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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Einen Universaldimmer bauen - IGBT vs. Triac - 2015


Autor: Torsten C. (torsten_c) Benutzerseite
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Hallo zusammen!

Wir wollen einen Dimmer bauen, siehe
Beitrag "Funk-Dimmer und -Schalter mit ESP8266 - wer will mitbauen?"

Falk Brunner schrieb im 
Beitrag "Re: IGBT Dimmer per Mikrocontroller" :
> Sebastian H. schrieb
>> Dabei soll es egal sein, ob es sich dabei um eine ohmsche, induktive
>> oder kapazitive Last handelt.
> Eine eierlegende Wollmilchsau gibt es nicht bzw. ist sie unbezahlbar.

Das war Ende 2012. Eben habe ich dieses Video gesehen:

Youtube-Video "AC dimmer with PWM on Arduino"

Wenn ich das richtig verstanden habe, kann man mit einem 
3-Quadranten-Triac induktive oder kapazitive Lasten (z.B. eine 'alte' 
12V-Halogen-Lampe hinter einem Trafo oder eine 'moderne' 230V-LED-Lampe 
mit Kondensator-Netzteil) nicht beliebig weit runter dimmen.

http://www.nxp.com/documents/application_note/AN_3Q_TRIACS.pdf

Wie sollte man heutzutage (Februar 2015) am besten einen Universaldimmer 
bauen? Ein Billig-µC könnte ja Nulldurchgänge, Spannungsabfälle usw. per 
ADC sogar mit 1 MSPS analog auswerten. Da gibt es viele Möglichkeiten, 
z.B. den STM32 Analog Watchdog.

Ein FGD3N60UNDF z.B. ist ja nicht 'unbezahlbar'^^, sondern kostet etwa 
1€.

Und den Gleichrichter aus dem Video kann man vielleicht auch noch 
verbessern:

http://www.thetaeng.com/FETBridge.htm

VG Torsten

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Autor: batman (Gast)
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Hmm, welche induktive Last will man denn da mit Gleichstrom betreiben?

Autor: ;) (Gast)
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@batman
na eisenbahn spur 0
kennst doch den regeltrafo
;-)

Autor: Torsten C. (torsten_c) Benutzerseite
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Torsten C. schrieb:
> Und den Gleichrichter aus dem Video ...

PS Hinweis: Der Gleichrichter^^ ist nur für den IGBT-Dimmer. Der 
Verbraucher ist in Reihe mit dem Dimmer geschaltet und bekommt 230V 
Wechselstrom. Aber aktive Gleichrichter für 230V haut wohl nicht hin. 
Sorry.

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Autor: MaWin (Gast)
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Torsten C. schrieb:
> Wie sollte man heutzutage (Februar 2015) am besten einen Universaldimmer
> bauen

Mit einem IGBT, ein TRIAC kannn jein Phasenabschnitt, und natürlich uC 
um die Characteristik der Last zu erkennen.

Autor: Simpel (Gast)
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Wenn du die Phasenverschiebung zwischen Spannung und Strom (cos Phi) 
auswerten willst, ist eine 3-Punkt-Schaltung (L,N und Lastzweig) 
vorteilhaft.
Hier kannst du Spannung und Strom simultan messen.


Wenn du den Dimmer inline (2-Punkt-Schaltung), wie bei einem 
Lichtschalter einsetzen willst, hast du nur den Laststrang. Dort kannst 
du die Phasenverschiebung zwischen Spannung und Strom nicht so einfach 
erkennen. Im durchgeschalteten Zustand kannst du den Strom messen, im 
gesperrten Zustand die Spannung.
Um die Erkennung der Lastart zu realisieren, müsstest du z.B. am Beginn 
der ersten Phase (Nulldurchgang)einschalten und den Stromverlauf 
auswerten. Der zeitliche Spannungsverlauf nach dem ND der 
50Hz-Netzfrequenz ist ja bekannt. Bei kapazitiver Last eilt der Strom 
der Spannung voraus, bei induktiver Last umgekehrt und bei ohmscher Last 
sind beide synchron. Dementsprechend wird der µC dann auswählen, ob per 
An- oder Abschnittsteuerung weitergearbeitet wird.

Autor: Simpel (Gast)
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P.S.

Um Mißverständnisse auszuschliessen:
Der o.g. Nulldurchgang der ersten Testmessung muss im Sperrzustand 
erfolgen, damit man den Spannungs-Nulldurchgang der Netzspannung als 
Referenzpunkt hat und nicht den Strom-Nulldurchgang des Lastkreises.

Autor: Peter D. (peda)
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Eine LED zu dimmen ist nicht das Problem des Dimmers, sondern der 
LED-Elektronik selber.
Diese müßte den Mittelwert der Eingangsspannung messen, ihn exponentiell 
umrechnen und dann als Sollwert für die LED-Stromregelung benutzen.

Eine Glühbirne hat nämlich eine exponentielle Kennlinie, d.h. kaum 
Emsission lange bevor die Spannung auf 0V abfällt.

: Bearbeitet durch User
Autor: Falk B. (falk)
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Naja, ich hab nicht gesagt dass es unmöglich ist, nur halt 
aufwändig(er).
Der einfache Ansatz nimmt einen Brückengleichrichter + IGBT. Bei höheren 
Strömen von mehr als ner Handvoll Ampere wird der Brückengleichrichter 
schon ordentlich warm. Ja, man kann auch Hochvolt-MOSFETs nutzen, aber 
die haben im Vergleich zu einem IGBT noch mehr Spannungsabfall. Hmm, nix 
gewonnen. Wenn man NUR PhasenANschnitt machen will, reicht ein TRIAC, 
der hat auch den deutlichen Vorteil, weniger Klemmenspannung im 
durchgeschalteten Zustand zu haben (IGBT ~2V, TRIAC ~1V).
Dazu kommt dann die Intelligenz des uC. Ein einfacher 8-Bitter reicht 
locker, es muss kein 32 Bit Bolide sein, auch wenn die heute sehr 
preiswert zu haben sind.

