360 Watt PWM-Dimmer mit dem NE555

Einleitung

Vor Jahren habe ich eine schon mal 40W Dimmer aufgebaut. Im Nachhinein würde ich natürlich einiges anders machen. Wie damals schon beschrieben z. B. ein MOS-FET wie den BUZ11 (lokale Kopie) verwenden.
Als vor ein paar Woche ein Webseiten-Besucher Fragen bezüglich des Aufbau hatte, habe ich dann auch den MOS-FET vorgeschlagen. Natürlich ist es nicht bei einem einfachen 1:1 Austausch von NPN-Transistor zu MOS-FET geblieben. (Design-) Fehler von dem alten Projekt haben sich hier und da gezeigt.
Nach ein wenig Entwicklungsarbeit per E-Mail und einem kleinen Testaufbau meinerseits (siehe oben) funktioniert der PWM-Dimmer des Besuchers nun wunderbar. Und damit eventuelle weitere Nachbau-Versuche nicht über die gleichen Probleme stolpern gibt es folgend die überarbeitete Version.

Schaltplan

Es gibt zwei große Änderungen gegenüber dem alten Dimmer. Dies ist offensichtlich der MOS-FET. Dadurch wird die Leistungsfähigkeit gesteigert und die Schaltung vereinfacht.
Die zweite Änderung ist die PWM-Frequenz. Eine Puls-Weiten-Modulation (pulse width modulation [PWM]) hat eine feste Frequenz und nur die AN-/AUS-Zeit bzw. der "duty-cycle" wird geändert. Bei dem alten Dimmer war ich noch unwissend und hatte eine sehr niedrige Frequenz (ca. 800 Hz) gewählt. Dies hat dazu geführt das auf niedriger Dimm-Stufe ein Flackern sichtbar wurde.
Hier ist die PWM-Frequenz nun über 20 kHz gewählt. Damit ist sie nicht nur schnell genug um sichtbares Flackern zu verhindern, sondern auch über dem hörbaren Frequenzbereich. Oft kann man bei billigen Schaltreglern oder großen Trafo-Anlagen ein Summen oder Pfeifen höhren. Damit der Dimmer nicht pfeift, wurde die Frequenz also entsprechend hoch gewählt.
Denn 3-4 kHz hätten auch als PWM-Frequenz ausgereicht um ein sichtbares Flackern zu verhindern, dabei wäre aber die Gefahr bestanden ein Pfeifen zu erzeugen. Bzw. bei meinem Testaufbau habe ich verschiedene Frequenzen ausprobiert und eben dieses Pfeifen gehört.

Schaltplan zum Vergrößern anklicken

Ein Hinweis: R5-1 und R5-2 sind ein Bauteil und stellen das Poti mit Schalter dar. Dadurch kann der Dimmer auch vollständig ausgeschaltet werden.

Bauteilliste

Im Reichelt Warenkorb sind jeweils drei warm-weiße und kalt-weiße LEDs abgespeichert.
Auch ist als Vorwiderstand nach der E24-Reihe von 62 Ohm ausgewählt.
Der LED-Strom reduziert sich dabei von 20 mA auf 19,4 mA. In diesem Fall vernachlässigbar da der Helligkeitsunterschied zu gering ist. Und ggf. als Sicherheit zu sehen, wenn etwas mehr als 12 Volt anliegen sollten oder eine LED im Rahmen der Fertigungstoleranzen mal 3,5 Volt Durchlassspannung haben sollte.

Die Bauteilliste ist als öffentlicher Warenkorb beim Reichelt angelegt.
>> Reichelt Warenkorb <<

Wie viele LEDs sind möglich?

Mit der steigenden Anzahl der LEDs, steigt auch die Verlustleistung des MOS-FET. Zwar ist diese sehr gering, aber ab 100 parallel geschaltetend LED-Reihen, bzw. 2 Ampere, sollte man sich Gedanken über die eventuelle Notwendigkeit einer Kühlung machen.
Bis 500 LED-Reihen, bzw. 10 Ampere sollte ein kleiner Aufsteckkühlkörper ausreichen. Auf der komfortablen sicheren Seite ist man wahrscheinlich mit diesem Rippen-Kühlkörper.

Die benötigte Kühlleistung kann natürlich auch berechnet werden. Die Kühlleistung ist in K/W (Kelvin pro Watt) angegeben. Der Kühlkörper sollte immer kleinere K/W Angabe haben als die berechnete Kühlleistung. Also 1 K/W ist besser als 100 K/W.
Download der Berechnungen als: Excel-Tabelle oder LibreOffice-Tabelle
Nachfolgend sind die Berechnungsformeln und -parameter aufgelistet.

Fazit

Laut Webseiten-Besucher funktioniert diese Schaltung jetzt wunderbar und ohne Summen oder Flackern.
Der Besucher hat 108 LED-Reihen mit ca. 20 mA pro Reihe. Das resultiert in einer Stromaufnahme von max. 2,16 Ampere und die berechnete Temperatur des BUZ11 (bei 40°C Umgebungstemperatur) ist 53°C. Also wird kein Kühlkörper benötigt.

Statt den LEDs könnte man natürlich auch einen Gleichstrommotor anschließen und hätte eine PWM-Geschwindigkeitssteuerung. Dafür muss aber auch sowas wie Freilauf-Dioden her und vermutlich noch ein paar andere Kleinigkeiten.