DIMMER mit PHASENANSCHNITT

Beim Phasenanschnitts-Dimmer schaltet man die Spannung bei jeder Halbwelle proportional zum

dimmenden Wert hinzu. Da man die Spannung von Beginn des Nulldurchganges her anschneidet, bis die

verbleibende Spannung und der damit verbundene proportionale Strom die gewollte gedimmte Leistung

übrig bleibt, spricht man vom Phasenanschnitt.

Zunächst muss der Nulldurchgang der Sinusspannung ermittelt werden. Sie wird benötigt, um damit eine zu

generierende Sägezahnspannung immer zum gleichen Zeitpunkt (beim Spannungsnulldurchgang) von

höchsten Wert bis hin zu 0 innerhalb der Halbwelle abnimmt. Parallel fügt man der Schaltung eine

Steuerspannung zu, die prozentual der zu dimmenden Leistung entsprechen soll. Dazu hat sich der

Steuerspannungbereich aus der Industrie bewährt und liegt bei 0 bis +10 Volt. Natürlich gibt es auch

Ausnahmen, so hat Strand zeitweise eine negative Spannung bevorzugt oder ADB lieber mit einer

Stromsteuerung gearbeitet.

Während der Steuerstom von ADB über einen Wiederstand einfach zu einer Spannung gewandelt werden

kann, war es beim Strand-Signal aufwendiger eine negative Spannung bei Bedarf auf eine positive

Spannung zu wandeln oder umgekehrt. Zurück zur Sägezahnspannung. Diese soll zunächst Ihr Minimum am

Ende der Halbwelle der Netzspannung erreichen und zu Beginn der Halbwelle die gleiche Amplitude

aufweisen wie die Maximale mögliche Steuerspannung. Je nach Höhe der Gleichspannung (Steuerspannung)

wird die abfallende Rampe der Sägezahnspannung die gleiche Höhe erreichen. Das soll erkannt werden (mit

Hilfe eines Komparators) um dann einen Zündimpuls für den Triac zu generieren. So erhält man der

Steuerspannung proportionale zeitliche Verzögerung der Thyristorzündung, sprich den Phasenanschnitt. Im

Folgenden wird eine Schaltung in einzelne Funktionsblöcke aufgeteilt und im Detail erläutert. Somit entsteht

ein funktionsfähiger Dimmer, den man durchaus zu Ausbildungszwecken unter Anleitung nachbauen

könnte. Der hier beschriebene Dimmer weist eine strikte Trennung mittels Optokoppler und Trafo von

Steuerteil zum Netz hinauf, wird aber in dieser Dimensionierung keine EMV Grenzwerte einhalten können

und ist so nicht für kommerzielle Zwecke geeignet.

Nullpunkterkennung

Ausgangspunkt ist die Netzspannung. Die anliegende Netzspannung (a) wird mittels Transformator (b) auf

eine Kleinspannung (c) transformiert. Der darauffolgende Brückengleichrichter (d) sorgt dafür, dass die

negative Halbwelle jetzt auch als positive Halbwelle zu Verfügung steht. Es steht also eine mit 100 Hz

pulsierende Gleichspannung (e) zu Verfügung. Die Pulsierende Gleichspannung (e) steuert den Transistor

T2 an (f). Dadurch leitet der Transistor T2 fast ständig und erhält nur bei den Spannungseinbrüchen, also

den eigentlichen Spannungs-Nulldurchgängen ganz kurz keinen Basisstrom. Ohne Basistrom sperrt der

Transistor T2 und die Versorgungsspannung liegt an Kollektor - Emitter an. Mann erhält also zu den

Nulldurchgängen einen Spannungsimpuls (g bzw. h).

Im Zeitalter von Mikrokontrollern bzw. DSPs (Digitale Signal Prozessoren) ist es möglich sehr komplexe

Algorithmen für eine präzise Nullpunkterkennung zu erstellen. So wird durchaus nicht nur der Wechsel von

+ nach - bzw. umgekehrt detektiert, sondern auch das bestimmen des Scheitelpunktes der Sinusschwingung.

