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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Halogenlampen dimmen ohne PWM


Autor: Matthias (Gast)
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Hi,

zur Beleuchtung meines neuen Zimmers möchte ich 12 Stück dieser 12V 
20Watt Niedervolt-Halogenlampen verwenden. Die Lampen habe ich jeweils 
mit einem IRLZ34N LogicLevel MOSFET verbunden - wie es hier auch 
empfolen wurde Beitrag "Halogenlampe mit PWM steuern". Das Gate habe 
ich direkt mit dem I/O-Pin des Mikrocontrollers verbunden. Einfaches 
Schalten ist hiermit auch problemlos möglich. Das Dimmen mittels PWM 
ruft aber gleich zwei Probleme hervor. Erstens ganz egal welche Frequenz 
ich verwende (von 50 Hz bis 30kHz) die Lampen brummen oder piepsen sehr 
laut - je nach Frequenz. Zweitens führt der Mikrocontroller manchmal 
sofort, spätestens aber nach einer Minute einen Reset durch. Auch ein 
stärkeres Netzteil und die Trennung der Spannungsversorgung des 
Mikrocontrollers und der Halogenlampen konnten die Situation nur 
unwesentlich verbessern. Da ich auch schon spezielle Gatetreiber und 
andere MOSFET-Typen verwendet habe und sich jedesmal das gleiche 
Resultat ergab, wende ich mich nun an euch.

Dass es technisch recht gut machbar ist diese Halogenlampen zu dimmen 
zeigte mir der Kauf eines einfachen Phasenanschnittdimmers aus dem 
Baumarkt. Würden diese nicht 30 EUR pro Stück kosten und nur mechanisch 
zu regeln sein, hätte ich schon längst 12 Stück davon verbaut. Wie kann 
ich mit meinem Mikrocontroller nun "elegant" also ohne brummen oder 
piepsen oder Zusammenbrechen der Versorgungsspannung (also am besten 
ohne PWM ;-) die Halogenlampen dimmen???

Autor: Kuzeko (Gast)
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Überhaupt nicht ausser du willst die Leistung mit einem Vorwiderstand 
verheizen. PWM und Phasenanschnitt ist doch eine saubere Sache für 
Lampen.

Autor: Anon Ymous (anonymous)
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Schonmal überlegt, welche Spannung der Halogentrafo liefert und wie sich 
eine PWM darauf auswirkt? Google Interferenz. Hier im Forum gibt es 
viele gute Threads dazu. Phasenanschnitt lässt  den Trafo klirren, 
Phasenabschnitt scheint besser zu sein.

Autor: ds (Gast)
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Schaltest du etwa mit dem MOSFET direkt die Wechselspannung oder die 
gleichgerichtete Wechselspannung ohne Siebung?

Autor: Matthias (Gast)
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@ds: nein, ich schalte 12V DC von einem Computernetzteil. Dass man 
Wechselspannung mit einem MOSFET nicht schalten kann ist mir auch klar.

Wenn Phasenabschnitt geeignet scheint, wie realisier ich eine solche 
Schaltung dann? Mit Mikrocontroller?

Autor: Matthias (Gast)
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Ergänzung: Da Phasenanschnitt bzw. Abschnitt ja nur bei Wechselspannung 
funktioniert, mir jedoch aus einem alten Computernetzteil bereits 300W 
Gleichspannung (12V ) zur Verfügung standen, probierte ich die Lösung 
mit PWM aus.

Aber mir geht es an dieser STelle weniger um Gleich- oder 
Wechselspannung sondern - wie eingangs erwähnt - um die optimale Methode 
zum Dimmen der Halogenlampen mit einem Mikrocontroller.

Autor: Christian_RX7 (Gast)
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Warum änderst du nicht die Regelung im Computernetzteil, dann sollte die 
Ausgangsspannung in einem gewissen Bereich regelbar sein.

Autor: Stefan Huebner (shaun)
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Mit 12VDC gar nicht. Und wenn Du sekundärseitig vom Halogentrafo dimmen 
willst, geht das vernünftig nur mit einem konventionellen Blechklotz, 
elektronische sind dafür nicht ausgelegt. Wenn die Lampen bei allen 
PWM-Frequenzen Geräusche machen, solltest Du Dich mal fragen, ob da 
überhaupt das an den Lampen ankommt, was Du glaubst. Kann der MOSFET mit 
der Ansteuerung durch einen Port-Pin überhaupt so schnell schalten? Ohen 
Gatewiderstand wird der Ausgangsstrom am Ausgang auch ganz nett hoch 
sein, bringt das den Controller vielleicht zum Resetten?

