Idee: Phasenan-/abschnitt zu PWM wandeln

[Achim H]

Ich habe da mal eine Idee, aber keine Ahnung ob diese realisierbar ist.

Phasenan- oder abschnitt ist im Prinzip nicht anderes wie PWM, allerdings mit einer anderen Kurvenform.

Phasenan-/abschnitt-gesteuerte Schaltnetzteile gibt es aber noch nicht all zu viele.
Könnte man stattdessen nicht einfach ein PWM-regelbares Netzteil verwenden?

Meine Idee wäre folgende:
die mit einem Phasenan- oder abschnitt verseuchte Netzspannung wird in 2 Stränge aufgeteilt.

Strang 1 versorgt das Netzteil mit Spannung. Dem intern eingebaute Brückengleichrichter mit nachgeschalteten Glättungs-/Stabilisierungskondensator dürfte die etwas zerhackte Spannung nicht allzuviel ausmachen.

Die Spannung von Strang 2 wird über einen Spannungsteiler verkleinert, die Kurvenform über einen Sinus-Rechteckwandler umgewandelt und die Frequenz über einen PLL vervielfacht (mindestens mal 5). Das Puls-Pausenverhältnis müsste somit erhalten bleiben. Mit der richtigen Spannungshöhe (zum Beispiel: 10V) könnten die Rechtecksignale nun in den PWM-Eingang (am Ausgang des SNT) eingespeist werden.

Könnte das so funktionieren?

[Sailor]

Ich kann jede Seite nachvollziehen. Wenn das Netzeil aber primärseitig mit der Dimmung klarkommt, warum soll dann noch mit der 2. Methode gedimmt werden?

Meine Überlegung:
Am PWM-Dimmer kommt schon "gedimmte" Energie an. Diese bestimmt die Kurve der Dimmung. Der (nachgeschaltete) PWM-Dimmer wird sie nur flacher machen können, aber er kann die Dimmkurve nicht linearisieren.

[ustoni]

Hallo, Achim!
Vom Prinzip her ist die Idee sicherlich nicht schlecht. In der Praxis wird sie sich allerdings aus verschiedenen Gründen nicht umsetzen lassen.

Zunächst zum Netzteil: Schaltnetzteile wie z.B. das Meanwell-Netzteil RS50-12 sind für eine Eingangsspannung von 88V-264V (AC) spezifiziert. Damit würde theoretisch ein Bereich von ca. 38% bis 100% des Dimmbereiches abgedeckt. Was das Netzteil darunter macht, ist nicht vorhersehbar.
Als kritischer betrachte ich den zulässigen Frequenzbereich von 47 Hz bis 63 Hz.
Ein Sinussignal sieht bekanntlich so aus (ein echter Sinus ist schöner, aber hier gehts ja nur ums Prinzip):

100 sinus.jpg (24.45 KiB) 10036 mal betrachtet

Bei einem Phasenanschnitt von 50 % sieht das Signal so aus:

50 sinus.jpg (22.3 KiB) 10036 mal betrachtet

Das Problem fürs Netzteil ist hier die ansteigende (bzw. bei der negativen Halbwelle die abfallende) Flanke der Spannung. Angenommen, die Phasenanschnittsteuerung würde relativ langsam mit 10 usec arbeiten. Die nachfolgende Elektronik würde diese Flanke als ein 1/4 Periode "sehen", was bei 10 usec also einer Periode von 40 usec entspricht. Das entspricht aber einer Frequenz von 25 kHz. Darauf ist die Schaltung nicht ausgelegt. Der Glättungskondensator kann diese Menge Energie nicht sofort aufnehmen, was eine Spannungsspitze an die nachfolgende Elektronik bedeutet.
Sollte dies nicht zu einer sofortigen Zerstörung führen, würde zumindest die Lebensdauer des Netzteils erheblich verkürzt werden.

Zum PLL-Kreis: eine solche Schaltung ist zwar Standard, aber doch relativ aufwendig und damit teuer. Ein einfacher Spannungsteiler kommt ebenfalls nicht in Frage, da damit keine galvanische Trennung vom Netz erfolgt - Lebensgefahr!

