Dimmer für 12-V-Halogenlampe
Die bereits im ELO-Magazin
vorgestellte Zweipolige Blinkschaltung für Halogenlampe kann mit wenigen
Änderungen in eine Dimmerschaltung umgewandelt werden.
Was muss gegenüber der
Blinkschaltung geändert werden?
1. Anstelle
der Frequenzeinstellung muss eine Einstellung des Tastverhältnisses bei
annähernd konstant bleibender Frequenz realisiert werden. Die Einstellung des
Tastverhältnisses soll in weiten Grenzen erfolgen. Der Schalttransistor wird so
mit einem PWM-Signal angesteuert (PWM = Puls-Weiten-Modulation).
2. Die Frequenz muss soweit erhöht werden, dass
die Lampe nicht flimmert (f > 100 Hz).
Zur Funktionsweise der Schaltung
1. Im
Einschaltmoment ist der Kondensator C1 entladen und der Emitter von VT1 liegt
auf GND-Potenzial (Minuspol der Batterie). Die Basis von VT1 erhält durch den
Spannungsteiler R2/R3 ein positives Potential, VT1 ist gesperrt. Das Gate von
VT2 liegt über R4 auf GND, er ist ebenfalls gesperrt. Es fließt kein Strom im
Hauptstromkreis und die Lampe ist aus.
2. Der
Kondensator C1 wird über den „linken“ Teil des Potentiometers R1 und die Diode
VD1 aufgeladen. Sobald die Ladespannung (entspricht der Spannung am Emitter von
VT1) den Wert der Basisspannung um etwa 0,6 V überschritten hat, beginnt VT1 zu
leiten. Der Kollektorstrom von VT1 verursacht an R4 einen Spannungsabfall.
Sobald dieser Threshold-Spannung von VT2 erreicht hat, beginnt auch dieser zu
leiten. Es fließt nun ein Strom im Hauptstromkreis, wodurch die Spannung an den
Anschlüssen X1 und X2 des Blinkers zusammenbricht. Damit sinkt die
Basisspannung von VT1, was zu dessen weiteren Öffnung führt, so dass VT2
schließlich vollständig leitend wird. Die Lampe wird eingeschaltet.
3. Da
VT2 jetzt eingeschaltet ist, beträgt die Spannung zwischen X1 und X2 annähernd
Null (es verbleibt ein Spannungsabfall RDS(on) * ID , der
hier vernachlässigt werden kann). Damit wird auch die Basisspannung von VT1
Null. Da C1 zunächst noch geladen und der Emitter positiv gegenüber der Basis
ist, bleibt VT1 leitend. VT2 erhält weiterhin Basisstrom und ist eingeschaltet.
4. Jetzt
beginnt die Entladung von C1 sowohl über VD2, die „rechte“ Hälfte von R1 und
den (noch leitenden) Transistor VT2, als auch über den noch leitenden
Transistor VT1 und R4. So wird der Stromfluss im Hauptstromkreis noch aufrecht
erhalten.
5. Sobald
der Spannungsabfall an R4 die Threshold-Spannung von VT2 unterschreitet,
beginnt VT1 zu sperren. Die Spannung zwischen X1 und X2 steigt, wodurch auch
die Basisspannung von VT1 steigt, was wiederum die Sperrung von VT1 und VT2
beschleunigt. Die Lampe wird ausgeschaltet.
6. Der
Kondensator C1 ist nun nahezu entladen und der Vorgang beginnt wieder
entsprechend Pkt. 2.
Aus der Funktionsbeschreibung ist
ersichtlich, dass die „Ein-Zeit“ im wesenlichen (neben C1) von der „rechten
Hälfte“ des Potentiometers R1 abhängt, während die „linke Hälfte“ für die
„Aus-Zeit“ maßgeblich ist. Befindet sich also am Anschlag auf der Seite von
VD2, ist die „Ein-Zeit“ minimal, während die „Aus-Zeit“ ihren Maximalwert erreicht.
Die Lampe ist also dunkel. Dreht man das Potentiometer zum anderen Anschlag (an
VD1), sind die Verhältnisse genau umgekehrt, die Lampe erreicht ihre maximale
Helligkeit.
Der entscheidende Vorteil dieser
Schaltung gegenüber anderen Lösungen ist, dass der Stromkreis nur an einer
Stelle aufgetrennt werden muss, um die Dimmerelektronik anzuschließen. So kann
ein bereits vorhandener Schalter einfach durch die Dimmerschaltung ersetzt
werden. Der Schalter kann dabei auch bleiben, die Dimmerschaltung wird in Reihe
geschaltet. Besonders bei bereits installierten Anlagen kann diese Lösung von
Vorteil sein.
Für das Modul habe ich eine kleine Leiterplatte (70 mm x 32
mm) entworfen, die sämtliche Komponenten einschließlich Kühlkörper enthält.
Der Kühlkörper ist ein Typ für TO-220-Gehäuse mit den
Abmessungen 35 mm x 29 mm x 12 mm (Reichelt Elektronik Best.-Nr. V 4330K).
Das Potentiometer ist ein Typ für Printmontage, lineare
Kennlinie, Hersteller ALPS (Reichelt Elektronik Best.-Nr. RK09K111-LIN10K).
Für den MOSFET können auch andere Typen mit ähnlichen Daten
verwendet werden (der IRF640 war zufällig vorhanden).
Das Mustergerät ist für eine Halogenlampe 12 V / 20 W
vorgesehen. Für das Schalten größerer Leistung muss evtl. ein größerer Kühlkörper
vorgesehen werden.
Das Leiterplattenlayout kann als PDF-Datei im Maßstab 1:1
heruntergeladen und als Belichtungsvorlage verwendet werden. Natülich ist auch
der Aufbau auf einer Lochrasterplatine möglich, wobei die Layoutzeichnung als
Vorlage dienen kann:
1204_Dimmer_Layout.pdf
