestal 15 A) niet wordt overschreden. In geval van twijfel kan men elke dimmermodule beter van een eigen netspannings aansluiting voorzien.
De 9-polige sub-D-connector K4 is bestemd voor aansluiting van de acht regelspanningen die van K2 op het lichtmengpaneel afkomstig zijn. De verbinding gebeurt met een 9-polige flatcable die aan het ene uiteinde wordt voorzien van een male en aan het andere uiteinde van een female connector (female connector komt aan K4). De dubbelrijige header K3 is voorts toegevoegd om met behulp van een jumper het gewenste kanaalnummer in te stellen. De regelspanning wordt vanuit punt 'CV' (control voltage) doorgelust naar het identiek gemerkte punt op de dimmermodule(s). Overigens is het ook mogelijk regelspanningen van andere kanalen af te takken op K3 aan de kant van K4.
Dan de zaagtandgenerator. Via Dl, D2 en Tl worden rond de nuldoorgang van de wisselspanning pulsen gegenereerd die via T2 condensator C5 snel ontladen. Gedurende de tijd dat T2 spert, wordt C5 via R5 vervolgens steeds weer opgeladen. De spanning over C5 heeft daardoor dus een zaagtandvormig verloop. Deze spanning wordt door IC2 geïnverteerd en versterkt tot een zaagtandspanning met een maximale amplitude van ca. 10 V. Vanuit punt 'S' wordt de aldus gecreëerde hulp spanning doorgesluisd naar het corresponderende aansluitpunt op de dimmermodule(s). Het enige dat de besturingsmodule verder nog bevat, is een simpele gestabiliseerde 15-V-voeding voor de opamps, bestaande uit trafo Tr1, bruggelijkrichter D3 ... D6, bufferelco C1 en spanningsregelaar IC1.
Onderdelenlijst
Weerstanden:
R1,R7 = 10 k
R2 = 22 k
R3 = 3k3
R4,R12 = 1 k
R5 = 100 k
R6,R9 = 1M2
R8 = 5k6
R10,R11 = 47 Ω
Condensatoren:
C 1 = 1000 µ/25 V radiaal
C2,C3,C5,C7 = 100 n
C4 = 10 µ/25 V radiaal
C6 = 100 n/250 V-, klasse X2(!)
Spoelen:
L 1 = 10 A triac-ontstoorspoel 50... 100 mH
Halfgeleiders:
Dl, D2 = 1N4148
D3 ... D6 = 1N4001
T1,T2 = BC547
IC1 = 7815
IC2 = CA3140E
IC3 = S202S11/S202S12
IC4 = TLC271CP
Diversen:
K1,K2,K5,K6 = 2-polige printkroonsteen, steek 7,5 mm
K3 = dubbelriiige header 2 x 8
K4 = 9-polige haakse sub-D-connector, male, voor printmontage
TR1 = nettrafo sec. 15 V/1,5 VA~(bijv. Hahn BV El 303 2033)
F1 = 5 AT met printzekeringhouder
printen: 010125-1 (besturingsmodule), 010125-2 (dimmermodule)
Dimmermodule
Eerst weer even de connectoren: op K5 wordt de netspanning aangesloten en op K6 de te dimmen lamp. Door IC4 wordt de zaagtandspanning (punt S) vergeleken met de van het lichtmengpaneel afkomstige regelspanning (punt CV). Hoe hoger de regelspanning, des te langer zal de uitgang van IC4 'hoog' blijven; de LED in optotriac IC3 wordt dan dus langer aangestuurd en de op K6 aangesloten lamp zal feller branden.
De ± 15-V-voeding wordt doorverbonden vanuit de besturingsprint via de met 'massa' en 'plus' gemerkte pennen. Wanneer er meerdere dimmermodules op dezelfde besturingsmodule worden aangesloten, kunnen de regelspanningen daarvoor rechtstreeks van K3 (via een header) worden afgetakt (pen 2 = kanaal 1, pen 4 = kanaal 4, enz.).
Figuur 2. Besturings- en dimmermodule hebben eik hun eigen print. Daardoor kunnen er meerdere dimmermodules op dezelfde besturingsprint worden aangesloten.
Solderen
In figuur 2 zijn de printen van beide modules afgebeeld. Hoewel de dimmerprint beduidend minder onderdelen bevat dan de besturingsprint, is ze toch precies even groot uitgevallen, hetgeen geheel op rekening komt van het royale formaat van de toegepaste 10-A-ontstoorspoel (L1). Het opbouwen van de printen is niet echt een karwei om tegenop te zien. Het aantal componenten valt eigenlijk reuze mee en van echt lastige details is geen sprake. Wel zouden wij willen adviseren om aan de montage iets meer dan de normale aandacht te besteden en te zorgen dat er bijvoorbeeld geen onbedoelde kortsluitingen ontstaan door soldeerresten op de print. Want we dienen natuurlijk wel te beseffen dat beide printen rechtstreeks met het lichtnet zijn verbonden!
Nu we het daar toch over hebben: lees de veiligheidspagina door die regelmatig in Elektuur wordt afgedrukt en doe uw voordeel met de daar gegeven aanwijzingen. Ga bovendien beslist niet aan de schakeling zitten meten of prutsen als deze met het net is verbonden. Netspanning is levensgevaarlijk en bepaald niet iets om nonchalant over te doen!
Als behuizing voor de schakeling(en) komt alleen een stevig kunststof kastje in aanmerking. Zorg daarbij voor een degelijke netentree en een idem-dito lampaansluiting, Voor de verbindingen tussen de diverse entrees en Kl, K2, K5 en K6 dient uiteraard goed-geïsoleerde kabel te worden gebruikt met een doorsnede van tenminste 1,5 mm2. De bedrading tussen de punten S, CV, 'massa' en 'plus' kan gewoon met soepele litzedraad gebeuren.
Wanneer er op een plaats een combinatie van één besturings- en één dimmerprint wordt toegepast, dan wordt op K3 een kanaal gekozen met een jumper of een draadbrug, waarna de punten CV van beide printen met elkaar worden verbonden. Bij een opstelling van een besturingsprint met meerdere dimmerprinten wordt elke CV-aansluiting van de dimmerprinten apart verbonden met de gewenste kanaalpen op connector K3. Dat kan gemakkelijk met bijv. een header en een stuk flatcable.
Volgens de voorschriften behoort op de behuizing van de dimmermodule tenslotte een identificatieplaatje (hiernaast) te worden geplakt met daarop de voedingsspanning en de zekeringwaarde.
Maximaal 1000 watt
Hoewel de gebruikte optotriac continu 8 A kan schakelen, hebben wij het toch veiliger geoordeeld royaal onder die grens te blijven. Zekering Fl is daarom afgestemd op een maximaal lampvermogen van 1000 watt. In de meeste gevallen zal dat ruimschoots voldoende zijn en de kans dat er iets mis gaat is bij dit vermogen minimaal. Tot vermogens van 500 watt hoeft IC3 niet gekoeld te worden. Daarboven is een kleine koelplaat wenselijk. Alleen is het daarbij aan te bevelen het kastje van een paar ventilatieopeningen te voorzien, zodat de warmte ook afgevoerd wordt.
Voor korte pieken die boven de maximale waarde van 8 A uitstijgen (bij inschakelen van koude lampen) hoeft men overigens niet benauwd te zijn, want de in de onderdelenlijst genoemde typen S202S11 en S202S12 verdragen kortstondige piekstromen tot maar liefst 80 A.