Autor: Obelix (Gast)
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Nulldurchgangserkennung und dann Triac.

Autor: Obelix (Gast)
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Das RTeseten wird am schlechten Aufbau der Schaltung liegen.

Autor: Matthias (Gast)
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@Christian_RX7: Naja, ich will die 12 Lampen unabhängig voneinander 
dimmen und das Basteln im Innern des Netzteils ist mir etwas heikel, 
aber mit einer Erklärung von dir würde ich mich vll auch daran wagen ;-)

@Stefan Huebner: Da die Lampen bei unterschiedlichen Frequenzen auch 
unterschiedliche Geräusche machen, denke ich schon dass der MOSFET 
schenll genug schaltet. Um das Problem der hohen Gateströme 
auszuschließen verwendete ich bereits spezielle Gatetreieber. Ich denke 
nicht, dass es daran leigt. Die Lampen machen bereits bei Schalten im 
Sekundentakt bei jedem Einschalten ein intensives Klack-Geräusch. Ist 
das normal?

@Obelix: Funktioniert so ein Phasenabschnittsdimmer? Habe gerade nach 
diesen Triacs gegoogelt. Diese Schaltunegn sind aber weitaus schwieriger 
aufzubauen als die PWM-Methode. Lohnt sich der Mehraufwand? Für jeden 
der 12 Kanäle?

Autor: Hauke Radtki (lafkaschar) Benutzerseite
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Normalerweise dürfen Halogenlampen keine geräusche beim Dimmen machen, 
meine tuen das zumindest nicht. Zeig mal besser deine Schaltung, 
vielleicht ist dort der fehler zu finden?

Autor: Matthias (Gast)
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Meine Schaltung sieht im Prinzip so aus wie in dem eingangs erwähnten 
Posting. Siehe Anhang...

Autor: Christian_RX7 (Gast)
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Oh tut mir leid, ich hab überlesen, dass du jede Lampe einzeln steuern 
willst.
Bei einer gesamten dimmung hätte ich mir das so vorgestellt:
Du entfernst aus dem Netzgerät die 3,3V, 5V und die negativen 
Spannungszweige und änderst die Spannungsregelung auf die 12V Spannung 
ab (gibt desswegen massenhaft Anleitungen im Netz)
Die Spannungsregelung, welche das Taktverhältnis des Netzteils 
beeinflusst (meist ein Spannungsteiler der auf den Steuer-IC geht) 
müßtest du dann mit deinem Controller (per PWM->Tiefpass) so 
manipulieren (die gemessenen Spannung erhöhen), dass das Netzteil die 
Pausen verlängert, dadurch fällt die Spannung am Ausgang.
Wieweit sich die Spannung so verringern lässt, damit das Netzteil noch 
stabil läuft, muß man ausprobieren.

Viele Grüsse,
Christian

Autor: Björn Wieck (bwieck)
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Matthias wrote:
> Meine Schaltung sieht im Prinzip so aus wie in dem eingangs erwähnten
> Posting. Siehe Anhang...

Mach mal den R1 auf 2k2 oder weniger und setze parallel zur Lampe einen 
Elko 47µ
Dann sollte mehr Ruhe sein.

Und mach dich mal schlau wegen Kapazität am Gate (google)

Dein Aufbau ist ein Sägezahngenerator.

Grüße
Björn

Autor: Matthias (Gast)
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@Björn Wieck: Danke für den Tipp, werde ich gleich ausprobieren.
Welche PWM-Frequenz würdest du mir denn empfehlen? Im Moment schaut mein 
Programm für 50% so aus:

Lampe einschalten
wait 10ms
Lapme ausschalten
wait 10ms
wiederholen...

PS: Das Formum und die Leute hier sind echt super!

