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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik PWM-Signal durch 3-Phasen-AC gestört?


Autor: Christian Nöding (Gast)
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Morgen allerseits :)

Für ein Theaterstück möchte ich drei meiner
8-Kanal-Phasenanschnittsdimmer an 3-Phasenwechselstrom betreiben. Das
klappt soweit gut, bis ich vier 1000W Par-Halogenstrahler an einen der
Dimmer anschließe. Ab da spinnt das System, wenn ich bestimmte
Phasenanschnittswinkel fahre (in der PC-Software so bei ca. 77%
Helligkeit), also irgendwo im vorderen drittel der Sinushalbwellen.

Lampen, die eigentlich nicht leuchten sollen, fangen dann wahllos an zu
blinken und leuchten auch mal konstant. Ich nutze einen Optokoppler, um
mein PWM-Signal auf die Sinuswelle zu triggern. Das Ganze läuft dann in
einem AT90S2313 ab, der für 8 Kanäle die unterschiedlichen PWMs
bereitstellt und die Einstellungen per UART vom PC über RS232 bekommt.

Das Problem scheint wohl beim Triggern zu liegen. Was kann da helfen?
Muss ich hier noch größere Kondensatoren parallel zu den TRIACs legen,
oder was ist die Ursache? Die 1kW Strahler haben zusammen mit den 15
Meter-Leitungen natürlich schon ne gewisse Induktivität, aber ist das
wirklich die Ursache?
Wenn ich alle drei Dimmer an eine Phase hänge, läuft das ganze System
nämlich Rock-Stable und es gibt keine Probleme, nur wenn ich die
Dimmerpacks an unterschiedliche Phasen hänge, tritt das Phänomen auf.


Ich wäre für jede noch so kleine Hilfe dankbar, da Google und auch die
Forensuche sich über sowas totschweigen ;-)


besten Dank,
Christian

PS: im Anhang ist nochmal der Schaltplan für jeden der drei Dimmer

Autor: Ralf K. (Gast)
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Hi Christian,
so wie ich das sehe ist Port D als Eingang geschaltet und du willst
über die Dip Schalter den Ablauf einstellen.
Es fehlen die Pullups.
So wie es jetzt ist, sind alle Eingänge, die nicht per switch auf Gnd
liegen undefiniert, dh. sie fangen sich was aus der "Luft",
typischerweise 50Hz Netzfelder.
Die Eingänge der AVR sind sehr hochohmig, daher immer Pullups
verwenden.
Laut Atmel Datenblatt max. 50kOhm (47k), 100k tuns aber auch.
Wenn die Pullups eingebaut hast, müßte dieser Fehler beseitigt sein.

lg Ralf

Autor: Christian Nöding (Gast)
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Hi Ralf,

die DIP-Schalter sind nur dazu da, die Adresse des Atmels einzustellen.
Ich schicke per RS232-Protokoll ein einheitliches Datenpaket mit Adresse
an alle drei Atmels, die dann anhand der DIP-Schalterstellung prüfen, ob
das Paket für sie ist oder nicht. Da liegt aber anscheinend nicht das
Problem, da die Kontroll-LED (die beim Empfang von Daten leuchtet)
nicht  aufblitzt. Es scheint tatsächlich nur am PWM-Signal zu liegen,
aber ich weiß nicht wie ich das Lösen kann.

Alle PBx gehen an Optokoppler für die TRIACs (da geht dann ja das PWM
Signal hin)
PD2 ist das Triggersignal der Sinuswelle
PD3-PD6 nur der Adresssteller, der aber auch ohne Pullups zu
funktioniert...

Es liegt (vermutlich über den N-Leiter) eine Störung durch die
unterschiedlichen Phasen vor, aber ich weiß nicht, wie ich es entstören
kann... die Anlage läuft ja einwandfrei, wenn alles auf einer Phase
liegt!?????

