Leading/trailing-edge dimming
Met de FL5150 van Fairchild kunt u op een heel eenvoudige manier een lampdimmer samenstellen die u kunt omschakelen van leading-edge dimming naar trailing-edge dimming. Het verschil tussen beide dimprincipes is geschetst in de onderstaande figuur. Leading-edge dimming is het bekende 'ouderwetse' principe dat in alle goedkope dimmers die met een triac werken wordt toegepast. Ideaal voor het dimmen van gloeilampen en halogeen spot's, niet zo goed bruikbaar voor het dimmen van LED-lampen. Daarvoor moet u gebruik maken van trailing-edge dimming.
Een leading-edge dimmer kan heel eenvoudig door iedere elektronicus worden ontworpen. Dat ligt bij trailing-edge dimmers echter heel wat moeilijker. Maar met het ontwikkelen van de FL5150, die spotgoedkoop is, heeft Fairchild het mogelijk gemaakt om op een heel eenvoudige manier zélf een omschakelbare dimmer te ontwerpen.
 |
| Het verschil tussen leading- en trailing-edge dimming. (© 2020 Jos Verstraten) |
Waar te koop?
In Nederland kunt u dit IC onder andere kopen bij Mouser en Farnell voor een prijs rond één euro.
Kennismaking met de FL5150
Dit IC bevat alle noodzakelijke elektronica voor het aansturen van de twee in serie geschakelde MOSFET's die voor het trailing-edge principe noodzakelijk zijn. De schakeling wordt rechtstreeks uit de 230 V netspanning gevoed. U kunt het dim-percentage instellen door middel van een op het IC aangesloten potentiometer of door een stuurspanning tot 2,5 Vdc. De openingshoek van de MOSFET's kan geregeld worden tussen 0 % en 95 %, zodat in de maximale stand vrijwel de volledige netspanning over de lampen komt te staan. De schakeling bevat overtemperatuur en overstroom beveiligingen. Door middel van een enkelpolige omschakelaar kunt u omschakelen tussen beide dim-principes.
Als de stuuringang op 0 V staat gaat het IC over in een low-power status waarbij het eigen verbruik wordt gereduceerd tot typisch 100 mW. De openingshoek van de MOSFET's wordt ingesteld in 226 stappen via een acht bit brede ADC. De schakeling maakt gebruik van 'smooth dimming' waarbij de overgang van 0 % naar 95 % in ongeveer één seconde verloopt.
Het intern blokschema van de FL5150
Het intern blokschema van dit IC is getekend in de onderstaande figuur. De schakeling bevat een 17 V shunt-regulator, een 5 V lineaire stabilisator, een 8 bit ADC, een comparator die de nuldoorgang van de netspanning detecteert, digitale logica en de besturing voor de gates van de MOSFET's.
Functie van de pennen
Voorbeeldschakeling
In de onderstaande figuur is het door de fabrikant voorgeschreven schema rond de FL5150 getekend. De voeding voor het IC wordt op de volgende manier gegenereerd. De twee dioden D1 en D2 vormen met de twee dioden in de MOSFET's een bruggelijkrichter. De negatieve uitgang van deze brug gaat naar de GND van het IC. De positieve uitgangsspanning van deze brug wordt aangeboden aan de weerstanden R6 en R7. Als de dimmer actief is geleidt T3 en wordt de gelijkgerichte netspanning via R7 en de geleidende transistor aan de VS pen aangeboden en afgevlakt met C3. Staat de DIM Control aan de massa, dan wordt de Low Power pen gelijk aan VS. De transistor T3 spert en de gelijkgerichte spanning wordt nu via de hoogohmige weerstand R6 en de basis/emitter-overgang van T3 aan VS aangeboden. Het IC komt hierdoor in de low-power modus.
Transistor T3 moet een hoogspanning type zijn met een collector/emitter sperspanning van 400 V en een basis-collector sperspanning van 500 V. De KSP44 is een ideale transistor op deze plaats en dit type is goed verkrijgbaar, onder andere bij Reichelt.
In Nederland kunt u dit IC onder andere kopen bij Mouser en Farnell voor een prijs rond één euro.
Kennismaking met de FL5150
Dit IC bevat alle noodzakelijke elektronica voor het aansturen van de twee in serie geschakelde MOSFET's die voor het trailing-edge principe noodzakelijk zijn. De schakeling wordt rechtstreeks uit de 230 V netspanning gevoed. U kunt het dim-percentage instellen door middel van een op het IC aangesloten potentiometer of door een stuurspanning tot 2,5 Vdc. De openingshoek van de MOSFET's kan geregeld worden tussen 0 % en 95 %, zodat in de maximale stand vrijwel de volledige netspanning over de lampen komt te staan. De schakeling bevat overtemperatuur en overstroom beveiligingen. Door middel van een enkelpolige omschakelaar kunt u omschakelen tussen beide dim-principes.