Dabei können diese Werte durch 120° Phasenverschiebung auch für die anderen "Drehstrom"-Phasen

genutzt werden, was zwar präzise arbeitet, aber bei Ausfall einer einzelnen Phase muss hinterfragt werden

wie nun bei den verbleibenden Phasen der Nullpunkt erkannt wird, um einen Totalausfall zu vermeiden. So

wird oftmals für jede Phase und bei einigen Dimmersystemen sogar von Dimmermodul zu Dimmermodul

der Nulldurchgang einzeln detektiert, anstatt mit einer zentralen Detektion alle Dimmer mit dem

Phasenwinkel zentral zu versorgen. So können Kanalbedingte Netzrückwirkungen die nur lokale

Auswirkungen verursachen auch lokal bleiben. Weiter ist es mit Hilfe von Mikroprozessoren möglich

Tendenzen, Reihen und Wahrscheinlichkeiten zu errechnen. Die über einen längeren Zeitraum ermittelten

Nullpunkte erlauben Interpolation, was insbesondere bei Generatorbetrieb interessant wird. Denn

Generatoren mit Ihren deutlichen Innenwiederständen verschieben die Spannungsamplitude deutlich stärker,

als das starre Versorgungsnetz der EVUs, bei Lastwechsel oder plötzlich einsetzenden Leerlaufbetrieb. So

kann sich der Schaltpunkt bei Generatorbetrieb bei einfacher Nullduchgangserkennung gehörig verschieben.

Werden die Generatoren auf einem Schiff betrieben die durch Turbinen angetrieben werden, wie es heute

bei modernen Kreuzfahrtschiffen der Fall ist, dann ist leider die Versorgungsspannung sehr stark mit

Harmonischen Störungen überlagert, so das selbst gute DSPs Ihre Schwierigkeiten haben den Nullpunkt

jederzeit exakt zu bestimmen. Im Extremfall kann dann nur noch ein Dimmer der ohne Nullpunkterkennung

auskommt (wie der Sinusdimmer) bei diesen Umständen fehlerfrei arbeiten.. Grundsätzlich gilt, dass

überlagerte Störungen dafür sorgen, dass ein Nullpunkt zu auf zu früh erkannt wird und dadurch zu falschen

Zündwerten und damit zum Flackern führen kann. Je besser dafür gesorgt wird, dass die

Nullpunkterkennung auch den Nullpunkt definiert und nicht auf eine Störspitze reagiert wird, umso

flackerfreier wird der Dimmer arbeiten.

Um eine Sägezahnspannung zu bilden ist es einfach eine kontinuierlich ansteigende Spannung zu

generieren. Eine Spannung steigt kontinuierlich an, wenn man einen Kondensator mit einem konstanten

Strom versorgt. Am leichtesten lässt sich das so vorstellen wie beim Aufladen eines Akkus. Die

Ladespannung steigt innerhalb der Betriebsgrenzen bei konstanten Ladestrom zeitlich linear an. Im

Schaltungsbereich (i) wird ein Kondensator C1 mit einem Konstantstrom aufgeladen. Der Strom fließt über

R4 und P1 zum Kondensator. Die Höhe des Stromes wird durch P1 einstellbar, denn je höher der Strom ist,

umso schneller ist der Kondensator mit seiner Spannung auf unseren gewünschten Maximalwert

angestiegen. Damit aber der Maximalwert erst kurz vor dem nächsten Nulldurchgang erreicht wird, ist es

notwendig den Strom über P1 einzustellen.

Da sich aber mit Änderung der Spannung an C1 auch der Stromfluss zu C1 ändern könnte, aber einen

konstanten Stromfluss benötigt wird, damit die ansteigende Spannung eine schöne Gerade bildet, wird mit

dem Feldeffekttransistor T1 zusammen mit R4 und P1 eine Konstantstromquelle gebildet. Wenn nun der

Kondensator C1 mittels Konstantstrom bis zur Betriebsspannung aufgeladen ist, was könnte nun den

Kondensator dazu bewegen wieder Null Volt anzunehmen, so wie wir es für einen Sägezahn periodisch

wiederkehrend benötigen? Dazu nützen wir die vorhin erzeugten Nulldurchgangsimpulse (g bzw. h) und

steuern damit den Transistor T3 an. Wenn die Basis von T3 mit dem Nadelimpuls versorgt wird, ist die

Kollektor - Emitter leitend und der Kondensator C1 wird kurzgeschlossen. Der Kondensator wird entladen

und die Spannung an C1 ist wieder 0. Der Nadelimpuls (h) an Transistor T3 währt nicht lange und eine

erneute Aufladung des C1 beginnt. Es entsteht die Sägezahnspannung (j).