Autor: Nami (Gast)
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Das mit den Elkos ist nun wirklich kein guter Rat!
Diese werden nach kurzer Zeit kaputt gehen, da Du diese dann ohne 
Strombegrenzung per PWM an die Spannungsquelle schaltest.
Wenn Glättung, dann ggf. mit Spule in Serie und 
Freilaufdiode/Rückflußdiode paralles zu Spule und Halogen-Lampe.
Das mit R1 stimmt aber - der sollte kleiner sein.

Dein Problem liegt aber IMHO woanders.
1.) Dein Reset-Problem musst Du in den Griff kriegen - da stimmt was im 
Aufbau nicht
2.) Möglicherweise stimmt auch was an Deiner Software nicht, da bei 
sauberen 30 kHz eigentlich nichts mehr zu hören sein sollte
3.) Das mit dem Klacken beim Einschalten hört sich für mich auch etwas 
merkwürdig an. Kommt das Geräusch wirklich von den Lämpchen?

Autor: Düsentrieb (Gast)
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>Lampe einschalten
>wait 10ms
..das gibt etwa 20ms = 50hz grundfrequenz...da wirst immer was hören :-)
sogar triacs machen ein schaltgeräusch (tick), den grund konnte mir aber 
auch mein prof. /halbleiter-technologie nicht nennen :-))

wenn du mit mosfet/12v/pwm "lautlos" steuern willst, dann so:
1. pwm zb 20us periode, nicht 10ms
2. wg. verluste gates "richtig" treiben, zb mit icl7667
3. zwecks emv/störstrahlung drossel rein (+snubber+diode natürlich)

Autor: Anon Ymous (anonymous)
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Wenn die Lampen einschalten, gibt es einen Stromstoß durch die Kabel. 
Wenn man z.B. eine Autobatterie kurzschließt dann zuckt das Kabel auch 
:) Ich könnte mir vorstellen, dass das Kabel mit der Frequenz vibriert, 
wenn die Magnetfeldänderung wirklich so groß ist. Vielleicht wird das 
Geräuch dadurch erzeugt?

Die einzige Lösung die ich dann sehe ist die Stromänderung niedrig zu 
halten. Das geht am einfachsten mit einer Drossel. Weil du hohe Ströme 
schalten möchtest, sollte der Widerstand der Drossel möglichst niedrig 
sein. Niedriger Widerstand ist äquivalent zu wenig Wicklungen. Also 
möchtest du die Spule mit einer hohen Frequenz ansteuern. Das ganze ist 
dann ein step-down Wandler im continous mode.

In einem Step-down wandler gibt es auch eine Diode, die die 
INduktionsspannung auffängt. Die ZUleitungen zu der Lampe sind eine 
schon eine kleine Induktivität, deswegen solltest du auch bei deiner 
bisherigen PWM Lösung eine Diode benutzen.


Eine alternative Lösung, falls du wirklich 12 verschiedene Lampen dimmen 
möchtest: Den mosfet so nahe möglich an der Lampe anbringen. Damit 
minimierst du die Induktivität und schließt viele Teile, die schwingen 
können aus.

Die Spannung für den mikrocontroller musst du noch puffern mit ~100nF. 
Deine Gateansteuerung ist nicht so toll. Verringer R1 weiter. R1 muss so 
groß sein, dass
1. der Transistor nicht abraucht
2. das Gate bei durchgesteuertem Transistor unter ~1V bzw. << Gate 
Treshold Voltage ist.

Deine Software wird so wohl kaum funktionieren. Benutz doch die Hardware 
PWM, diese ist unabhängig vom Programmablauf.


Ich hätte erwartet, dass das direkt so funktioniert. Schade :( Lass dich 
nicht unterkriegen, irgendwie muss das zu schaffen sein.

Autor: Esko (Gast)
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Hallo,
wenn deine PWM an einem PC-Netzteil hängt kann das die Regelung des 
Netzteils stören. Dimmst du alle Lampen gleichzeitig, dann wird das mit 
Sicherheit Probleme geben, da bei deiner geringen Frequenz und ohne 
Drossel die Laständerung sehr groß ist.
Wie andere schon schrieben: Besser wäre auf jeden Fall eine Lösung die 
direkt die Ausgangsspannung des NT ändert. Das geht allerdings nicht 
ganz tief runter.
Außerdem ist deine Mosfet-Ansteuerung für hohe Frequenzen nicht ideal, 
verringere erstmal den 10k, wenn das nicht hilft nimm ein NPN PNP 
Pärchen oder sogar einen speziellen Treiber.
Nochmal nachgerechnet: Müsste theoretisch bis ca. 10kHz gehen.

