Konwersja i stabilizacja napięcia wyjściowego piasty z dynamem

Przedmowa - Niewiele wiem o elektronice: P

Zamówiłem piastę z dynamem Shimano do mojego roweru. Odrobiłem trochę pracy domowej i oto moje ustalenia na ten temat:

1. Wyjście wyżej wspomnianego dynama wynosi 6 woltów prądu przemiennego.

2. Napięcie wyjściowe dynamo jest niestabilne, zmienia się w zależności od prędkości dynamo.

3. Są szanse, że światła wybuchną;) Przyczyną jest niestabilna moc wyjściowa napięcia.

Na podstawie powyższego mam kilka pytań.

1. Czy istnieje prosty obwód, który przekształca prąd przemienny w prąd stały? Czytałem o niektórych prostownikach mostkowych, ale chciałem być absolutnie pewien. Jaki rozmiar ma obwód, jak łatwo jest dostępny i jak niezawodny?

2. Najważniejszą rzeczą, którą chciałem wiedzieć, jak zbudować obwód, aby 6-woltowe fluktuacyjne wyjście prądu przemiennego z dynamo przekształciło się w 5-woltowe (ładowane przez USB) stabilizowane wyjście prądu stałego? Czy są już jakieś dostępne? Jaki jest koszt takiego obwodu lub jak łatwo mogę zbudować od zera?

3. Czytałem gdzieś, że podłączenie urządzenia do niestabilizowanego źródła wejściowego (w tym przypadku 5-woltowe wyjście z dynamo do mojego iPhone'a) rozerwałoby urządzenie. Tak więc, jeśli nie udało mi się zbudować (lub kupić) wyżej wymienionego obwodu w punkcie 2, czy mogę użyć wyjścia 5 V do naładowania baterii pośrednich, takich jak zapasowa ładowarka słoneczna litowo-jonowa do iPhone'a i akumulatory AAA przez ładowarkę USB i użyć ich do naładowania moich gadżetów?

Nie używaj prostownika mostkowego. Jest nieefektywny, ponieważ potrzebujesz dwóch kropek diody w szeregu i nie pozwala na użycie ramy jako uziemienia dla lampy DC (jak nowoczesna lampa rowerowa LED). Zamiast tego rozważ podwojenie napięcia

^{symulacja tego obwodu - Schemat utworzony przy użyciu CircuitLab}

„Regulator” może być regulatorem prądu lub tylko Zenera, po którym następuje rezystor krańcowy. Kilka diod LED połączonych szeregowo może korzystać z dostarczonego „dodatkowego” napięcia. W tej aplikacji dokładność, podobnie jak wydajność, jest mniej niż ważna.

Użyłem szczelnie zamkniętego akumulatora kwasowo-ołowiowego 6V jako „regulatora”; przeładowanie wydaje się nie stanowić problemu, a układ kontrolny o niskim zaniku zasilania może zapewnić, że napięcie wyjściowe do lamp będzie stabilne 6 V.

Ładowanie ze źródła „5 V” jest możliwe, ale w zależności od takich rzeczy jest mniej niż satysfakcjonujące; generator ma całą moc, której potrzebujesz.

Czy istnieje prosty obwód, który przekształca prąd przemienny w prąd stały? Jaki rozmiar ma obwód, jak łatwo jest dostępny i jak niezawodny?

Mostek prostowniczy, jak wspomniałeś. Jest mały, łatwy do znalezienia i niezawodny, jeśli działa zgodnie ze specyfikacjami. Każdy dystrybutor elektroniki będzie je miał. Ponieważ są one niewiele więcej niż specyficznym układem czterech diod, nie jest również trudne do wykonania.

Jak zbudować obwód do konwersji 6-woltowego zmiennego wyjścia prądu przemiennego z dynamo na 5-woltowy (ładowany przez USB) stabilizowany prąd stały?

Na wiele sposobów, ale ponieważ ta energia elektryczna pochodzi od ciebie, prawdopodobnie chcesz, aby była wydajna, mała i lekka. To prawdopodobnie oznacza zasilacz impulsowy . Nie jest to prosty obwód do zbudowania, ale jak wspomina pjc50 w komentarzu, istnieją już komercyjne produkty, które już to zrobiły .

Czytałem gdzieś, że podłączenie urządzenia do niestabilizowanego źródła wejściowego (w tym przypadku 5-woltowe wyjście z dynamo do mojego iPhone'a) zdmuchnie urządzenie.

Dokładnie tak. Jeśli urządzenie nie zostało zaprojektowane do pracy z napięciem dostarczanym przez ten hub, najprawdopodobniej zostanie przez nie uszkodzone. Baterie wymagają także specjalnego źródła zasilania, aby je naładować. Napięcie zasilania musi być większe niż napięcie akumulatora, ale nie wiele, w przeciwnym razie są zwykle uszkodzone. Specyfika różni się nieco w zależności od konstrukcji baterii, ale jest bezpieczne założenie, że podłączenie dowolnej baterii bezpośrednio do tego dynama spowoduje złe rzeczy.