Jetzt ist es nur so, dass bei kleiner Steuerspannung nur wenig Spannung vom Triac durchgeschaltet werden

soll. Das heißt, je kleiner die Steuerspannung, umso länger muss nach dem Nulldurchgang gewartet werden.

Betrachtet man jetzt die Sägezahnspannung (j), so ist leicht zu erkennen das hier ein kleiner

Steuerspannungswert gleich am Anfang der Rampe sein Äquivalent finden würde - also genau umgekehrt.

Mit Operationsverstärkern (OP) jedoch ist es ein leichtes ein Signal zu Spiegeln. Mit der Inverterschaltung

(k) sorgt der OP aus IC1 dafür dass nun die kleinen Rampenwerte am Ende einer Halbwelle liegen, während

sich die Großen Werte am Anfang des Nulldurchgang (l) befinden.

Anaglogdimmer

Wird der zeitliche Verlauf mit dem Aufladen eines Kondensators realisiert, so kann man von einem

analogen Dimmer sprechen, da die Findung des richtigen Zündzeitpunktes also des Soll-Ist-Wert Vergleich

über eine analoge Schaltung (hier das aufintegrieren einer Spannung sowie die Nulldurchgangsfindung)

kontinuierlich also stufenlos erfolgt. Es werden beim Absinken der Spannung Unendlich viele

Zwischenwerte angenommen. Nachteile des einfachen Aufbaus sind, dass Bauteiltoleranzen,

Temperaturschwankungen und Bauteilalterung den Arbeitspunkt des Dimmers ändern können; z.B. ist ein

Arbeitspunkt die Höhe des Stromes zum Aufladen des Kondensators für die Sägezahnspannung. Diese muss

präzise eingestellt sein, oder die Rampe ist zu steil oder zu flach um den Bereich der Halbwelle auszufüllen.

Haben z.B. zehn Dimmer verschiedene Arbeitspunkte, so können bei Ansteuerung der zehn Dimmer mit

demselben Prozentwert unterschiedliche Ausgangsspannungen vorliegen und damit die Scheinwerfer

unterschiedlich hell leuchten. Deswegen ist gerade bei älteren analogen Bühnendimmern wiederholt eine

Wartung zu empfehlen, um die Dimmer zu justieren und gegebenenfalls ausgetrocknete Kondensatoren die

Ihre Kapazitätswerte weitgehend verloren haben, auszutauschen. (z.B. den Konstantstrom wie vorhin

beschrieben). Ein anderes Problem mit dem Analogdimmer zu kämpfen haben, sind Störungen auf der

Netzspannung. Da Analogtechnik sehr schnell ist und sofort reagiert, können Störspitzen

(Netzoberschwingungen) die der Netzspannung aufliegen, einen falschen Nulldurchgang detektieren. Dies

kann zu einem Aufflackern oder generellem flickern führen. Deshalb ist ein besonderer Aufwand der

Dimmer bei den Netzfiltern für die Nulldurchgangserkennung, insbesondere gegen Rundsteuersignale

aufzubringen.

Digitaldimmer

Ab und zu konnte man hören, wie ein Dimmer der mit einem digitalen Protokoll wie DMX 512 angesteuert

wird, als Digitaldimmer bezeichnet wurde. Dies ist leider kein untrügliches Zeichen für einen

Digitaldimmer, da gerade bei Low Kost Dimmern das digitale Steuerprotokoll mit einem

Digital/Analogwandler (Demux- Demultiplexer) wieder auf eine analoge Steuerspannung von 0-10V

gewandelt wird und dann in einem Komparator mit der oben beschriebenen Sägespannung verglichen wird.

