LED Dimmer „Eldorado“
von Günther Zöppel
Vor
einiger Zeit erstand ich im Baumarkt meines Vertrauens eine LED-Kette
mit 100 LEDs, eine dazugehörige ca. 60 x 40x 15mm weiße
Plastikschachtel beherbergte die Elektronik, mit 230 V am normalen
Stromnetz betreibbar. Mittels Taster ließen sich nacheinander 8
verschiedene Programme abrufen, stilvoll namentlich in Englisch auf dem
Plasikkistchen vermerkt, die die 100 LEDs alle mehr oder weniger
hektisch in diversen Funkel-, Lauflicht- oder gesteuerten
Helligkeitseffekten flimmern ließen, was den Widerspruch meiner
besseren Hälfte auf den Plan rief. Einzig die schöne warme, ins
Gelbliche gehende Farbe der LEDs gefiel ihr, aber sie wären viel zu
hell. Ob ich da als Elektroniker was machen könnte?
Vom
Ehrgeiz gepackt, habe ich als erstes mal die Schaltung des Teiles
anhand der Leiterplatte aufgenommen. Oho, keinerlei Schutzschaltung
oder Sicherung bei Netzbetrieb, dazu noch solch dünne, nicht gerade
Vertrauen erweckende Silikonschlauchkabel an 230 V? Ansonsten war
nichts Spektakuläres in der Schaltung, die Stromversorgung ist wie oft
bei fernöstlichen Produkten so sparsam wie möglich ausgelegt, so dass
am µC etwa 5 V anlagen. Die Spannungsdifferenz zur gleichgerichteten
Netzspannung vernichtet der 156k-Widerstand, wegen des geringen
Betriebsstromes des µC reichte hier offenbar ein 0,1W-Exemplar.
Der
µC selbst liegt als Nacktchip epoxydharzvergossen auf einer
Minileiterplatte (Typenbezeichnung FW803-4) mit 10 Anschlüssen, welche
in einen Schlitz der übrigen Platine eingepasst und verlötet ist. Er
wird über einen 2M-Widerstand mit 50 Hz versorgt und gibt je nach
Programm Impulse bzw. statische Signale an zwei Vierschichtdioden
PCR406 ab, die dann die zwei ineinander reihenfolgemäßig
verschachtelten Ketten der angeschlossenen je 50 LEDs unabhängig
voneinander steuern, sodass u.a. auch lauflichtähnliche und in der
Helligkeit gesteuerte Effekte möglich sind.
Eigentlich
wollte ich die ganze Geschichte narrensicher umbauen, aber dabei ist
mir als gestandenem Elektroniker (Asche auf mein greises Haupt !!!) ein
unverzeihliches Missgeschick passiert – ich wollte nämlich mal
oszillografieren, was an den Ausgängen des µControllers so passiert und
habe vergessen, dass ich da galvanisch am 230V-Netz hänge und hatte den
Oszi nicht mittels Trenntrafo erdfrei gemacht. Experten ahnen sicher
schon, was folgte – die ganze Geschichte verabschiedete sich mit
gewaltigen Blitz und Donner in den Halbleiterhimmel. Auf der
Leiterplatte ist links unten noch sehr schön eine gesprengte
Vierschichtdiode PCR406 erkennbar. Der µC hatte an seinen
Stromversorgungsanschlüssen nun vollen Kurzschluss und
eine Graetzdiode war durchlässig wie ein Stück Draht. Zum Glück
waren die LED-Ketten heil geblieben, also blieb mir weiter nichts
übrig, als eine eigene Steuerung zu entwickeln, die betriebssicher ist
und auf den ganzen Funkel-Schnickschnack verzichtet. Einzig das zu
helle LED-Licht sollte auf Wunsch dimmbar sein. Rausgekommen ist
letztendlich folgende Schaltung:
Da
für die Dimmung das PWM-Prinzip verwendet werden sollte, aber der
Aufwand für einen Mikrorechner und die ganze Programmiererei zu hoch
erschien, weil ja nichts mehr mit Effekten flimmern und es auf Wunsch
der Frau auch zeitnah fertig sein sollte, habe ich das ganze mit
einem im Tastverhältnis einstellbaren astabilen Multivibrator gelöst,
der mit zwei Transistoren auskommt. Damit kann man die Helligkeit
kontinuierlich von Null bis Maximum regeln. Die etwas unsymmetrische
Wahl der Bauelemente an beiden Transistoren ist bewusst so getroffen
worden, damit wird die Änderung des Tastverhältnisses über den
Drehwinkel des Potis und damit die resultierende Helligkeit in etwa dem
Empfinden der kontinuierlichen Änderung angepasst. Dass sich
dabei auch die Frequenz des Multivibrators etwas ändert, ist hier ohne
Belang, da diese so hoch gewählt wurde (im kHz-Bereich), dass optisch
bei keiner Stellung des Potis ein Flackern der LEDs erkennbar ist. In
den Endstellungen des Potis wird Dauer-High bzw. Dauer-Low erzeugt.