Autor: Ralf K. (Gast)
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Das mag sein Christian, kann dir trotzdem nur raten die Pullups
einzubauen.
Weiss es aus leidvoller Erfahrung, hab mal Wochen damit verbracht eine
vermeintliche Störung zu suchen.
Die Schaltung lief 2-3 Min einwandfrei, dann fing sie an zu spinnen.
Es war ein zwar beschalteter Eingang eines Op´s, der aber nicht über
einen Widerstand mit Masse verbunden war. 10M reichten zum Entstören
völlig aus. In diesem Fall war es ein OPV, beim AVR ist es aber nix
anderes.
Auch wenn damit dein Fehler damit noch nicht behoben ist, schützt es
dich doch in Zukunft vor ungewollten Überraschungen.
Ansonsten: hast du dir das Verhalten mit/ohne 3 Phasen schonmal auf dem
Oszilloskop angeschaut?
Ich gehe davon aus, daß du die PWM selbst programmiert hast, also nicht
über Timer.
Gerade bei zeitkritischen Abläufen hat man schnell einen Denkfehler
gemacht.

lg Ralf

Autor: Christian Nöding (Gast)
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Hm, Oszilloskop habe ich leider nicht, würde mir aber dann sicher
einiges klar werden - ich konnte mir die Signalverläufe nur in den
Computersimulationen anschauen (Simplorer 7) allerdings bringt das nix
bei Störungen, da die Verläufe dort größtenteils ideal sind g

die PWM-Regelung ist nicht von mir, ich habe nur die Windowssoftware
programmiert - die Atmelsoftware stammt größtenteils von  Elektor, da
ich mich damals mit µProzessoren nicht so gut auskannte (kenne bisher
leider auch nur die grundsätzlichen Dinge, aber es wird besser).

Was mich stört ist, dass es bei einer Phase funktioniert... mir ist
auch aufgefallen, dass wenn ich zusätzlich zu den Halogenstrahlern noch
vier 25W Kerzenlampen an einen Kanal hänge, das ganze System nicht nur
bei den 77% spinnt, sondern komplett aus dem Rahmen springt. Entferne
ich die 4x25W wieder, dann gibts wieder nur geringe Blitzer bei 77%.

Aber ich sehe ein, dass ohne Oszi hier wohl wirklich nur Spekulationen
übrig bleiben - ich baue mal die Pullups dazu - allerdings stehen diese
ja in keinem direkten Zusammenhang zur PWM-Regelung, da diese Eingänge
nur beim Empfangen von Datenpaketen abgefragt werden und das
funktioniert einwandfrei (selbst bei 3 Phasen).



Ich habe mir bei Reichelt jetzt nochmal etliche MKS4 Kondensatoren mit
10nF und 47nF bestellt und werde diese nochmal parallel zu den TRIACs
schalten und noch einen WIMA Funkentstörkondensator jeweils zwischen
Phase und N und hoffe auf Besserung.


Vielleicht fällt dir (oder einem anderen) noch was anderes ein, was ich
versuchen könnte - bin für alles Offen :)


tschö,
Christian

Autor: tester (Gast)
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Ohne Oszi ist das schwierig, ich denke, es sind Störspitzen, die die
Zero-Crossing-Detection ansprechen lassen, wenn ein Triac einer anderen
Phase zündet.
Versuche mal, mit Cs (Low-Pass-Filter) nur echte Zero-Crossings zu
detektieren. Auf evtl. Phasenverschiebungen durch das Filter achten.

Das kann man evtl. sogar in SW machen, indem man ZCs nur in einem
kleinen Zeitfenster (100Hz: 9,9..10.1 ms) zulässt.

Autor: Christian Nöding (Gast)
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dat dumme is, der Code is in Assembler... das mit dem Fenster habe ich
auch schon mal in Erwähnung gezogen... dummerweise verkleinert sich
dann auch der Bereich, in dem ich die Helligkeit ändern kann und ich
habe den Zusammenhang im Quellcode noch nicht gefunden :-/

ich hänge ihn mal an. Derzeit ist das Fenster zum Messen des ZC von 15
bis 220 (von insgesamt 0..250 Schritten). Ich habe dann mal das Fenster
auf 60 bis 190 begrenzt und dann war auch das Blitzen etwas weniger,
allerdings konnte ich dann die TRIACs wie gesagt nicht dauerzünden,
bzw. nicht ganz ausschalten...