Dabei handelt es sich immer noch um ein analogen Dimmer, wenn auch die Ansteuerung mit Digitalen

Signalen erfolgen kann.

Ein "echter" Digitaldimmer dagegen bildet keine Sägespannungsrampe mehr, sondern zerteilt die

Netzspannungshalbwelle in gleichmäßig große Zeitabschnitte. Jetzt wird nur noch mit Bits und Bytes

gearbeitet. Eine Rechnereinheit subtraktiert also von der Summe aller in einer Halbwelle vorhandenen

Zeiteinheiten nacheinander eine Zeiteinheit ab. Oder pragmatisch gesprochen: Der Wertevorrat eines

üblichen DMX Kanals mit einem 8 Bit Datenwort pro Kanal weist 256 verschiedene Werte auf (2 hoch 8).

Idealisiert nehmen wir jetzt an dass diese 256 Zeiteinheiten genau in eine Halbwelle von 10 ms hinein

passen. So wird nach dem Erkennen eines Nulldurchganges der Wert eines Zählers auf 256 gesetzt und dann

alle 39 µsek ein Zähler abgezogen. So müsste nach 10 ms der Wert bei Null angekommen sein. Wenn nun in

jeder Halbwelle kontinuierlich heruntergezählt wird, kann man den aktuellen Zählerstand auch mit einem

Byte (8 Bit = 1 Byte) eines DMX Kanalwertes, dem Steuersignal, vergleichen. Ein UND ist in der

Digitalwelt eine Kombination von Operationsverstärkern, die so miteinander verschaltet sind, dass nur dann

ein Ausgangssignal gesetzt wird, wenn auf beiden Eingängen dieses Bauelementes die gleiche Information

anliegt. Dieses UND-Glied ist ideal als Grundbaustein um das DMX Steuerbyte mit dem Zählerbyte zu

vergleichen. Haben Steuerbyte und Zähler das gleiche Bitmuster (Kombinationen von Nullen und Einsen),

wird dies erkannt und ein Zündsignal generiert, um es einfach verständlich zu formulieren. Wurde zu

Beginn der Entwicklung noch diskrete Logik eingesetzt, finden heute fast ausschließlich Microcontroller

bzw. DSPs (Digitale Signal Prozessoren) Verwendung. Die Realisierung und die Möglichkeiten eines

heutigen Digitaldimmers sind bei weitem viel komplexer als bei der analogen Technik.

Weiterhin sind bei echten digitalen Dimmern keinerlei Justierungen erforderlich: Jeder Dimmer hat exakt

das gleiche Verhalten und muss auch nach etlichen Jahren nicht nachjustiert werden, da hier sich keine

analogen Arbeitspunkte verschieben können.

Ein weiterer Vorzug ist, dass bei dem sowieso schon vorhandenen Prozessor auch leicht interessante

zusätzliche Funktionen wie z.B. unterschiedliche Dimmerkurven, Kompensation von Leitungslängen,

Responseverhalten ec. realisierbar sind. Weiterhin kann das Aufrufen der Funktion über Netzwerke auch

dezentral schnell bewerkstelligt werden. Bei der heutigen Leistungsfähigkeit und großen

Speicherkapazitäten der Prozessoren ist es ein leichtes auch z.B. Lichtszenen zu speichern um auch

Notlichtstimmungen im Dimmer selbst parat zu halten.

Sind z.B. in der Analogtechnik nur einfache mathematische Funktionen als Dimmerkurve in einem

vernünftigen Kostenrahmen realisierbar wie z.B. quadratische- oder Exponentielle Funktionen, ist mit dem

Digitaldimmer eine beliebige Dimmerkurve realisierbar, da je Dimmerkurvenform einfach ein

entsprechender endlicher Wertevorrat in einen Speicherplatz abgelegt werden kann, welcher dann bei Bedarf

abgerufen wird. Somit ist die Digitaldimmertechnik die Grundlage um benutzerdefinierte Dimmerkurven im

Dimmer selbst zu realisieren.