Autor: Torsten C. (torsten_c) Benutzerseite
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Diese Unterputzgehäuse sind vertammt winzig. Für den µC kommt noch ein 
Kondesator-Netzteil mit einem gewaltigen X2-Kondenator dazu. Einen 
Snubberless Triac bekomme ich daher am ehesten unter.

Falk Brunner schrieb:
> Der einfache Ansatz nimmt einen Brückengleichrichter …
und
> … man kann auch Hochvolt-MOSFETs nutzen, aber
> die haben im Vergleich zu einem IGBT noch mehr Spannungsabfall.

Ich habe mir als Beispiel mal den IRFB812PBF rausgepickt:

V_SD    = 1.2V  (Diode Forward Voltage)
R_DS,on = 1.75Ω (Static Drain-to-Source On-Resistance)

Beim Brückengleichrichter käme ja der Spannungsabfall von zwei Dioden 
dazu. Die Body-Diode verheizt mit 1.2V wesentlich weniger, wenn ich zwei 
IRFB812PBF in Reihe schalte, als der Brückengleichrichter. Ist meine 
Denkweise korrekt?

Ich kann ja nochmal nach anderen IGBTs und Hochvolt-MOSFETs schauen.

Falk Brunner schrieb:
> Wenn man NUR PhasenANschnitt machen will, reicht ein TRIAC

Oder lieber nicht schauen und lieber bei TRIACs bleiben?

Denn ein µC wäre ja so intelligent, dass er bei PhasenANschnitt 
grundsätzlich einen 'Soft-Start' macht. Wenn er den %-Wert dann langsam 
genug hoch fährt, dürfte es doch auch bei kapazitiven Lasten kein 
Problem geben. Ist meine Denkweise korrekt?

Wegen der kleinen UP-Dose würde es bei der Entscheidung helfen, zu 
wissen, bei welcher Variante man mit den kleinsten oder gar keinen 
Snubbern auskommt:

❶ Snubberless Triac
❷ Zwei IGBTs in Reihe
❸ Zwei Hochvolt-MOSFETs in Reihe
❹ Ein IGBT + Gleichrichter-Brücke
❺ Ein Hochvolt-MOSFET + Gleichrichter-Brücke

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Autor: Falk B. (falk)
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@Torsten C. (torsten_c) Benutzerseite

>Diese Unterputzgehäuse sind vertammt winzig. Für den µC kommt noch ein
>Kondesator-Netzteil mit einem gewaltigen X2-Kondenator dazu. Einen
>Snubberless Triac bekomme ich daher am ehesten unter.

Jaja. Spare jederzeit, dann hast du immer Not.

>Ich habe mir als Beispiel mal den IRFB812PBF rausgepickt:

>V_SD    = 1.2V  (Diode Forward Voltage)
>R_DS,on = 1.75Ω (Static Drain-to-Source On-Resistance)

Macht bei 1A schon satte 1,75V Spannungsabfall. Öhm . . . .

>Beim Brückengleichrichter käme ja der Spannungsabfall von zwei Dioden
>dazu. Die Body-Diode verheizt mit 1.2V wesentlich weniger, wenn ich zwei
>IRFB812PBF in Reihe schalte, als der Brückengleichrichter. Ist meine
>Denkweise korrekt?

Nö. Denn bei zwei antiseriellen IGBTs/MOSFETs ist einer immer "richtig" 
herum durchflossen.

>Ich kann ja nochmal nach anderen IGBTs und Hochvolt-MOSFETs schauen.

Tu das, aber es wird nicht besser. Es hat schon seinen Grund, warum bei 
Spannung über 250V die IGBTs dominieren.

>> Wenn man NUR PhasenANschnitt machen will, reicht ein TRIAC

>Oder lieber nicht schauen und lieber bei TRIACs bleiben?

Was weiß denn ich? Ich will keine eierlegende Wollmilchsau bauen.

>Denn ein µC wäre ja so intelligent, dass er bei PhasenANschnitt
>grundsätzlich einen 'Soft-Start' macht. Wenn er den %-Wert dann langsam
>genug hoch fährt, dürfte es doch auch bei kapazitiven Lasten kein
>Problem geben. Ist meine Denkweise korrekt?

Mag sein, aber das Problem ist umfassender.

>Wegen der kleinen UP-Dose würde es bei der Entscheidung helfen, zu
>wissen, bei welcher Variante man mit den kleinsten oder gar keinen
>Snubbern auskommt:

Egal ob TRIAC, snubberless oder IGBT, einen Halbleiterschalter muss man 
etwas schützen, wenn er ne Weile leben soll, auch gegen Netztransienten. 
Vergiss also eine Sparvariante.

❶ Snubberless Triac
❷ Zwei IGBTs in Reihe
❸ Zwei Hochvolt-MOSFETs in Reihe
❹ Ein IGBT + Gleichrichter-Brücke
❺ Ein Hochvolt-MOSFET + Gleichrichter-Brücke

Rechne doch einfach mal die Verluste bei deinem angepeilten Nennstrom 
VOLLSTÄNDIG aus. Eine statische Betrachtung reicht.