Fazit: besser auf vorhandene Lösungen zurückgreifen. Beim Umrüsten auf LED-Technik sollten vorhandene Phasen-an oder -abschnittsteuerungen besser ausgebaut und entsorgt werden.

[Achim H]

Zunächst zum Netzteil: Schaltnetzteile wie z.B. das Meanwell-Netzteil RS50-12 ist für eine Eingangsspannung von 88V-264V (AC) spezifiziert. Damit würde theoretisch ein Bereich von ca. 38% bis 100% des Dimmbereiches abgedeckt.

Das RS-50-12 arbeitet mit einer sogenannten Universalspannung*. Der Spannungsbereich von 88-264V sagt nur aus, dass das Netzgerät innerhalb dieses Bereiches ordnungsgemäß arbeitet. Da wird überhaupt nichts gedimmt, weder theoretisch noch praktisch. Aus dem SNT kommen weiterhin 12V bei max. 4,2 Ampere (50,4 Watt) heraus und das unabhängig davon, wieviel Spannung am Eingang anliegt.

* verschiedene Eingangsspannungen für verschiedene Netze:
85V - 132V AC --> 100V/115V
195V - 265V AC --> 230V
85V - 265V AC --> Universal

Die 25mSek in den Bilder sind falsch:
50 Hertz sind 50 positive + 50 negative Halbwellen = 50 vollständige Sinuswellen und nicht 20.
1 Halbwelle ist somit nur 1/100 Sekunden lang. Als Zeit ausgedrückt: 10mSek.

Bei einem Phasenan- oder abschnitt von 50% wären das nur noch 5mSek.

Ein einfacher Spannungsteiler kommt ebenfalls nicht in Frage, da damit keine galvanische Trennung vom Netz erfolgt - Lebensgefahr!

Die Sache mit dem Spannungsteiler war eher symbolisch gemeint. Dafür würde eine Entstördrossel, wo man mit ca. 1mm dickem Kupferdraht noch eine Primärwicklung zusätzlich herstellt, schon reichen. So viele Milliampere werden für die Elektronik nicht benötigt.

Wenn das Netzeil aber primärseitig mit der Dimmung klarkommt, warum soll dann noch mit der 2. Methode gedimmt werden?

Damit man nicht noch einen Dimmer kaufen muss, wo schon einer vorhanden ist.
Der Nachteil mit einem PWM-Dimmer ist, dass man ein weiteres Gerät hat. Und wohin damit? Und wie will man dimmen? Auf einen Stuhl klettern, um das Poti zu verstellen ist sicherlich keine Lösung, genauso wenig eine Funk- oder IR-Sender. Auf solche zusätzlichen Geräte könnte man dann verzichten.

[ustoni]

Sorry, habe auf die Schnelle tatsächlich einen - gravierenden - Fehler gemacht. 50 Hz entspricht natürlich einer Periode von 20 msec und damit einer Halbwelle von 10 msec, nicht 25 msec. Ändert aber nichts an der Aussage.

115 Veff sind 115 Veff, bezogen auf eine rein sinusfürmige Spannung.
230 Veff sind 230Veff ebenfalss bezogen auf eine sinusförmige Spannung.

So etwas wie eine "Universalspannung" gibt es nicht. Sorry, aber das ist technischer Schwachsinn!

Entstördrosseln sind eben "Entstördrosselln" und keine Übertrager.

Solange ein vorhandener Dimmer ein Netzteil nicht dimmen kann, ändert auch Deine Idee nichts an den technischen Gegebenheiten.

Edit:
P.S.: Man möge bitte die 25 msec in den Grafiken durch 10 msec ersetzen...

[Achim H]

So etwas wie eine "Universalspannung" gibt es nicht. Sorry, aber das ist technischer Schwachsinn!

Heute schon gegoogelt?
"Standard Worldwide Input Line Voltage Ranges"

[Loong]

So etwas wie eine "Universalspannung" gibt es nicht.

"Universalspannung" ist etwas ungeschickt ausgedrückt. Es gibt "Universalspannungsnetzeile", die mit (möglichst) allen, weltweit vorkommenden Lichtnetzen funktionieren. Dein Handyladegerät z. b. fällt mit großer Wahrscheinlichkeit in diese Kategorie.