Weiterhin kann ein Mikrokontroller basierendes System durch Messung der Zeitabstände von den

Nulldurchgängen selbständig erkennen welche Betriebsfrequenz anliegt, und so automatisch zwischen 60 Hz

und 50 Hz umschalten.

Bitsprünge

Aber die Digitaltechnik hat nicht nur Vorteile. Gerade in der Anfangszeit der Digitaldimmer wurde fast

ausschließlich mit einem Wertevorrat von 8 Bit gearbeitet. 256 Unterschiede der Helligkeit scheinen für ein

Dimmen von 0 bis 100% augenscheinlich auszureichen, insbesondere wenn man sich die Trägheit von 5

KW Halogenleuchtmittel vorstellt, und die meisten Licht-Regisseure eine Verfeinerung der Lichtszene

mittels 5% Schritten an den Kanälen erfolgen lassen. Selbst bei Einstellungen mit starken Gegenlicht und

reflektierenden Materialien sind alle mit 1% Schrittweisen Abstufungen zufrieden, obwohl dann immer noch

mindestens ein Zwischenschritt möglich wäre, wenn man auf der Dezimalen Basis arbeiten würde. So ist

auch bis heute eine 8 Bit Auflösung für Dimmaufgaben bei dem DMX-Signal durchaus akzeptiert. Jedoch

wenn man eine Überblendung vollzieht bei kleinen, nicht mit Trägheit reagierenden Leuchtmitteln, wie z.B.

Leuchtstofflampen, so ist in der Dynamik ein unschöner Effekt der Digitaltechnik zu sehen. Besonders in

den unteren Stellbereichen um 17% herum und bei sehr langsamen Überblendungen wird jeder einzelne

Schritt von Bit zu Bit als deutlichen Pumpen bzw. ein Treppensteigen der Helligkeit wahrgenommen. Bei

dieser Anforderung reicht die 8 Bit Auflösung nicht mehr aus um eine kontinuierliche

Helligkeitsveränderung zu erzeugen. Deshalb wurden oder werden heute auch noch weiterhin für diese

Sonderaufgaben gerne Analogdimmer eingesetzt. Aber die Entwicklung der Digitaltechnik hat auch darauf

eine Lösung gefunden. Moderne Digitaldimmer sind in der Lage die Halbwelle nicht nur in einen 8 Bit

Wertevorrat zu unterteilen, sondern in 11 Bit oder gar 16 Bit, wobei 2048 Schritte bei 11 Bit mehr als

ausreichend sind, um eine stufenlose Überblendung auch bei kritischen Leuchtmitteln zu erzeugen. Jetzt

kann man zwar meinen, das dass 8 Bit DMX 512 Steuersignal doch weiterhin nur mit 8 Bit sendet und damit

die Sprünge in der Helligkeit sichtbar bleiben. Dies Manko des DMX 512 wird aber durch den Micro-

kontroller im Dimmer kompensiert, indem er berechnet wie groß der Unterschied von einem gesendeten

DMX-Wert zu nächsten empfangenen DMX-Wert ist, um dann durch Interpolation viele weitere virtuelle

Zwischenwerten zu erzeugen und somit einen höhere Auflösung als 8 Bit zu entwickeln. Die Treppenstufen

für eine 600 Sekunden Überblendung bestehen so aus sehr viel mehr Zwischenwerten, die einen linearen

also homogen verlaufenden Lichtwechsel erscheinen lassen. Dieser Prozess muss aber auch die Dynamik

der eingestellten Lichtwechsel berücksichtigen, damit für einen plötzlichen Black out keine Zwischenwerte

generiert werden, die dann den plötzlichen Back out verschwimmen lassen würde.