hier ist der Codeschnippsel aus der Funktion PHMB:

  cpi PHM_COUNTER,15  ;if PHM_COUNTER<15 OR>220 then PHM_OUT:=0 safety
margin
  brlo CLRP    ;safety margin is used to avoid triggering in wrong
  cpi PHM_COUNTER,220  ;period half.(inductive loads)(DON'T CHANGE THESE
LIMITS!!!)
  brlo COPH
  CLRP:  clr PHM_OUT
  COPH:  com PHM_OUT    ;invert PHM_OUT
  out PORTB,PHM_OUT  ;set PHM output

  cpi PHM_COUNTER,220


der Code hängt auch komplett an - vielleicht findet einer ja die
Lösung!?
Wäre natürlich sehr elegant, das mit der Software zu Lösen... aber wie
gesagt - ich habe mich hauptsächlich auf die Windowssoftware
konzentriert und war froh, dass ich den Code von Elektor bekommen habe
:-/

Besten Dank,
Christian

Autor: Christian Nöding (Gast)
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So, ich habe es geschafft, die ZC-Detection auf 2ms (4ms bis 6ms
einjeder Sinus-Halbwelle) zu begrenzen. Hat auch was bewirkt: jetzt
blinken die angeschlossenen Lampen nicht mehr bei 77%, sondern bei 27%.
Das Problem verlagert sich also nur und lässt sich somit nicht beheben.
Ich werde jetzt nen 50nF Kondensatoren parallel zu den TRIACs schalten
und dann noch einen dickeren WIMA zwischen N und L...

die Eingänge habe ich auch (wie weiter oben beschrieben) mit nem 50kOhm
modifiziert, aber das brachte auch leider nix.


ich kann hier nur noch mal um Hilfe bitten, da ich mit meinem Latein am
Ende bin (und die Aufführung immer näher rückt :-/ )


danke,
Christian

Autor: Jadeclaw (Gast)
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Hmm, an einer Phase geht es, an drei Phasen nicht -
Könnte daran liegen, dass die Phasen um 120 Grad gegeneinander
verschoben sind.
Das heisst, man muss den Phasenanschnitt für jeden Kanal auf die Phase
synchronisieren, an der eben dieser Kanal hängt.
Entweder über Zeitschleifen/Timer oder zwei weitere
Nulldurchgangs-detektoren, für jede Phase einen.
Und dann fest zuordnen.
Zu den möglichen Spikes: Snubber und Drossel sollten eigentlich
ausreichen,

Gruss
Jadeclaw.

Autor: Christian Nöding (Gast)
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Hi Jadeclaw,

für jede Phase habe ich ja einen Nulldurchgang... wie ich vorhin mit
Schrecken festgestellt habe, habe ich keine 470nF Kondensatoren
zwischen N und L, wie bei meinem Schaltplan vorgegeben, eingebaut...
als ich die nachträglich eingebaut habe, wurde das Blitzen viel
geringer, aber es geht noch nicht ganz weg... ich habe mir dann auch
gleich drei Triacs geschrottet, als ich ein Snubber Netz mit einem 50nF
Kondensator aufbauen wollte... der hatte wohl etwas zu viel Kapazität
und hat mir wohl zusammen mit dem hohen Einschaltstrom der 1000W
Strahler die Triacs gegrillt. Himmel noch mal, warum kann Deutschland
nicht einfach ein 1-phasen System haben, dann aber jede Dose mit 60
Ampere... wäre für mich jetzt leichter :-/


ich will jetzt nochmal zwei 630nF Kondensatoren parallel zueinander
zwischen N und L schalten... vielleicht glättet mir das ja die
(vermuteten) Störspitzen durch die anderen Phasen über N raus, oder
kann mir da gleich jemand ein Gegenargument nennen, damit ich nicht
noch mehr schrotte?

:-/
bis denn,
Christian

Autor: Jadeclaw (Gast)
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Hä? Mit 50nF 'nen Triac geschrottet?
Ehrlich, glaube ich nicht.
Üblich ist eine Serienschaltung aus 100nF + 47 Ohm parallel zum Triac.
Bevor da der Triac platzt, wäre der Widerstand verdampft.
Das mit dem Triac-Sprengen schaffen die 1000W-Halogenteile auch ganz
alleine.
Einschaltströme equivalent 10kW Leistung sind da normal.
Evtl. dickere Triacs? z.B. TIC246M oder TIC263M?
Und wo willst du die 630nF-Caps draufklatschen?
Auf K3-1 & K3-2?
Es ist sinnvoller dort eine stromkompensierte Drossel (27mH per Ader)
einzufügen und davor und dahinter dann einen Cap drauf.
Da reichen dann auch 220 bis 470nF.
Nur der Leistungsteil hängt dann direkt am Netz.
Einfach bei Reichelt '  42H 2205  ' suchen.