Autor: Torsten C. (torsten_c) Benutzerseite
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Vielen Dank für die hilfreichen Antworten! :-)

Falk Brunner schrieb:
> Rechne doch einfach mal die Verluste bei deinem angepeilten Nennstrom
> VOLLSTÄNDIG aus.

In dem Bereich von ca. 13 bis 1600mA sollte der Universaldimmer so 
preiswet wie möglich sein. Höhere Nennströme sind von Fall zu Fall eine 
Kostenfrage. 350Watt Glühobst bis 5W GU10-LED-Lampe wäre m.E. 
'mainstream'.

Thermodynamik ist nicht so mein Spezialgebiet. Ich nehme mal an, dass 
ich in der Unterputzdose max. ca. 3..5 Watt los werde.

Hier ein Bild davon:
http://www.mikrocontroller.net/attachment/44159/Foto_004.jpg

Projektvorgabe: Möglichst keine Maurerarbeiten im Haus!

Hat jemand mehr Erfahrung, um die machbaren Verluste in einer 
Unterputz-Dose genauer abzuschätzen?

Peter Dannegger schrieb:
> Eine LED zu dimmen ist nicht das Problem des Dimmers, sondern der
> LED-Elektronik selber.

Die dimmbaren GU10-LED-Lampen die es z.B. bei Aldi gibt, habe ich noch 
nicht auseinander gebaut. Sind das kapazitive Lasten?

Ich dachte, es sei durchaus ein Problem des Dimmers, weil er bei einer 
Kapazitiven Last kein PhasenANschnitt machen darf. Stimmt das denn 
nicht? Wie MaWin schrieb: 'Ein TRIAC kannn kein Phasenabschnitt'.^^

Simpel schrieb:
> Wenn du den Dimmer inline (2-Punkt-Schaltung), wie bei einem
> Lichtschalter einsetzen willst, hast du nur den Laststrang.

Das größere Problem: Man kommt nie auf 100%, weil ja noch die Versorgung 
des µCs in der Reihenschaltung 'abgezweigt' werden müsste. Also wird es 
eine 3-Punkt-Schaltung (L,N und Lastzweig).

> Vergiss also eine Sparvariante.

OK, aber welche Variante ist 'die kleinste Variante', die also noch die 
größte Chance hat, in das kleine Gehäuse zu passen?

Je größer das zulässige dU/dt ist, desto kleiner kann der Snubber sein, 
richtig? Dann könnte ich dU/dt als Entscheidungshilfe nehmen.

>> Wenn der µC den %-Wert dann langsam genug hoch fährt, dürfte
>> es doch auch bei kapazitiven Lasten kein Problem geben. …
> Mag sein, aber das Problem ist umfassender.

Ich habe nochmal nachgedacht: Soft-Start hilft bei kapazitiven Lasten 
m.E. doch nicht. Was meinst Du mit "das Problem ist umfassender"?

Nochmal zu: 'Bei ❺ sind die Verluste immer größer als bei ❸':^^
>> Ist meine Denkweise korrekt?
> Nö.

Die Body-Diode verheizt 1.2V, eine Gleichrichter-Brücke ca. 2.8V, wenn 
pro Diode 1,4V abfallen. Was ist daran falsch?

Also nochmal: Es sollen wahlweise 12V-Halogen-Lampen hinter einem 
klassischen Trafo, eine 230V-LED-Lampe mit Kondensator-Netzteil oder ein 
Schaltnetzteil gedimmt werden können, auch alles parallel. In eine 
'Umbauphase' sind unterschiedliche Leuchtmittel in einer Lampe und 
manchmal ist der eine Umbau noch nicht zuende, wenn der nächse bereits 
begonnen hat.

Ich habe nun verstanden:

    Antisereille IGBTs ❷ sind die einzige vernünftige Lösung
    für einen Mainstream-Universaldimmer. Richtig?

    Dann muss man nur noch die IGBTs mit dem größten dU/dt suchen.

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Autor: PeterL (Gast)
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Universaldimmer wirds eh bald keine mehr geben.
Ich war am Montag im EMV Labor mit einer Steuerung mit 2x750Watt Dimmern 
(für ohmsche Lasten).
Trotz "riesiger" 7,3mH Drosseln gerade so geschafft (Oberwellen)

Autor: Torsten C. (torsten_c) Benutzerseite
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PeterL schrieb:
> Universaldimmer wirds eh bald keine mehr geben.

Aber die Bauteile dafür. ;-) :-p

(Zwinkern bitte nicht übersehen!)

Autor: Falk B. (falk)
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@ Torsten C. (torsten_c) Benutzerseite

>> Rechne doch einfach mal die Verluste bei deinem angepeilten Nennstrom
>> VOLLSTÄNDIG aus.

>Thermodynamik ist nicht so mein Spezialgebiet. Ich nehme mal an, dass
>ich in der Unterputzdose max. ca. 3..5 Watt los werde.

Du sollst nicht jammern sondern rechnen! Und zwar erstmal die 
thermischen verluste der Halbleiter. Ob man das dann kühlen kann oder 
nicht, ist eine andere Frage.

>Ich dachte, es sei durchaus ein Problem des Dimmers, weil er bei einer
>Kapazitiven Last kein PhasenANschnitt machen darf. Stimmt das denn
>nicht?

Doch das stimmt. Denn was passiert, wenn man eine kapazitive Last 
knallhart mit einem Spannungssprung beaufschlagt? BOOOOM!

>Wie MaWin schrieb: 'Ein TRIAC kannn kein Phasenabschnitt'.^^

Logisch, weil der nicht aktiv ausschalten kann.

>> Vergiss also eine Sparvariante.