Zündung durch Spannungsvergleich

Zurück zu unserem Analogbeispiel. Mit den vorigen Kapiteln wurde bereits vorweggenommen dass zur

Zündung des Thyristors eine Steuerspannung hier blau dargestellt (m) mit der Sägezahnspannung die hier

grün dargestellt ist, verglichen wird um bei Gleichheit ein Signal zur Triaczündung zu kreieren. Dafür eignet

sich hervorragend ein Operationsverstärker IC1 (n). Sobald die Sägezahnspannung am + Eingang des

Operationsverstärker kleiner ist als die Steuerspannung am - Eingang, schaltet der Operationsverstärker den

Ausgang nach Masse. Ein Strom kann durch die Leuchtdiode des Optokopplers fließen, welche wiederum

Licht abstrahlt. Mit auftreffen des Lichtes auf den Fototransistor OK1 wird dieser leiteten. Somit liegt eine

weitere Gleichstromversorgung an den Spannungsteiler-Wiederstände R15 und R16 die so eine

Ausgangsspannung liefern. Durch das periodische Schalten nach dem Komparator (Vergleicherschaltung

IC1) werden so Rechteckimpulse (o) generiert, deren Breite exakt der Zeit entsprechen wie lange der Triac

leiten soll, um proportional zur Steuerspannung die Last zu Dimmen. Da man hier die Breite der Impulse

steuert, könnte man auch von einer PWM-Modulation sprechen wie wir sie bereits vom "Sinusdimmer" aus

der letzten Serie her kennen sprechen. Meist wird der Zündimpuls über eine galvanische Trennung erzeugt,

hier mit einem Optokoppler, um den Netzspannungsbereich vom Steuerspannungsbereich zu trennen, wobei

konsequenter weise dann auch die Kriechstromabstände nach VDE berücksichtigt werden. Ab diesen Punkt

sind alle Dimmer digital. Zünden oder nicht Zünden sind nur zwei Zustände, per Definition digital. Liegt

eine Spannung (o) an der Basis von T4 (p) an kann über R 18 und R 19 dann ein Gatestrom fließen, sodass

der Triac zünden kann und damit die Last ans Netz schaltet. Beim folgenden Netzspannungsnulldurchgang

sperrt der Triac wieder automatisch, weil die Spannung an seiner Anodenstrecke unter dem zur Leitung

erforderlichen Minimalwert absinkt. Erst bei der nächsten Zündung, die von den Verhältnissen am

Komparator abhängt, wird der Triac wieder leitend. So liegt also die Netzspannung entweder am gesperrten

Triac (p und q) oder an der Last (r und s) an.

Die Last wird also mit 100 Hz Takt ein und ausgeschaltet, wobei die zugeführte Leistung vom Tast-

verhältnis (d.h. Einschaltdauer) bestimmt wird. Reicht die Steuerspannung zum Sägezahn-Anschnitt nicht

aus, wird der Optokoppler überhaupt nicht eingeschaltet, und die Last geht leer aus (0%). Im anderen

Extremfall, bei Steuerspannung nahe +10V, leitet der OP-Amp dauernd, und die Last ist ständig

eingeschaltet (100%). Dazwischen sind, mit linearem Zusammenhang, sämtliche Zwischenwerte des

Steuersignales möglich.

Zünden des Thyristors bei R- L- Last

Ein Thyristor benötigt wie im Abschnitt "Thyristor" beschrieben wird, einen Stromimpuls um vom

gesperrten Zustand in den Leitenden übergehen zu können. Ist der Thyristor gezündet und ist ein Einrast-

Stromfluss überschritten worden, dann bleibt der Thyristor solange leitend, bis der Strom unter eine vom

Thyristor bedingten Grenzwert fällt, dem sogenannten Haltestrom. Dies bedingt die sogenannte Mindestlast

die an einem Dimmer angeschlossen sein muss, damit er flackerfrei arbeitet. Da Aufgrund des

Wechselspannungsverlaufs nach Ende der halben Periode die Spannung wieder nach Null läuft, wird auch

der Strom unter dem Wert des Haltestromes sinken. Der Thyristor fällt wieder in den sperrenden Zustand

und muss zur neuen Periode erneut gezündet werden. Betrachtet man ein Halogenleuchtmittel das eine R-

Last darstellt, so sind Strom und Spannung Phasengleich. Sind aber Induktivitäten im Lastkreis, so eilt der

Strom nach, was erheblichen Einfluss auf das Zündverhalten der Thyristors bzw. Triacs haben kann. Denn

wenn der Strom nacheilt, also zum Zeitpunkt des Zündimpulses noch negativ ist, während gleichzeitig die

Spannung bereits positiv ist, so zündet der Leistungshalbleiter nicht, da kein positiver Haltestrom vorhanden

ist. Der Thyristor bzw. Triac bleibt gesperrt.