Gruss
Jadeclaw.

Autor: Christian Nöding (Gast)
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Nun, ich hatte den Widerstand weggelassen g, der konnte also nicht
verdampfen - da blieb nur der Triac übrig - das hat man davon, wenn man
"schnell" mal was probieren möchte.


das mit der Drossel werde ich mal verfolgen, da ich jetzt ziemlich
sicher bin, dass ich über den N eine Brumm-/Störspannung auf die
Sinusform lege, die mir die ZC-Detection durcheinanderbringt. Habe
bereits die WIMA Kondensatoren an K3-1 und K3-2 dazwischengehängt, aber
bisher nicht ausprobieren können (erst wieder Sonntag abend).

Die Drosseln werde ich auch bestellen und dranhängen, schlimmer kanns
ja fast nicht mehr werden (außer dass ich eine dicke Phasenverschiebung
durch die Induktivität bekomme, die mir das ZC-Signal wieder verhaut
g)


danke für den Tipp mit der Drossel,
bis denn Christian

Autor: Christian Nöding (Gast)
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Morgen,

also die Drosseln haben leider überhaupt nichts bewirkt... die
Störungen bleiben gleich. Mittlerweile habe ich mir ein 2ch Hameg-Oszi
bei eBay ersteigert, damit ich mal klarsehen kann, was meine Triacs mit
der Sinusspannung anstellen, das Teil ist aber noch nicht da.

Es gibt doch noch mehr Leute, die erfolgreich
Phasenanschnittssteuerungen mit Atmels und Mehrphasensystemen
hinbekommen haben (siehe z.B. Semitone). Wie sind dort denn die Triacs
entstört worden, damit die ZC-Detection einwandfrei läuft?

Mittlerweile haben wir ne Zwischenlösung: eines meiner 8-Kanal
Dimmerpacks hängt an einer Phase (mit 5x500W und 1x1000W), dann ein
professionelles 4-Kanal Dimmerpack (mit 3x1000W) an der anderen Phase
und diese Konstellation funktioniert einwandfrei. Es liegt also
definitiv an meinen Packs, die offensichtlich immer noch zu schlecht
entstört sind - mehr wie Kondensatoren und Drosseln fallen mir zum
Entstören allerdings jetzt auch nicht ein...


ich freue mich über weitere Tipps,
Christian Nöding :)

Autor: Christian Nöding (Gast)
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Ich denke, dies wird mein letzter Post hier zu meinem Problem sein...
aber ich versuche es noch ein letztes Mal.

Mit dem Oszi habe ich jetzt mal so ziemlich alle Signale durchgemessen
und habe herausgefunden, dass auf dem Rückleiter (Nullleiter) sich
Störspannungen durch die Phasenanschnitte aufbauen. Im Anhang ist eine
Handy-Aufnahme des Oszibildes. Man kann die Sinusform noch gerade
erkennen und die überlagerten Phasenanschnitte (hier nur zwei Phasen
mit ca. 6 verschiedenen Anschnitten).

Für gewöhnlich wird diese Kurve schön getriggert, nur wenn ich
bestimmte Positionen mit den Triacs anschneide, gerät die Kurve ins
Wackeln und das Blitzen fängt periodisch an.

Die besagte Kurve zeigt ein 10Vpp Signal, welches aber auch sehr kurze
Spannungsspitzen bis 40V hat. Ich vermute, dass diese Spannungsspitzen
trotz Drossel durchkommen und meinen Optokoppler durchschalten lassen,
was wiederum das Aufblitzen der Lampen erklärt.

Wie bekomme ich nun das Nullleitersignal wieder glatt? Blöde Idee:
hilft vielleicht ein Kondensator zwischen N und PE?