>OK, aber welche Variante ist 'die kleinste Variante', die also noch die
>größte Chance hat, in das kleine Gehäuse zu passen?

Keine Ahnung, ich bein kein Dimmerexperte.

>Je größer das zulässige dU/dt ist, desto kleiner kann der Snubber sein,
>richtig?

Ja, aber das allein ist es nicht. Man braucht einen Überspannungsschutz, 
mindestens einen Varistor.

>Ich habe nochmal nachgedacht: Soft-Start hilft bei kapazitiven Lasten
>m.E. doch nicht.

Nein, man braucht PhasenABschnitt.

> Was meinst Du mit "das Problem ist umfassender"?

Es gibt noch mehr Dinge zu beachten. Nein, die will ich hier jetzt nicht 
aufzählen.

>Die Body-Diode verheizt 1.2V, eine Gleichrichter-Brücke ca. 2.8V, wenn
>pro Diode 1,4V abfallen. Was ist daran falsch?

Jetzt verstehe ich, was du willst. Stimmt. Macht aber In Summe das Kraut 
nicht fett. Ausserdem vergleichst du gern Äpfel mit Birnen, indem du nie 
klare Zahlen und Rahmenbedingungen nennst. Bei 1,6A hat eine normale 
Vollbrücke keine 2,8V Spannungsabfall, eher 2V.

>Also nochmal: Es sollen wahlweise 12V-Halogen-Lampen hinter einem
>klassischen Trafo, eine 230V-LED-Lampe mit Kondensator-Netzteil oder ein
>Schaltnetzteil gedimmt werden können, auch alles parallel.

Dann nimm einen normalen Dimmer aus dem baumarkt und sein glücklich.
Was willst du so großartig besser machen?

>    Antisereille IGBTs ❷ sind die einzige vernünftige Lösung
>    für einen Mainstream-Universaldimmer. Richtig?

Kann sein.

>    Dann muss man nur noch die IGBTs mit dem größten dU/dt suchen.

Wozu? Die verkraften schon ziemlich viel.

Autor: Torsten C. (torsten_c) Benutzerseite
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Falk Brunner schrieb:
> Ob man das dann kühlen kann oder nicht, ist eine andere Frage.

OK, wir drehen uns im Kreis. Was nützt mir die triviale Rechnung, wenn 
das Ergebnis die Vorgabe ist?

Die Formel kann man umformen und aus der möglichen Verlustleistung den 
erforderlichen maximalen IGBT-Spannungsabfall bestimmen und danach das 
Bauteil auswählen. Daher:
Hat jemand Erfahrung, um die machbare Verlustleistung in einer
Unterputz-Dose genauer abzuschätzen?

Falk Brunner schrieb:
> Dann nimm einen normalen Dimmer aus dem Baumarkt und sei glücklich.
> Was willst du so großartig besser machen?

Gar nichts! Aber:

* der ESP8266^^ passt nicht mehr in das Gehäuse vom Baumarkt-Dimmer,
* eine Variante mit Touch-Screen soll es auch noch geben und
* eine weitere Variante mit vier Tasten, drei davon frei programmierbar.

PS: Und 'Universaldimmer wirds bald keine mehr im Baumarkt geben.'^^ ;-)

@Falk (statt einer PN): Mit 'jammern' hat das rein gar nix zu tun. Das 
Diskussions-Niveau (Respekt, Wertschätzung und andere Tugenden) sollen 
hier bitte kein Thema werden. Also ausdrücklich: Danke für Deine 
Unterstützung!

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Autor: Torsten C. (torsten_c) Benutzerseite
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Torsten C. schrieb:
> Dann muss man nur noch die IGBTs mit dem größten dU/dt suchen.
OK, die IGBTs verkraften alle schon ziemlich viel.
Trotzdem brauche nochmal Hilfe:

Z.B. Beim FGD3N60UNDF: dI_F/dt = 200A/μs

Also kein dU/dt sondern dI/dt?!

Wie kann man denn damit das erforderliche Volumen für Snubber 
vergleichen?

Mal U und mal I? Ich blicke da heute Abend nicht mehr durch!

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Autor: Peter D. (peda)
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Wie schon gesagt, dem Dimmer ist es wurscht, ob LED oder Glühobst.
Der Trick ist, Du brauchst eine dimmbare LED:

http://www.elektronikpraxis.vogel.de/themen/hardwareentwicklung/powermanagement/stromversorgung/articles/377381/

Eine normale LED mit Vorschaltkondensator geht nicht!
Durch den Phasenanschnitt hast Du riesige Spannungssprünge, d.h. hinter 
dem Kondensator riesige Stromspitzen, die Dir die LEDs schnell killen.
Ein Kondensatornetzteil funktioniert nur an Sinusspannung.

Nimm nen Triac-Dimmer und gut.

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Autor: Torsten C. (torsten_c) Benutzerseite
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Dass man eine dimmbare LED-Lampe braucht, ist selbstredend.
Ich habe - wie gesagt - die vom Aldi.

Peter, ich glaube, jetzt habe ich verstanden, was Du meinst: Die 
Aldi-Lampe ist keine kapazitive Last, weil 'dimmbar' drauf steht.

Richtig?

Peter Dannegger schrieb:
> Nimm nen Triac-Dimmer und gut.

Aber wir wollen - wie gesagt - vorzugsweise einen Universaldimmer 
bauen, den man auch vor vorhandene Halogenlampen-Trafos schalten kann. 
Zumindest, wenn das

a) nicht unbezahlbar^^ ist und
b) in dem Unterputz-Gehäuse^^ unterzubringen ist.