Moja rada: ponieważ z twojego pytania wynika, że ​​masz niewielką wiedzę z zakresu elektrotechniki, a to, co chcesz osiągnąć, nie jest trywialne, trzymaj się komercyjnych produktów zaprojektowanych do współpracy z tym hubem.

Mam dwa z tych dynama (właściwie Schmidta, nie Shimanosa, ale elektrycznie są one równoważne) i już zbudowałem wiele lamp ledowych.

Pomyślałem, że konfiguracja jest jednocześnie łatwa w budowie, bezpieczna, wydajna i tania. Został intensywnie przetestowany w codziennym użytkowaniu.

Przede wszystkim, na jedno pytanie należy zwrócić uwagę: chcesz wyjścia kompatybilnego z USB. Może to stanowić poważny problem, ponieważ urządzenia elektroniczne wymagają stabilnego wyjścia. Załóżmy na przykład, że chcesz naładować telefon komórkowy podczas jazdy: zatrzymanie roweru spowoduje „wyłączenie” ładowania. Gdy ponownie zaczniesz się poruszać, „włączy” ładowanie (prawdopodobnie telefon wyda sygnał dźwiękowy i włączy wyświetlacz).

W takim przypadku będziesz potrzebować bardziej wyrafinowanego obwodu, najprawdopodobniej zawierającego baterię. Nigdy tego nie zrobiłem. Phill Frost wyjaśnił to już szczegółowo.

Teraz, jeśli chcesz tylko obwód OŚWIETLENIA, to moja obecna konfiguracja działa bardzo dobrze i składa się z:

• Regulator: Jedna dioda Zenera 5W / 6,8V ;
• Filtr / stabilizator: Jeden kondensator elektrolityczny 16 V 6800uF ;
• Prostownik: Cztery diody prostownicze zmontowane jako mostek;

Dzięki temu uzyskuję dość stabilną (przynajmniej powyżej 5 mil na godzinę) i ostro regulowaną moc wyjściową 6,8 V. Potrzebne jest 6,8 V zamiast 6 V, abym mógł połączyć szeregowo dwie białe diody LED, co nie będzie działać, ponieważ ich spadek napięcia wynosi nieco powyżej 3 V.

Ponieważ moc wyjściowa tych dynamo wynosi nominalnie 6 V / 3 W, użycie 6,8 V / 5 W utrzymuje napięcie kontrolowane i traci bardzo mało prądu: większość energii jest odprowadzana przez podłączone diody LED.

A ponieważ prąd jest ograniczony do 3 W (0,5 A), nie zdmuchniesz 5 W Zenera, nawet jeśli uruchomisz system bez podłączonego urządzenia (tylko małe iskry każdego cyklu fali są w rzeczywistości powyżej 6 V, jak sprawdziłem z oscyloskop znajomego).

Możesz mieć tutaj schemat SVG:

https://gist.github.com/heltonbiker/6784ebdb864f61ff33ffa340dc9d294b

A ostatnia rzecz (brzydka, ale zaskakująco wytrzymała i odporna na warunki atmosferyczne) jest poniżej. Zauważ, że tylko diody i kondensator są tym, czego chcesz, ale zmontowałem diody LED na tej samej płytce ze względu na osobiste preferencje dla tego projektu.

Sugerowałbym pełny prostownik mostkowy, a następnie kondensator i gotowy obwód obniżający napięcie DC-DC (buck). Możesz znaleźć wiele, które mają około 20 x 35 x 10 mm, a każdy z nich kosztuje około 2-5 dolarów, w tym przesyłkę z Hongkongu.

Zaletą tych regulatorów buck jest to, że pobierają one ze źródła tylko tyle energii, ile potrzebują, marnując niewiele ciepła, a zatem „obciążenie” nóg jest tak niskie, jak to tylko możliwe.

Każde inne rozwiązanie obejmujące rezystory (takie jak regulator Zenera lub regulator liniowy) będzie mniej wydajne.

Różne wymienione tutaj rozwiązania zostały wyjaśnione w odpowiedzi na pytanie „ Jak przekonwertować 6 V AC na 5 V DC? ”: Techniczna wersja tego pytania.

Właśnie zbudowałem regulator według następujących zasad:

KBPC104 2A 200v Mostek prostowniczy 470uF 100v elektrolityczny konwerter buck oparty na LM2596 z e-bay

Wydaje się, że ładowanie zaczyna się natychmiast, nawet przy bardzo wolnym obrocie koła i słyszę z piasty, że jest w pełni obciążony. Mój hub to SON-delux, więc ważne jest, że mogę uzyskać moc wyjściową przy niskiej prędkości, szczególnie, że będę jeździł w górach, gdzie czasami będę jechał bardzo wolno.

Ponadto moja pamięć podręczna 22000 natychmiast rozpoznaje napięcie i rozpoczyna ładowanie.

Mój poprzedni regulator używał LM317 i bateria pamięci podręcznej nie rozpoznałaby, że ładuje się prawdopodobnie dlatego, że napięcie narastało zbyt wolno.

Myślę, że to dobry tor. Również części były bardzo tanie.

Próbowałem ładowarki Velo, która może zasilać do 1,5 A, ale zauważyłem, że koło musiało bardzo szybko się obracać, aby urządzenie mogło włączyć wyjście. Zwróciłem to.