Kondensatoren zwischen L und N bewirken offenbar nur wenig :-/



Besten Dank für ne weitere Einschätzung,
Christian Nöding

PS: falls keinem mehr hierzu was einfällt, dann bedanke ich mich
bereits noch einmal ganz herzlich bei den bereits gemachten
Vorschlägen! :D

Autor: Jadeclaw (Gast)
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Eingedenk der geringen Spannungen, die notwendig sind, um einen Triac zu
zünden, wundert mich jetzt natürlich nichts mehr.
Ein Kondensator zwischen N und PE bringt hier nichts.
Das einzige, was mir hier nur noch einfällt,
ist den Spannungsabfall auf N durch einen Verkabelungsumbau zu
drücken,
z.B. in dem man jeder Phase bis zum dicken CEE-Stecker einen eigenen
Nullleiter spendiert, sprich: 7 * 2.5qmm.
( 3 * Phase, 3 * N, 1 * PE )
So sieht jede Phase nur noch den eigenen Spannungsabfall.
Was hinter dem CEE-Stecker in der Wand steckt,
da hast du leider keinen Einfluss mehr drauf.
Im Gerät muss dann auch entsprechend umverkabelt werden.
Ob das jetzt endgültig hilft, kann ich natürlich nicht versprechen.
Ansonsten kann ich natürlich nur noch viel Erfolg wünschen.

Gruss
Jadeclaw.

Autor: Christian Nöding (Gast)
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Danke erst mal für die Antwort...

Nochmal die Null legen will ich eigentlich nicht (zu großer Aufwand)
aber ich habe mir mal mein professionelles Dimmerpack von LitePuter
angeschaut (mit dem klappt es nämlich auf anderen Phasen). Die haben
die Triacs wie folgt angeschlossen:

-> Phase L auf Pin 1 (habe ich auch)

-> Spule an Pin 2 und an die Spule den Verbraucher inkl. Sicherung und
einem Snubber-Netzwerk aus kleinen Wima-Kondensatoren.

-> Und eine angeschnittene Steuerphase auf Pin 3 (bei mir ja mit PWM
gelöst)

Ich habe bei meinem Aufbau jetzt die Spulen nicht direkt an jedem Triac
dran, sondern nur komplett in der Zuleitung. Das werde ich jetzt als
letzte möglichkeit noch einmal ausprobieren. Die Null wird nämlich bei
dem LitePuter ebenfalls verdreckt, allerdings nicht so schlimm, wie bei
mir.


Wenn das mit Spulen direkt an den Triac-Ausgängen auch nicht hinhaut,
dann schmeiße ich den ganzen Dreck wech und schau mir in Ruhe mal den
Semitone Dimmer an, der ja offensichtlich keinerlei Probleme mit
mehrphasigen Systemen hat :-/ (vielleicht haben an dem Semitone-Dimmer
aber auch noch keine 1000W pro Kanal gehangen, wer weiß - mit 500W
Strahlern läuft ja alles einwandfrei)



Ich werde auch nochmal bei Google nach EMV und Nullleiter-Cleanern
suchen g


so long,
Christian

Autor: tester (Gast)
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Stromkompensierte Drosseln bringen hier fast nichts, da sie die scharfen
Flanken, die beim Zünden entstehen, nicht entschärfen. Du brauchst
andere, ich vermute mal Speicherdrosseln mit 2 Anschlüssen (und
möglichst wenig parasitärer Kapazität), die zwischen dem mittleren Pin
des Triacs und dem Verbraucher liegen.

Noch was: zündest Du die Triacs "in Phase", also im 1. und 3.
Quadranten?
Zünden in Gegenphase (2. und 4. Quadrant) geht zwar mit ausreichend
Gate-Strom, erzeugt allerdings wesentlich mehr Störstrahlung!

Kurze Verkabelung ist immer ein wichtiges Thema, möglichst
Twisted-Pair, d.h. der Strom soll immer auf dem selben Weg hin- und
zurückfließen.

Autor: Christian Nöding (Gast)
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Als Spule will ich eine Funkentstördrossel mit 50 Windungen und 100µH
zwischen Triacausgang und Verbraucher verwenden. Das ist so ne kleine
von Reichelt:

Link:
"http://www.reichelt.de/inhalt.html?SID=18yl9JXKwQA...