Falls mit dem Umstieg auf den ESP8266-Dimmer Neuanschaffungen verbunden 
sind, wird der neue Dimmer unattraktiv. Und bei dem Certaline [1] z.B. 
steht leider explizit 'Dimmbar mit PhasenABschnittdimmern'.

Ich bin noch dabei, IGBT-Datenblätter zu wälzen. Ich hoffe, dass unter 
einer IGBT-Dimmer-Stückliste nur 1..2€ mehr stehen als unter der von 
einem vergleichbaren Triac-Dimmer.

Zwei verschiedene Geräte zu entwickeln wäre bei einem geringen 
Preisunterschied nicht sinnvoll.

Hat jemand einen IGBT-Tipp?

Ich suche währenddessen mal weiter.

[1]
http://www.elv.de/philips-certaline-halogenlampen-trafo-20-60-va-dimmbar.html

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Autor: Peter D. (peda)
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Warum müssen die immer so dreist lügen?
Da steht 4W/280lm entspricht 42W.
Suche ich bei Amazon nach echtem Glühobst, steht da aber 40W/415lm.
Ist aber beruhigend zu wissen, daß Amazon die immer noch anbietet.

Autor: Torsten C. (torsten_c) Benutzerseite
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http://www.amazon.de/HomeMatic-68-103680-Funk-Unterputz-Dimmer-Komplettbausatz/dp/B008C1LQQQ

^^ Dieser Abschnittdimmer-Bausatz kann 180VA und kostet 39,95€.

Ich würde die PCBs mit 'Open Source And Get 2 More Additional Boards' 
ordern und z.B. einen Reichelt- oder Mouser-Warenkorb dafür verlinken:

http://imall.iteadstudio.com/open-pcb/pcb-prototyping/im120418001.html

Ich hoffe, mit Eurer Unterstützung auf 10..15€ zu kommen und vielleicht 
auf 350VA.

     ... und natürlich mit ESP8266 statt mit 'HomeMatic'!

Falls wir abstrippen oder teurer werdrn müssen, ist das halt so. Ich 
kann die von Falk geforderten 'harten Vorgaben' nicht machen, weil es 
darum geht, den besten Komromiss zu finden.

Größte Sorgen macht mir das kleine 2€-Gehäuse. Aber 'Maurer-Arbeiten' 
für größere Löcher in den Wänden würden das 'Produkt' auch unattraktiv 
machen.

> Hier ein Bild davon:
> http://www.mikrocontroller.net/attachment/44159/Foto_004.jpg

: Bearbeitet durch User
Autor: Torsten C. (torsten_c) Benutzerseite
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Varistor oder TVS-Diode?
¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯
1. Je eine unidirektionale TVS-Diode, z.B. 1.5KE350A parallel zu
   jedem IGBT/MOSFET würde zusätzlich die Body-Diode schützen, ein
   Varistor nicht.

2. Eine TVS-Diode ist kleiner (Platz-Problem im Gehäuse^^)

Das Problem, dass die kleinere TVS-Diode leider nicht so viel Energie 
aufnehmen kann, kann man lösen, indem man den IGBT oder MOSFET als 
Crowbar (Klemmschaltung) beschaltet. Oder?


Wie dimensioniere ich die Snubber-Kondensatoren?
¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯
Durch eine unbegrenzte Spannungsanstiegs-Geschwindigkeit kann ein IGBT 
zerstört werden. Bei MOSFETs führt der Spannungsanstieg zu unsauberem 
Ausschaltverhalten und erhöhten Schaltverlusten.

Bei den IGBTs finde ich kaum Angaben zu
'Maximum Collector-to-Emitter dv/dt'.
Beim TIG065E8 habe ich was gefunden: 0.4V/ns.

Für den MOSFET FQPF11N40C ist eine
'Peak Diode Recovery dv/dt'
von 4.5 V/ns angegeben.

Heißt das, dass MOSFETs robuster sind und ich einen viel kleineren 
(Platz sparenderen) Snubber-Kondensator nehmen kann?


Nochmal zum Hochvolt-MOSFET oder IGBT:
¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯
Falk Brunner schrieb:
> Ja, man kann auch Hochvolt-MOSFETs nutzen, aber
> die haben im Vergleich zu einem IGBT noch mehr Spannungsabfall

Ich gehe mal davon aus, dass ich bis zu 3W Verlustleistung im 
Unterputz-Gehäuse los werde. Bei dem FQPF11N40C z.B. wären das 1.6V und 
1.9A, der Dimmer hätte damit 427VA. Das wäre mehr als genug.

Einen MOSFET kann man im leitenden Zustand gut als Shunt zur 
Strom-Messung benutzen, da sich R_DS,on nahezu linear verhält. Bei IGBTs 
ist die Kollektor-Emitterspannung über weite Bereiche fast unverändert.

Vorteil beim MOSFET: Ein Überstrom ließe sich gut erkennen und man 
könnte den MOSFET schnell abschalten, bevor die Sicherung durch brennt. 
Auch ein 'Soft start' mit Strombegrenzung wäre trivial.

Vorteil beim IGBT: Die Flanke am Strom-Nulldurchgang ist steiler, der 
Zeitpunkt läßt sich genauer bestimmen.

FAZIT: Falls beim MOSFET ein kleinerer Snubber-Kondensator reicht, würde 
ich zu Hochvolt-MOSFETs tendieren, denn Platz ist das größte Problem.

Wie seht Ihr das?