Früher, als es bei uns noch Gleich- und Wechselspannungsnetze parallel gab (ja, gab es tatsächlich mal!), bezeichnete man Geräte, die man an beide Netze anschließen konnte, als Geräte mit Universaleingang.

[ustoni]

Mehrfach.

Ändert aber nichts an den Spezifikationen der hier erhältlichen Netzteile: Max.: 88 - 264 V, 47-67 HZ: Die Frage ist nicht, was machbar ist, die Frage ist ganz einfach was erhältlich ist. Zur Zeit sind käufliche Netzteile auf eine Sinusspannung ausgelegt - der Spannungsbereich ist bereits ein entscheidender Vorteil.

Wie Du schon in Deinem ersten Post erwähnt hast - durch Phasenan- oder -abschnitt regelbare Netzteile sind die Ausnahme.

Was soll der Threat also?

[Loong]

Ändert aber nichts an den Spezifikationen der hier erhältlichen Netzteile: Max.: 88 - 264 V, 47-67 HZ:

Eindeutig Universalspannung !

[CRI 93+ / Ra 93+]

So ähnlich arbeiten doch alle Chips, die Triac-Dimmung ermöglichen: das Phasenanschnittsignal wird analysiert und in etwas passendes umgesetzt. Das ist das kleinere Problem.
Das wesentlich größere Problem ist es, ein Netzteil zu finden, das mit dem Triac-Signal zurechtkommt. Und wenn es das gibt, dann surrt das auch noch.

Ich würde das mit einem für induktive Lasten geeigneten Dimmer + Ringkerntrafo lösen und die Steuerelektronik auf der Niederspannungsspeite unterbringen. So ein Ringkerntrafo ist i.d.R. auch noch effizienter als ein Schaltnetzteil und noch weitere Elektronik ist so oder so notwendig.

[Borax]

So ein Ringkerntrafo ist i.d.R. auch noch effizienter als ein Schaltnetzteil

Aber nur bei hoher Last. Im Bereich < 50W haben Ringkerntrafos ja auch nur gute 80% Effizienz, hinzu kommen aber noch Verluste aus der Gleichrichtung.

Das wesentlich größere Problem ist es, ein Netzteil zu finden, das mit dem Triac-Signal zurechtkommt. Und wenn es das gibt, dann surrt das auch noch.

Das glaube ich auch! Und auch viele Dimmer für induktive Lasten + Ringkerntrafo werden vmtl. immer noch surren

[Jay]

also für euer Problem kenne ich derzeit nur die 2 Trafo Lösung, wenn jemand Interesse daran hat kann ich es genau erläutern

EDIT: vom Prinzip ist die Lösung wie von Achim beschrieben nur eben mit Standard Trafos.

Theoretische-Schaltung! Spannungen und Bauteile nur zum Beispiel.

Der 7805 bekommt natürlich seine minimal Schaltung, hier dient er nur als Beispiel.
Und ob das jetzt 2 Trafos sind oder 2 Wicklungen in einem spielt auch keine große rolle.

MfG
Jay

[Achim H]

Eine Netzleitung besteht aus 2 Leitern (ohne PE). Der Phasenan-/abschnitt wird darüber übertragen und nicht über irgendwelche zusätzlichen Leitungen.

Die Spannung nach dem Gleichrichter beträgt um 13V und nicht nur 10V.
10V AC x SQRT(2) - Spannungabfall über 2 Dioden im Gleichrichter = ca. 13V DC.

Wenn man noch berücksichtigt, dass eine Netzspannung um +-15% schwanken darf, würde man sogar max. 14,9V am Ausgang erhalten. Was denkst Du, was der PWM-Regler dazu meint, wenn man diesen mit fast 15V füttert, obwohl nur max. 10V erlaubt sind?

Der zum Glätten und Stabilisieren nachgeschaltete Kondensator wird es bestimmt nicht schaffen, die Spannung auf max. 10V zusammenbrechen zu lassen.

Reduzier den Eingang auf 2 Leiter, dann sehen wir weiter.
Mit 4 Eingängen ist die 2 Transformatoren-Lösung keine Lösung.