An deiner Stelle würd ich erst mal das resetten beheben. Etwa den 
Treiber mit einem Tiefpass in der Versorgung versehen. Bzw, erstmal den 
MC so entstören:

+-L/R--->Treiber
      |
      C(100µF + 100nF)
      |
     Gnd

Autor: Matthias (Gast)
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Ich habe heute folgende Dimmer-Schaltung im Internet gefunden und gerade 
aufgebaut: http://home.berg.net/opering/projekte/8/index.htm Und siehe 
da, funktioniert perfekt! OHNE Brummen oder ähnliches der Lampen!!!

Nun meine Frage: In dieser Schaltung wird die Helligkeit der Lampen 
mittels eines Potis von Hand eingestellt. Wie kann ich dies auf 
elektronischem Weg mit meinem Mikrocontroller regeln?

Wenn es da eine Möglichkeit gäbe, würde ich die Schaltung einfach 12 mal 
aufbauen und wäre total happy ;-)

Autor: Rahul Der trollige (rahul)
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Matthias wrote:
> Ich habe heute folgende Dimmer-Schaltung im Internet gefunden und gerade
> aufgebaut: http://home.berg.net/opering/projekte/8/index.htm Und siehe
> da, funktioniert perfekt! OHNE Brummen oder ähnliches der Lampen!!!
>
> Nun meine Frage: In dieser Schaltung wird die Helligkeit der Lampen
> mittels eines Potis von Hand eingestellt. Wie kann ich dies auf
> elektronischem Weg mit meinem Mikrocontroller regeln?
>
> Wenn es da eine Möglichkeit gäbe, würde ich die Schaltung einfach 12 mal
> aufbauen und wäre total happy ;-)

Es handelt sich dabei um eine Standard-Schaltung mit OPV:
http://www.progshop.com/versand/know-how/op-amp.html#05g

Die Schaltung im Link wird mit einer symmetrischen Spanungsversorgung 
betrieben - da kann man sich den Spannungsteiler aus R" und R3 sparen.
Mit Hilfe der Formel auf der progshop-Seite sollte man auch die 
Schaltfrequenz errechnen können, um sie dann mit einem Mikrocontroller 
zu erzeugen.
Eine PWM mit einem Mikrocontroller erzeugt man per Timer und nicht per 
Warteschleife!

Autor: eProfi (Gast)
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suche nach Sinusdimmer:
Beitrag "Sinus-Dimmer"
Beitrag "Sinusdimmer"

Von Strand Lighting gibt es da schöne Beschreibungen.

Autor: Nami (Gast)
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Ich hab mir gerade selbst das hier mal kurz aufgebaut (Anhang).
Spannungsquelle war ebenfalls ein umgebautes PC-Netzteil. Funktioniert 
problemlos, d.h dimmt ohne Geräusche, der FET wird warm aber nicht heiss 
und der uC wird nicht sporadisch zurückgesetzt.
Ein Klacken konnte ich übrigens auch bei direktem Einschalten nicht 
feststellen. Halogen-Lampe war eine Frontleuchte fürs Auto.

Autor: Nami (Gast)
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Nachtrag:

- Beim direkten Einschalten ist in der Leuchte doch ein leises Klicken 
zu hören.
- Im Betrieb mit ca. 5kHz ist ein leises piepsen zu hören - bei 38kHZ 
aber völlige Stille.
- Der Mosfet wird doch etwas wärmer in der obigen Schaltung, ein 
Dauerbetrieb (ca. 1Stunde) war aber problemlos möglich - die KFZ-Leuchte 
hatte allerdings auch 40 Watt.

Autor: jippi (Gast)
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hallo
beachtet bei diesen projekt die gesetzlichen bestimmungen.
die oberwellen werden enorm sein

Autor: Dieter R. (drei)
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Jau, klingt nach Breitband-Störsender.

Anderer Vorschlag, natürlich viel aufwendiger: Pro Kanal ein 
Schaltregler, z. B. mit LM2576. Den mit Steuerspannung (per PWM vom 
Controller) als variablen Spannungsregler betreiben. Um die Störungen 
gering zu halten, LC-Filter pro Kanal im Ausgang.