Das mit den Quadranten habe ich jetzt nicht verstanden. Die Triacs
zünden bei 50% z.B. ungefähr beim Peak jeder Sinushalbwelle. Bei 25%
zünden sie ungefähr im letzten Drittel der Halbwelle und bei 75% im
ersten Drittel. Wie kann man denn hier den Zündzeitpunkt in Quadranten
unterteilen??? Ich kann den Zündwinkel/-zeitpunkt doch nur auf der
X-Achse variieren?


Bei der Verdrahtung und den Bauteilen habe ich mich schon bemüht, alles
recht eng bei einander zu packen (TRIACs sind allerdings einiges weiter
weg vom µController g). Allerdings habe ich keine TP-Leitungen
verwendet. Ich habe intern zu 90% nur Leitungen bis ca. 20cm. Das
müsste auch so klappen. Die Datenleitung zum PC ist aber 30 Meter lang,
das Übertragungs-Protokoll ist aber mit interner Fehlerkorrektur, es
können also sich keine Befehle einschleichen. Und die Zuleitungen zu
den Scheinwerfern kommen auf insgesamt ca. 150 bis 200 Meter...


Ich habe bisher noch keine Y-Kondensatoren drin gehabt (habe mir eben
eine EMV-Anleitung runtergeladen). Diese werde ich mal von kurz vor dem
ZeroCrossing-Optokoppler und PE einbauen. Zudem die neuen Spulen nach
den Triacs und dann hier und da noch ein paar Kondensatoren (vielleicht
noch einen kleinen Elko an den Reset-Pin des Atmel - da der auch sehr
häufig resettet, wenn ich einen Scheinwerfer im Betrieb ein- oder
ausstecke)



Das ursprüngliche Blitzen ist ja schon ein klein bisschen weniger
geworden - ich hatte mir zwar eine Lösung erhofft, die auf einen Schlag
alle Störungen killt, aber das geht wohl nicht :-/

ich versau mir jetzt nur den ganzen Platinen-Aufbau, wenn ich immer
wieder aufs neue Bauteile (Kondensatoren, Spulen, ...) hinzubaue :-(


tschö,
Christian

Autor: Christian Nöding (Gast)
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Hallo!

Um diesen Thread abzuschließen (Lösung wurde gefunden) und denen, die
diesen Thread durch die Suche finden und das gleiche Problem haben,
eine Lösung finden, möchte ich hier noch ein paar Worte schreiben:


Die blitzenden Scheinwerfer lassen sich im Nachhinein relativ einfach
erklären: Die verwendeten Triacs zum Phasenanschnitt waren TIC226N von
Texas Instruments. Diese haben eine maximale kritische
Spannungssteilheit von dU/dt_c = 100V/µs. Nutzt man nun z.B. 300W oder
500W Scheinwerfer, dann funktioniert das ganze auch. Schließt man
hingegen 1000W Strahler an, die zudem noch über längere
Anschlussleitungen (in meinem Worst case auch mit 3-phasiger
CEE-Leitung), so wird der induktive Anteil der ganzen Anlage ziemlich
groß, was Spannungsspitzen im Stromnulldurchgang mit sich bringt (wo
der TRIAC ja eigentlich ausschalten sollte). Leider scheint dort dann
die Spannungssteilheit von 100V/µs nicht mehr zu genügen und der TRIAC
zündet die nächste Halbwelle voll durch. Folge ist ein Blitzen des
Scheinwerfers. Nun verwendet ich doppelt so teure TRIACS von ST
(BTA16-600B) und alles funktioniert einwandfrei, da diese eine
kritische Spannungssteilheit von 400V/µs, also das Doppelte abkönnen,
als die Kollegen von TI.


Aus dieser ganzen Sache habe ich gelernt, an kritischen Bauteilen nicht
aufs Geld zu schauen, sondern lieber mal etwas mehr auszugeben.


schönen Samstag noch ;)
Christian

Autor: Jadeclaw Dinosaur (jadeclaw)
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Autsch. Da muss man erst drauf kommen.
Gut zu hören, dass es jetzt läuft.

Gruss
Jadeclaw.

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