[Achim H]

Kommentar: Du hast wohl den sinn der Schaltung nicht verstanden.

Welchen Sinn?

Ich denke, Du hast die Ausgangssituation nicht verstanden.
Diese ist: ein Phasenan-/abschnitt in der Netzspannung. Dafür braucht man nur 2 Leitungen: L + N.
Und jetzt erklär mir mal, wie Du daran die 2 Transformatoren anschließen willst.
Bedingung: das Kabel darfst Du nicht ändern.

[Jay]

Bedingung: das Kabel darfst Du nicht ändern.

Dann kannst du deine Idee sowieso schon vergessen, derzeit ist es nicht ohne teuerstes equipment möglich.

Viel Spaß bei weiter suchen...

...

[Loong]

Dann kannst du deine Idee sowieso schon vergessen, derzeit ist es nicht ohne teuerstes equipment möglich.

Angenommen, Geld spielt keine Rolle: Wie sieht das dann aus?

[Loong]

...

PFC.png

Das ist das Blockschaltbild eines per PWM, 1 - 10 V und Poti dimmbaren Meanwell HLP-40H, das irgendwo um 50 Euro rum kostet. Leider hat es mit dem Thread-Thema nichts zu tun.

[Achim H]

Ich habe auch noch ein wenig weiter geforscht.

Eine 0 - 100% Regelung würde man eh nicht hinbekommen. Wenn die Phase an- oder abgeschnitten wird, verringert sich auch die Amplitude. Kleiner als die minimale Eingangsspannung darf die Spannung nicht werden, ansonsten schaltet das SNT ab. Geschätzter Regelbereich: 38 - 100%.

Der PWM-Eingang funktioniert mit Frequenzen ab 100 Hertz. Ich würde trotzdem eine Frequenzverdopplung in Betracht ziehen. Da die Netzfrequenz weitestgehend stabil ist, braucht man aber kein PLL, sondern nur einen Brückengleichrichter und eine Schaltung aus 3 Gattern eines 74HC14, 1 OpAmp, ein paar diskrete Bauteile. Eine entsprechende Schaltung habe ich hier gefunden: Mikrokontroller.net (Direktlink).

Was ustoni (3. Antwort von Oben) mit 25kHz geschrieben hat, verstehe ich irgendwie nicht. Der Dimmer beschneidet doch nur die Netzfrequenz. Diese beträgt immer noch 50Hz. Die Spannungsspitzen wird man sicherlich abfangen können, wenn man vor dem Einspeisen in das SNT einen Brückengleichrichter mit Glättungs-/Stabilisierungskondensatoren aufbaut. Das SNT funktioniert auch mit einer Gleichspannung, es benötigt nicht zwingend eine Wechselspannung.

[ustoni]

Die hohen Frequenzen entstehen beim Schaltvorgang des Triacs im Dimmer. Wenn der Triac getriggert wird, schaltet er schlagartig die Phase über den Verbraucher durch. Das geht natürlich nicht in Nullzeit. Ich hab noch mal gegoogelt, üblich ist z.B. ein Wert von 2 Mikrosekunden. Dieser Einschaltvorgang hat einen fast linearen Verlauf. Wenn man das zeitlich stark gestreckt darstellt, sieht das wie in der Grafik auf der linken Seite aus.

Dreieck.jpg (14.51 KiB) 9883 mal betrachtet

Um sich am besten vorstellen zu können, wie die Störungen entstehen, kann man sich diesen Anstieg als eine Viertelperiode eines Dreiecksignals vorstellen. Rechts in der Grafik oben ist das entsprechende Dreiecksignal mit der roten Linie gedanklich vervollständigt. Bei 2 usec Anstiegszeit ergibt sich so eine Periodendauer von 8 usec und damit eine Frequenz von 125 kHz.