Die einzelnen Kanäle werden dann mit einer geregelten Gleichspannung und 
nur <<1V Ripple betrieben. Geräusche gibt es dabei nicht. Das erfordert 
aber einen SORGFÄLTIGEN Aufbau. Ohne Oszilloskop zur Überprüfung wird es 
garantiert nichts, jedenfalls nichts betriebssicheres.

Autor: Matthias (Gast)
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@Dieter R.: Dein Vorschlag klingt sehr interessant. Ich habe mir nun das 
Datenblatt des LM2576 näher angesehen. Wäre super, wenn du mir an dem im 
Anhang befindlichen Schaltbild zeigen könntest, wie ich den 
Mikrocontroller an den LM2576 anschließen muss und deine Idee allgemein 
noch etwas konkreter ausführst.

Da der LM2576 bei Reichelt 0,90 EUR kostet wäre es kein Problem die 
Schaltung 12 mal aufzubauen. Mir geht es an dieser Stelle auch nicht um 
die Komplexität oder Kosten der Schaltung sondern vor allem um die 
Qualität der Helligkeitsregelung der Lampen! Bevorzugt ohne Geräusche 
;-)

Schonmal vielen Dank!

Autor: Matthias (Gast)
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Hat niemand eine Idee wie ich mit einem Mikrocontroller und einem 
Schaltregler - bevorzugt mit dem LM2576 - eine regelbare Spannung von 
0V-12V belastbar mit 1,7 A (20W Halogenlampe) erzeugen kann um diese 
vollständig zwischen 0% bis 100% dimmen kann???

Danke euch!

Gruß, Matthias

Autor: Matthias (Gast)
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So, habe mein Problem nun folgendermaßen gelöst:

1. Nach mehreren Prototypen verschiedener PWM-Schaltungen stellte sich 
diese als beste Lösung heraus (keine Geräusche der Lampen, einfach, 
günstig) http://www.modding-faq.de/index.php?artid=521

2. Einen Ausgang des Mikrocontrollers direkt mit dem Gate des P-Kanal 
MOSFETS verbunden. Software toggelt 500 mal pro Sekunde den Ausgang (zu 
Testzwecken). Funktioniert bärig (halbe Helligkeit)!!!

3. 50x IRF9Z34N gekauft (vergleichbar, aber günstiger als der IRF5305 in 
der Originalschaltung), gelötet, funktioniert immer noch ;-)

Letztes Problem: Mitlerweile sind es 50 Halogenlampen zu je 20Watt 
geworden - also Spitzenleistung (alle an) von 1000 Watt. Wie kann ich 
günstig aus dem 230V Stromnetz ca. 90 Ampere 12V GLEICHSPANNUNG 
(aufgrund des MOSFETS) bekommen.
Klar kann ich zweimal ein solches Netzteil kaufen:
Ebay-Artikel Nr. 150177718538

Das muss doch auch billiger zu realisieren sein?!?

Wichtig ist mir lediglich:
- KEINE Mindestlast, denn es kann vorkommen, dass ALLE Lampen 
ausgeschaltet sind!
- Das Netzteil muss das schnelle Ein-/Ausschalten ALLER Lampen auf 
EINMAL verkraften können, da die Lampen auch als Stroboskop verwendet 
werden!

Hoffe einer von euch kann mir hier etwas empfehlen!

Gerne erläutere ich den Lösungsweg meines ursprünglichen Problems 
genauer, falls jemand auf die selben oder ähnliche Probleme stößt wie 
ich damals.

Danke!
Matthias

Autor: Michi (Gast)
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>2. Einen Ausgang des Mikrocontrollers direkt mit dem Gate des P-Kanal
>MOSFETS verbunden. Software toggelt 500 mal pro Sekunde den Ausgang (zu
>Testzwecken). Funktioniert bärig (halbe Helligkeit)!!!

Keine Ahnung wie Du das wirklich bedrahtet bzw. verschaltet hast, aber 
einen P-Kanal MOSFET bei 12V betrieben direkt an einen 5V uC 
funktioniert nicht, da aufgrund der Schutzdioden der MOSFET dann immer 
geschaltet ist.

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