: Bearbeitet durch User
Autor: PeterL (Gast)
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vergiss nicht die 2x 0,7V Spannungsabfall am Gleichrichter * 1,9A kommen 
also noch 2,7Watt dazu

Autor: Torsten C. (torsten_c) Benutzerseite
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PeterL schrieb:
> kommen also noch 2,7Watt dazu

Danke sehr aufmerksam, Peter. :-) Da hatte ich ein Denkfehler, leider 
bestimmt nicht den einzigen. ;-) Manchmal finde ich sie auch selbt, für 
die übrigen brauche ich EUCH!
                        ¯¯¯¯
Deine Anmerkung bezieht sich auf ❺ (MOSFET + Gleichrichter), ich hatte 
jedoch mit ❸ (zwei antiparallele MOSFETs) gerechnet. Trotzdem:

Es gibt weitere 2,24W Verlustleistung in der Drain-Source Diode des 
zweiten MOSFETs.

Im Unterputz-Gehäuse fallen im Betrieb damit maximal 5,24 Watt 
Verlustleistung an. Vielleicht geht das noch. Niemand hat bisher 
Erfahrungswerte beigesteuert; und im Internet habe ich auch keine 
gefunden.

BTW: Ich habe die Idee mit der Crowbar^^ mal genauer durchdacht. 
Ergebnis:

Ohne Kenntnis über die Dauer und die Höhe der Spannungsspitzen kann man 
nicht entscheiden, ob der MOSFET bei dem Versuch, die TVS-Diode zu 
schützen, am Leben bleibt, oder ob man damit eher den MOSFET zerstört.

Anbei die Kennlinie einer 5x20-Sicherung von 'schukat.com'. Die 5x20 
müsste ja immer vor der TVS-Diode und dem MOSFET durchbrennen. Aber 
das kann man afaik nicht sicher setellen.

Eine TVS-Diode ist schneller als ein Varistor. Dass die TVS-Diode immer 
heil bleibt, wäre aber auch dann nicht sicher, wenn man einen Varistor 
zur TVS-Diode parallel schalten würde.

FAZIT: Eine billige TVS-Diode soll den teuren MOSFET schützen. Falls die 
TVS-Diode durch eine Spannungsspitze dauer-leitend wird, müssen halt 
zwei Teile ausgewechselt werden: Die 5x20 und die TVS-Diode.

Der Preisunterschied ist aber gar nicht so riesig, dass sich eine 5x20 
Sicherung überhaupt lohnt.

Fragen:
¯¯¯¯¯¯¯
a) Sind MOSFETs robuster als IGBTs und kann man bei MOSFETS einen
   viel kleineren Snubber-Kondensator nehmen?

b) Welche maximale Verlustleistung kann man in einer Unterputz-Dose
   ansetzen?

Falk Brunner schrieb:
> Es hat schon seinen Grund, warum bei Spannung über 250V
> die IGBTs dominieren.

Kennt Ihr das?
http://www.coundlumbus.de/board-blog/45-experimente/115-alles-bananen-das-affen-experiment-und-was-das-mit-innovation-zu-tun-hat-affen-bananen-experiment.html

Deshalb frage ich so oft nach dem 'Warum?'. Ich bewahre mir die Neugier 
sowie meine Lust auf neue Ideen und mache mich, wenn es sein muss auch 
zum Affen. ;-)

: Bearbeitet durch User
Autor: Blue Ranger (Gast)
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> Deshalb frage ich so oft nach dem 'Warum?'. Ich bewahre mir die Neugier
> sowie meine Lust auf neue Ideen und mache mich, wenn es sein muss auch
> zum Affen. ;-)

Genau! Du machst dich zum Affen. Lange Beiträge angefüllt mit Geschwätz.

Autor: Falk B. (falk)
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@ Torsten C. (torsten_c) Benutzerseite

>http://www.coundlumbus.de/board-blog/45-experiment...

>Deshalb frage ich so oft nach dem 'Warum?'.

Warum ist die Banane krumm?

> Ich bewahre mir die Neugier
>sowie meine Lust auf neue Ideen und mache mich, wenn es sein muss auch
>zum Affen. ;-)

Andere Leute haben eben schon das Wissen. "There is no such thing as 
free lunch". Und wenn ich sage Wissen, dann meine ich Wissen, nicht 
Konditionierung.

Autor: r_u_d_i (Gast)
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Falk Brunner schrieb:
> @ Torsten C. (torsten_c) Benutzerseite
>
>>http://www.coundlumbus.de/board-blog/45-experiment...
>
>>Deshalb frage ich so oft nach dem 'Warum?'.
>
> Warum ist die Banane krumm?

Weil keiner in den Urwald zog
und sie gerade bog


Ich finde Torsten macht einen guten Job.
Er ist zwar etwas alleinunterhaltend -
aber er bedenkt alle möglichen Faktoren
die in Frage kommen könnten und macht den Anreiz public
wer etwas dazu weiss oder noch besser - besser weiss
könnte da ja mitmachen um das Thema und das Vorhaben
bestmöglichst umzusetzen und ein interessantes Thema wird zum Dialog
und vieleicht zum Produkt mit Erfolgaussicht


Wer fragen stellt - bekommt Antworten.
Das mach ich nicht anders - eine Fangemeinde habe ich nicht -
aber vereinzelt kommen Antworten mit denen man wieder weiter kommt.
..

>
>> Ich bewahre mir die Neugier
>>sowie meine Lust auf neue Ideen und mache mich, wenn es sein muss auch
>>zum Affen. ;-)

> Andere Leute haben eben schon das Wissen. "There is no such thing as
> free lunch". Und wenn ich sage Wissen, dann meine ich Wissen, nicht
> Konditionierung.


dann wäre es doch schön, wenn die anderen das Wissen teilen würden

- Was ist "Konditionierung" - ist das ein in monolog geführte 
revueartige show-Synthese? oder eher Tiefgang mit Faktorensortierung und 
neue Wege?