Dazu muss bei einem eventuellen Nachbau der Wert von R103 angepasst
werden, je nach Stromverstärkung von T2 bzw.T3. Als Steuerelement wurde
ein FET P4NB80 (etwa = BUZ80) verwendet, der für die aus dem Netz
gleichgerichtete LED-Ketten-Steuerspannung spannungsfest genug ist. An
seinem Gate werden die vom Multivibrator erzeugten Rechteckimpulse über
einen Spannungsteiler als Ugs eingespeist. Dieser Teiler passt die Höhe
der für das problemlose Durchschalten des FET nötigen Steuerspannung
an, damit die Bedingungen für den FET im Rahmen des Datenblatts
bleiben. Dieser FET verträgt zwar eine Ugs von +/-30 V, aber bei
geringerer Ugs dauert das Umladen der Gatekapazität nicht so lange und
die Umschaltverluste bleiben innerhalb der Spezifikationen, also sehr
klein, so dass der FET ohne Kühlkörper auskommt.
Beide
Ketten von je 50 LEDs wurden parallel an die gleiche Stelle
angeschlossen, da alle LEDs gleichzeitig leuchten sollen. Ansonsten
erklärt sich die Schaltung von selbst, sie wurde in ein sicheres
Gehäuse eingebaut und VDE-gerecht an das Netz fest angeschlossen. Alle
Bauteile waren in meiner Bastelkiste vorhanden – so kostete das Projekt
nur Zeit und kein Geld…
Ich
spendierte der LED-Kette einen selbstgebauten Rahmen aus gehobelten und
gebeizten Dachlatten mit 100 Bohrungen zum Durchstecken der LEDs
– dort fand sich auf Wunsch auch noch Platz für die normale
Deckenleuchte und einige dekorative Elemente wie Fischernetze und von
der Enkelin gebastelte Plastikreliefs und hängt jetzt friedlich an
Zierketten an der Decke der Terrassenüberdachung.
Für einen
eventuellen Nachbau setze ich Kenntnisse der VDE-Vorschriften und der
Leistungselektronik voraus, man arbeitet ja hier am nicht ganz
ungefährlichen 230V-Netz.
Taufe :
Da meiner werten Gattin
das Ding jetzt gefällt, hat sie zur Einweihung eine Flasche Taufwasser
ausgegeben, und in der Prozedur wurde das Teil bei romantisch gedimmter
Terrassenbeleuchtung auf den Namen „ELDORADO“ getauft (Elektronischer
LED Dimmer Ohne Rechner Aufgebaut Durch Oldtimebauteile). Für mich als
Elektroniker ist nun trotz aller aufgetretenen Missgeschicke der WAF
(Womens Acceptance Faktor) um einige Punkte auf der nach oben
offenen Skala gestiegen ;-)
Günther Zöppel
Pockau, September 2015