Als de stuuringang op 0 V staat gaat het IC over in een low-power status waarbij het eigen verbruik wordt gereduceerd tot typisch 100 mW. De openingshoek van de MOSFET's wordt ingesteld in 226 stappen via een acht bit brede ADC. De schakeling maakt gebruik van 'smooth dimming' waarbij de overgang van 0 % naar 95 % in ongeveer één seconde verloopt.
Het intern blokschema van de FL5150
Het intern blokschema van dit IC is getekend in de onderstaande figuur. De schakeling bevat een 17 V shunt-regulator, een 5 V lineaire stabilisator, een 8 bit ADC, een comparator die de nuldoorgang van de netspanning detecteert, digitale logica en de besturing voor de gates van de MOSFET's.
 |
| Het intern blokschema van de FL5150. (© 2016 Fairchild) |
Functie van de pennen
- ZC Monitor (1):
Detecteert de nuldoorgang van de netspanning. Moet met een grote weerstand met de 'hete' ader van de netspanning worden verbonden. - DIM Control (2):
Dit is de analoge ingang van de acht bit ADC met een interne referentie van 2,5 V. Deze pen levert een stroom van 10 μA aan de op de pen aangesloten weerstand. Hieruit volgt dat de waarde van de maximale weerstand tussen deze pen en de massa 250 kΩ moet bedragen. Dan valt er immers 2,5 V over dit onderdeel en wordt de dimmer maximaal open gestuurd. U kunt deze ingang ook besturen met een laagohmige gelijkspanning tussen 0 V en 2,5 V. U moet er echter wél rekening mee houden dat deze ingang niet galvanisch is gescheiden van de netspanning. - VDD (3):
De intern gegenereerde 5 Vdc voedingsspanning voor de logica. Deze spanning moet met een condensator naar GND worden afgevlakt. - DIM Mode (4):
Aan de massa: trailing-edge modus, aan +5 V: leading-edge modus. De status van deze pen wordt opgevraagd bij het inschakelen van de dimmer (Power-On-Reset). De dimmer blijft in de geselecteerde modus werken tot er na de volgende Power-On-Reset eventueel een nieuwe status wordt ingelezen. - GND (5):
De interne massa van het IC. LET OP! Omdat de FL5150 rechtstreeks met het net is verbonden mag u deze pen uiteraard niet met een externe massa verbinden. Dat kan levensgevaarlijk zijn! - VS (6):
De interne gegenereerde 17 Vdc voedingsspanning voor het sturen van de gates van de externe MOSFET's. Deze spanning moet met een condensator naar GND worden afgevlakt. - Low Power(7):
Als DIM Control op 0 V staat zal deze pen naar VS worden getrokken door een interne PMOS transistor. Door een kleine externe schakeling, opgebouwd uit een transistor en een weerstand, kunt u in deze status het vermogensverbruik reduceren tot 100 mW. - OC Sense2 (8):
Meet via een externe weerstand de drainspanning van de bovenste MOSFET. - DRV Gate (9):
Bestuurt via een externe weerstand de gates van beide MOSFET's. - OC Sense1 (10):
Meet via een externe weerstand de drainspanning van de onderste MOSFET.
 |
| Aansluitgegevens van de FL5150. (© 2016 Fairchild) |
Voorbeeldschakeling
In de onderstaande figuur is het door de fabrikant voorgeschreven schema rond de FL5150 getekend. De voeding voor het IC wordt op de volgende manier gegenereerd. De twee dioden D1 en D2 vormen met de twee dioden in de MOSFET's een bruggelijkrichter. De negatieve uitgang van deze brug gaat naar de GND van het IC. De positieve uitgangsspanning van deze brug wordt aangeboden aan de weerstanden R6 en R7. Als de dimmer actief is geleidt T3 en wordt de gelijkgerichte netspanning via R7 en de geleidende transistor aan de VS pen aangeboden en afgevlakt met C3. Staat de DIM Control aan de massa, dan wordt de Low Power pen gelijk aan VS. De transistor T3 spert en de gelijkgerichte spanning wordt nu via de hoogohmige weerstand R6 en de basis/emitter-overgang van T3 aan VS aangeboden. Het IC komt hierdoor in de low-power modus.
Transistor T3 moet een hoogspanning type zijn met een collector/emitter sperspanning van 400 V en een basis-collector sperspanning van 500 V. De KSP44 is een ideale transistor op deze plaats en dit type is goed verkrijgbaar, onder andere bij Reichelt.
 |
| Standaard schakeling rond de FL5150. (© 2020 Jos Verstraten) |
Het voordeel van de schakeling is dat er geen nul-ader noodzakelijk is. U kunt de schakeling dus inbouwen in de standaard inbouwdoos waar de aan/uit-schakelaar van de lamp zat en aansluiten op de bruine fasedraad en zwarte schakeldraad die normaal aan de schakelaar zitten.
Velleman HPG1mk2 functiegenerator