Wenn alles in der Welt so perfekt wäre wie operante Konditionierung,
dann bräuchte man keine Forschung mehr - man könnte auf diese 
Verzichten,
denn, wie du sagst, andere Leute haben eben schon das Wissen. Das macht 
sie aber ganz einsam und rar - ich sehe keinen ausser Torsten der 
Instrumentell daran arbeitet.


Meine 5ct

Mach weiter Torsten!
Ich such auch einen.

rudi ;-)

btw
Es gibt rechteckicke Schalterunterputzdosen,
aus der kaiser serie z.b. Nr 1069

google: kaiser 1069

http://www.kaiser-elektro.de/catalogue/catalogue.do?act=showIO&forward=showProduct&oid=C36CE7785800C67609CECED80FAE4065

Autor: PeterL (Gast)
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die maximale im Gehäuse zu verbratende Leistung wird dir aber niemand 
sagen können.
Der Dimmer könnte im Dachboden bei 50°C Umgebungstemperatur in einer mit 
Mineralfaser gedämmten Wand eingebaut sein, oder im Keller in einer 
Massivbetonwand.
Darum musst du selbst einen Versuchsaufbau (Worst Case) machen, und das 
Ding  solange (mit unterschiedlichen Leistungen) beheizen, bis sich ein 
thermisches Gleichgewicht (da würde ich 80°C annehmen) einstellt.

Autor: Torsten C. (torsten_c) Benutzerseite
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Falk Brunner schrieb:
> Andere Leute haben eben schon das Wissen. "There is no such thing as
> free lunch".

Ich auch, ich will Euch nur veräppeln. ;-) (!)

Eine Buch-Empfehlung oder ein Link wären auch schon hilfreich. Sonst 
bleiben ja kaum noch sinnvolle Themen für so ein Forum wie dieses, außer 
sich gegenseitig anzupaulen. ;-)

Ich habe einen Link inzwischen selbst gefunden, von WON-SEOK KANG:
http://www.electronicproducts.com/Discrete_Semiconductors/Transistors_Diodes/Competitive_analysis_of_MOSFET_and_IGBT_in_a_400-W_phase-cut_dimmer.aspx

> Und wenn ich sage Wissen, dann meine ich Wissen, nicht
> Konditionierung.

Das mit den Affen war Konditionierung, stimmt. Ich wollte damit sagen, 
dass es auch manche weit verbreitete 'Wahrheiten' gibt, die sich lange 
halten, auch wenn sie inzwischen gar nicht mehr 'immer' wahr sind. Auch 
'Wissen' hat eine 'Halbwertszeit'.

WON-SEOK KANG^^ schreibt:
> The 15-A 600-V IGBT runs hotter than MOSFETs as expected.

Es hängt also vom Einzelfall ab und pauschal kann man offenbar doch 
nicht sagen: "Es hat schon seinen Grund, warum bei Spannung über 250V 
die IGBTs dominieren."

Aber ich habe am Wochenende viele Beispiele durchgerechnet. Die 
Unterschiede sind marginal. Eine Erkenntnis daraus war noch:

Die Vorwärtsspannung der integrierten Source-Drain-Diode ist bei ❷^^ ein 
mindestens genau so wichtiger Faktor wie U_CE(sat) bzw. R_DS(on). 
Eventuell lohnt es sich, noch eine weitere Diode parallel zu schalten, 
auch wenn schon eine eingebaut ist.

PeterL schrieb:
> die maximale im Gehäuse zu verbratende Leistung wird dir aber niemand
> sagen können.

Wieviel verbraten Baumarkt-Dimmer? Z.B. welche, die für Montage in einer 
mit Mineralfaser gedämmten Wand geeingnet sind? Ich habe über Google 
nichts gefunden. Vielleicht hat ja doch jemand Erfahrungswerte?

Weil beim Triac das Netzteil einfacher ist und man ohne Opptokoppler 
auskommt, vertage ich das Thema 'Universaldimmer' etwas und decke die 
dringendsten Stellen im Haushalt zunächst mit Triacs (❶^^) ab:

https://www-user.tu-chemnitz.de/~heha/Mikrocontroller/Phasenanschnitt%20netzverbunden.htm

So eine Beispiel-Schaltung habe ich für IGBTs (❷ oder ❹^^) noch nicht 
gefunden. Und wenn, dann nur als 2-Punkt-Lösung, die ja bekanntlich 
nicht bis 100% dimmen kann, weil sie sich dann selbst 'den Saft 
abdrehen' würde.

Wenn ich in Google nach <<"3 punkt" igbt dimmer>> suche, lande ich 
wieder hier. Ein paar 'Anregungen' würde ich mir gern holen, dann müsste 
ich nicht so viel Aufwand in Experimente stecken.

r_u_d_i schrieb:
> rechteckicke Schalterunterputzdosen

Die würden Maurerarbeiten^^ bedeuten, trotzdem danke.

: Bearbeitet durch User
Autor: Torsten C. (torsten_c) Benutzerseite
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Hallo zusammen,

mit der Triac-Variante komme ich voran, aber beim IGBT-Dimmer hapert es 
noch etwas:

Um bie beiden 'antiseriellen' IGBTs (IGBT1/IGBT2) anzusteuern, benötige 
ich zwei Spannungsversorgungen (Driver Supply Voltage, VDDA / VDDB, 
roter Kringel). Wie realisiert man die am besten, also am einfachsten?