In der Natur gibt es nur sinusförmige Schwingungen. Jedes Periodische Signal, das nicht sinusförmig ist, setzt sich aus einer endlosen Zahl von Sinuswellen zusammen. Diese kann man mittels Fast Fourier Transformation (FFT) berechnen (dafür muß man allerdings wohl studiert haben). Mit einem Spektrumanalyzer lassen sich die einzelnen Frequenzen tatsächlich darstellen und messen. Wie das bei einem Rechteck- und Dreiecksignal aussieht, kannst Du z.B. hier nachschlagen:

http://www.easy2design.de/stuff/mess_02 ... oll_11.pdf

Bei dem ungünstigsten Fall - Phasenanschnitt in der Mitte der Halbwelle - von 320 V ergeben sich bei einem Dreieck folgende Spitzenamplituden:

256,05 V bei 125 kHz
28,45 V bei 375 kHz
10,24 V bei 750 kHz
5,23 V bei 1125 kHz
3,16 V bei 1500 kHz
2,12 V bei 1875 kHz
usw.

Das ist auch der Grund, warum in einem Dimmer Entstördrosseln und Kondensatoren untergebracht sind. Die greifen aber wirksam erst bei Frequenzen oberhalb einiger Megahertz, da sie hauptsächlich für störungsfreien UKW-Empfang konzipiert sind.

Die 25 kHz haben sich dementsprechend auf eine angenommene Anstiegszeit von 10 usec bezogen.

[Loong]

Das ist auch der Grund, warum in einem Dimmer Entstördrosseln und Kondensatoren untergebracht sind.

Diese Darstellung ist nicht ganz richtig. Die in Reihe zum Verbraucher geschaltete Entstördrossel verhindert einen schnellen Stromanstieg beim Zünden des Triacs und läßt somit hohe Frequenzen gar nicht erst entstehen. Nachteil: Der verlangsamte Stromanstieg erhöht die Verlustleistung im Triac.

Bei dem ungünstigsten Fall - Phasenanschnitt in der Mitte der Halbwelle - von 320 V ergeben sich bei einem Dreieck folgende Spitzenamplituden:

Nur, wenn ohne Drossel gearbeitet würde. Tut man aber nicht.

[ustoni]

Ich habe ja auch nur eine beliebige Zeit angenommen. Wenn die Einschaltzeit verlangsamt wird, heißt das doch nur, dass sich die entstehenden Frequenzen in einen niedrigeren Frequenzbereich verschieben. Ursprünglich ging es darum, dass ein Meanwell-Netzteil einen zulässigen Frequenzbereich von 47 bis 63 Hz hat.

[Borax]

Die (IMHO) einzig saubere Lösung wäre 'kein Standard-Dimmer', sondern ein 'Pseudo-Dimmer' der immer vollen Strom weiterleitet und nur ein Steuersignal aufmoduliert, was dann oben in der Lampe ausgewertet wird. So wie das andere 'Haus-Steuerungen' eben auch tun. Z.B.:
http://de.wikipedia.org/wiki/PLC-BUS

[Achim H]

An sowas hatte ich auch schon gedacht. Zum Beispiel mithilfe eines Ringmischer/Ringmodulator, wo ein PWM-Signal zur Netzfrequenz hinzu gefügt wird.

2 Bilder von Wikipedia
Ringmodulator:

(Rechteck + Sinus)

Pulsamplitudenmodulation:

[CRI 93+ / Ra 93+]

Also wenn ich das bauen würde, würde ich einen Dimmer für induktive Lasten + Ringkerntrafo 24V + Schottky-Gleichrichter + Sieb-Elko (ca. 4700 µF) + getaktete KSQ (min. 35V, besser 40V zulässige Eingansspannung) benutzen und das 50Hz-Signal per Microcontroller analisieren und in einen PWM-Signal für die KSQ umsetzen. (Selbstversändlich mit mindestens 500 Hz, wenn die KSQ mitspeilt eher 5 bis 15 kHz [bin auch einer, der die roten LED-Blitzlichter an vielen neueren Autos nicht mag, Mazda ist mir da heute morgen positiv aufgefallen, VW sticht leider sehr negativ heraus])

[Borax]

Nachdem es jetzt eine dimmbare 700mA KSQ für 17€ gibt:
http://www.leds.de/LED-Zubehoer/Strom-u ... -oxid.html
würde ich da keine Ambitionen rein stecken, das irgendwie 'hinzupriemeln'. Außer es geht um sehr viel (Led-)Leistung (>>50W)... Dann würde der Ringkern-Trafo + Dimmer für induktive Lasten wieder Sinn machen.