Bei R Last folgt der Strom der Spannung. Es reicht ein Impuls zur Zündung des Thyristors. Bei RL-Last ist

der Stromaufbau träge. Zur sicheren Zündung wird ein langer Zündimpuls benötigt. RL-Last a) Ist der

Steuerwinkel kleiner als der Cos Phi der RL-Last, wird die Spannung voll durchgesteuert. d) Durch das

Verhalten der verschieden Lastarten verändert auch die Steuerkennlinie. e) Reine Induktive Last bewirkt ab

90° Steuerwinkel keine Veränderung. f) Die Steuerkennlinie für reale induktive Last mit R Anteil befindet

sich je nach R-Anteil zwischen der R und L Kennlinie.

Weiter kann durch das "träge" Verhalten des Stromes bei L-Last, es vorkommen, das ein kurzer Zündimpuls

nicht ausreicht damit ein genügend großer Haltestrom aufgebaut wird. Die Folge ist auch hier, dass das

Ventil gesperrt bleibt. Dies wiederum kann bedeuten, dass eine Halbwelle unterdrückt wird und somit die

Schaltung als Gleichrichter wirkt. Ein angeschlossener Transformator wird durch diese

Gleichstromkomponente in die Sättigung getrieben und ein "Kurzschluss" wäre die Folge. Zur Vermeidung

solcher Effekte werden Langzeit oder Mehrfachimpulse erzeugt. Dazu ist ein wenig mehr Aufwand in der

Zündbeschaltung notwendig und dies ist der Grund weshalb nicht alle Dimmer auch in der Lage sind

induktive Lasten zu dimmen. Wird mit solch einen Dimmer, der nur rein Ohmsche Lasten Treiben kann

auch eine Induktivität angeschlossen, so muss mit Zerstörung von Komponenten gerechnet werden.

a) Ein Kurzer Impuls wird hauptsächlich für rein Ohmsche Verbraucher Verwendet.

b) Für Verbraucher mit geringer Induktivität werden Impulse bis zu 1 ms verwendet.

c) Bei Induktiver Last wird ein Dauerimpuls zur Sicheren Zündung benötigt der über die gesamte leitende

Halbwelle anliegt.

d) Wenn man Zündenergie sparen will und kleine Zündtransformatoren verwenden will, kann man einen

Impulskamm (ca. 5-7 KHz) verwenden.

Alleine mit die Erzeugung der Zündimpulse unterscheiden sich viele Dimmer grundsätzlich und damit auch

ihr Dimmverhalten in Grenzbereichen. So findet man häufig, dass der Zündimpuls aus der Anodenspannung

des jeweiligen Bauelementes gewonnen wird. Dabei ist die Flanke des Impulses Sinusförmig und die

Steilheit hängt von der jeweiligen verwendeten Wechselspannung ab. Bei 230 Volt erreicht man

ausreichende Ergebnisse, aber bei Kleinspannungen treten oft Zündverzögerungen auf, wodurch der

Aussteuerbereich verkleinert wird. Andere Schaltungen arbeiten mit einer separat erzeugten Gleichspannung

oder einem Impulskamm abgetrennt von der anliegenden Versorgungsspannungsform. Dadurch erhält man

eine wesentlich höhere Zündsicherheit.

Eine weitere Möglichkeit bei der Anwendung von Zündtransformatoren ist über den Zündvorgang so viel

Energie dem Thyristor zuzufügen, das der benötigte Haltestrom der durch die Last fließt im Betrag kleiner

sein kann. Das hat zur Folge, dass bei kleinen Lasten wie z.B. Leuchtstoffröhren oder Notenpultlampen

keine extra Zusatzlast angeschlossen werden muss um den Haltestrom zu erreichen.