Im Bild wird als Bispiel ein Si8235 verwendet, siehe
https://www.mikrocontroller.net/topic/366291

VDDI (grüner Kringel) werde ich wohl aus einem einfachen Flyback-Wandler 
erzeugen:
https://www.mikrocontroller.net/attachment/248427/usbWallCharger.jpg
Man kann die natürlich auch selbstbauen oder teuere Module nehmen.

Im Moment fällt mir nichts schlaueres ein, als zwei weitere 
Flyback-Wandler zu nutzen, modifiziert für eine 'Driver Supply Voltage' 
von ca. 15V.

Aber dann habe ich 3 Flyback-Wandler im Dimmer, für VDDI, VDDA und VDDB!

OK, es reichen auch zwei Wandler und VDDI kann ich aus VDDB erzeugen.

Wie würdet Ihr VDDA und VDDB erzeugen?

: Bearbeitet durch User
Autor: Falk B. (falk)
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@ Torsten C. (torsten_c) Benutzerseite

>ich zwei Spannungsversorgungen (Driver Supply Voltage, VDDA / VDDB,
>roter Kringel). Wie realisiert man die am besten, also am einfachsten?

Warum zwei? Eine reicht doch, die beiden IGBTs liegen doch auf dem 
gleichen Emitterpotential. Man kan die beiden VDDA/B und GNDA/B 
verbinden.
Man braucht natürlich eine galvanisch getrennte Stromversorgung. Oder 
noch besser, man macht es clever mit Pulsübertragern! Been there, done 
that!

Beitrag "Re: +-150V mit 1kHz schalten"

Beitrag "Re: 8x NMOS galvanisch getrennt schalten"

Autor: novski (Gast)
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@Torsten C. - Hast du mittlerweile eine Schaltung die ich nachbauen 
kann?

Autor: Torsten C. (torsten_c) Benutzerseite
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novski schrieb:
> Hast du mittlerweile eine Schaltung die ich nachbauen
> kann?

Nachbauen?: Mitbauen würde schneller gehen.
            ¯¯¯
Schaltung?: Ja und nein.

Für das PCB in der Triac-ANschnitt-Version habe ich die Versorgung und 
den Triac-Teil in Eagle fast fertig (Bild).

Vor ein paar Tagen habe ich das erste mal bei OSH-Park bestellt:
https://oshpark.com/shared_projects/IzIon5FM (anderes Projekt)
Daraufhin habe ich heute mal durchgerechnet (ITead, Platinensammler, 
OSH-Park, ...)

Heute kam mir die Idee, diese beiden 'fertegen' Teile bei OSH-Park als 
PCB zu bestellen und den Mittelteil (MCU, ESP…, NRF…, ...) zunächst als 
Lochraster dazwischen zu entwickeln. Das ist billig und ich komme voran!

Mit 'Nachbauen' würde ich warten, bis alles getestet ist.

Falk B. schrieb:
> Oder noch besser, man macht es clever mit Pulsübertragern!

Danke, Falk! :-)

Für das PCB in der IGBT-PhasenABschnitt-Version sind vor ein paar Tagen 
(Poststreik?) auch die Teile aus China gekommen.

: Bearbeitet durch User
Autor: Kai (Gast)
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Und wie siehts bisher aus?
Gibts neues dazu?

Autor: Torsten C. (torsten_c) Benutzerseite
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Kai schrieb:
> Gibts neues dazu?

Danke der Nachfrage und gib mir noch 4 Wochen! Eure Nachfragen (novski 
und Kai) haben mir geholfen, meine eigenen Gedanken nochmal zu sortieren 
und mich mit der Family abzustimmen.

MQTT auf dem ESP8266 läuft inzwischen wunderbar.
Ich hätte nicht gedacht, dass das so schnell und einfach geht.

Andere Randbedingungen und neue Erkenntnisse ergeben sich oft 
unverhofft.
Sorry, neue Roadmap:

① MQTT ↔ FS20 mit RFM69+ESP: Meine Familie meint, die vorhandenen
   FS20-FunkDimmer, FS20-FunkSchalter und FS20-Sender müssen in der
   Übergangsphase weiter funktionieren.

② Wohnzimmer-Beleuchtung (WS2812 + FD9802C) über ESP: Meine Familie
   meint, mache erstmal was fertig (vor allem im Wohnimmer), bevor Du
   neue Baustellen aufmachst.

③ Bedienelemente mit ESP8266 + MQTT, um FS20-Sender ersetzen zu können.

④ FunkSchalter mit ESP, um den Pollin-433MHz-Kram zu entsorgen: Nix
   Neues und schnell umsetzbar. Dabei fliegen auch die aktuell
   installierten FS20-Schalter raus!

Erst dann kommt:

⑤ Triac-ANschnitt-Version mit ESP: Das PCB für Triac + 5V-Versorgung
   bekomme ich zwischendurch sicherlich fertig. Gebt mir noch 4 Wochen.
   Damit kann man den ESP8266-Dimmer zumindest ordentlich weiter
   entwickeln.

⑥ Universaldimmer-Version mit ESP: Voraussetzung, um das alte
   "Glühobst" Stück für Stück durch billige (eigentlich nicht dimmbare)
   LED-Lampen zu ersetzen. Dabei fliegen auch die aktuell installierten
   FS20- und 433MHz-Dimmer raus!

Mein Chef sagt: Ungeduld ist eine Tugend. Ich bin jedoch überwiegend 
"fremdgesteuert" und muss alles neben Beruf und Familie umsetzen und 
richtig priorisieren.

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