Man kann hieraus rückschließen, dass also nicht nur der Leistungshalbleiter mit der Forderung nach einen

Strom der mindestens fließen muss um weiterhin zu leiten für die minimalste anschließbare Last am

Dimmer verantwortlich ist, sondern auch die verwendete Zündschaltung.

Dimmerschaltung im Ganzen

Nachdem wir die einzelnen Schaltungsgruppen detailliert betrachtet haben, fällt es nun leicht diese im

Gesamtschaltbild wiederzufinden. Gehen wir von der rechten oberen Ecke des folgenden Schaltbildes aus,

so sehen wir dass die Netzspannung nach der obligatorischen Absicherung durch einen Transformator Tr1 in

zwei galvanisch getrennte Betriebsspannungen aufgeteilt wird. Eine Betriebsspannung wird für die

Erzeugung des Zündsignals benötigt. Zusammen mit dem Optokoppler ist so auch der Zündkreis galvanisch

vom Steuerkreis abgekoppelt. Die Betriebsspannung für die Steuerelektronik wird mit dem

Brückengleichrichter zur Pulsierenden Gleichspannung. Soweit wurde dies bereits auch oben erläutert. Um

aber eine Gleichspannung zur Versorgung der übrigen Elektronik-Komponenten zur Verfügung stellen zu

können, wird die Pulsierende Gleichspannung zu einer Gleichspannung mit Restwellengehalt mittels C5

gesiebt. Damit aber eine Nullpunkterkennung aus der pulsierenden Gleichspannung erfolgen kann, sorgt D3

für eine Entkopplung. Der Altbewährte Spannungsstabilisator 78L08 (IC 2) gefolgt vom C 14 bietet nun der

Elektronik eine saubere Versorgungsspannung an. R13 und LD1 signalisieren nur dass die Betriebsspannung

richtig anliegt.

Links unten findet man in der Schaltung den Eingangsbereich. Man kann erkennen das man die Steuerung

mit einem Potentiometer steuern kann oder durch eine externe Steuerspannung. Selbstverständlich wird das

Poti wieder mit einer Diode abgekoppelt um somit beide Steuersignale zuzulassen. Wobei hier der höchste

Wert am Eingang des Komparators anliegen wird und damit den Zeitpunkt des Phasenanschnitts bestimmt.

Man kann also sagen hier findet man den Begriff der Lichtstellpulte HTP wieder. Der Höchste Wert hat

Vorrang (Highest takes Precedence). Die Spannungsteiler R10 und R12 bzw. im anderen Fall R5 und R12

setzen die Steuerspannung auf den Arbeitsbereich der Schaltung, und kann mit P3 abgeglichen werden. Eine

weitere interne Steuerspannung wird dem Komparator über R9 P2 und natürlich Entkopplungsdiode D1

zugeführt. Mit P2 kann man so einen Mindestphasenanschnitt erzwingen, sodass immer ein geringer

Laststrom fließt wenn eine Last angeschlossen ist. Das ist hilfreich bei schnellen Lauflichtern, damit das

Leuchtmittel schon vorgewärmt ist und dann bei Ansteuerung schneller aufglimmen kann. So hat man hier

einfach eine Preheatfunktion ( Lampenvorheizung) realisiert.

Neben den Triac Tc1 findet man den Kondensator C7 und eine Drosselspule Dr1. Diese Komponenten

sorgen so gut sie können für die Kleinhaltung der bereits bekannten EMV Probleme.

Beispiel einer Analogen Dimmerschaltung

Quellennachweis:

1) Physik für Ingenieure / Springer Verlag

2) Tabellenbuch Elektrotechnik / Friedrich

3) Elektronik iV A / Pflaum Verlag

4) Entertainment Technology / Genlyte Thomas Company, L.L.C.

5) IES BV / ETC

6) MA Lighting Technology + Lightpower GmbH

7) Strand Lighting und ADB

8) Betriebsgeräte und Schaltungen für elektrische Lampen /C.H. Sturm /E. Klein

9) VDE 0100 und die Praxis / Gerhard Kiefer

10) Norbert Ackermann

11) Production Partner 08/04 "Konstanter Strom für LEDs

Zusammenstellung und Urtext by Herbert Bernstädt