AC-Überspannungsschutz für Fahrraddynamo (Lichtmaschine)

Es gibt zwei Ansätze, die ich vorschlagen würde.

Einfachster Ansatz

Schließen Sie dauerhaft einen Leistungswiderstand parallel zu D1 an, um die Lichtmaschine minimal zu belasten. zB 220 oder 470 Ohm. Dies verhindert, dass die Ausgangsspannung zu hoch ansteigt, hat aber den Nachteil, dass es etwas Strom von der Last „stiehlt“. Trotzdem kann man vielleicht einen Kompromiss beim Widerstandswert finden, dh einen Wert, der eine Überspannung verhindert, aber vernachlässigbare Verluste hat.

Komplexer

Schließen Sie den folgenden Stromkreis über die Lastklemmen (nach dem gleichgerichteten Ausgang der Lichtmaschine) an. Wenn die Spannung über 10,1 + Vgs_threshold (die Schwellenspannung des MOSFET) ansteigt, schaltet sich der Mosfet ein und verbindet den 100R-Widerstand effektiv mit der Last. Dadurch wird die Lastspannung reduziert und Ihre spannungsempfindlichen Komponenten geschützt.

Eine OVP-Schaltung, die ich in der Vergangenheit erfolgreich in Fahrraddynamo-Anwendungen verwendet habe, ist die Verwendung eines TRIAC, der von einer RC-Kombination mit einem DIRAC ausgelöst wird, wie unten gezeigt. Sie können den Auslösepunkt anpassen, indem Sie die Komponenten DIRAC, R und C nach Ihren Wünschen anpassen. Die Idee ist, dass der TRIAC ausgelöst wird und den Dynamo für den Teil des Signals kurzschließt, der über den Auslösepunkt hinausgeht. Dieser Mechanismus erzeugt jedoch einen gewissen Widerstand in Ihrer Fahrt.

Fahrrad-"Dynamos" (eigentlich Lichtmaschinen) können als Wechselspannungsgenerator mit einer Ausgangsspannung und -frequenz proportional zur Geschwindigkeit modelliert werden, mit einer großen Wicklungsinduktivität in Reihe. Mit zunehmender Geschwindigkeit steigt die Frequenz, was bedeutet, dass die Reaktanz der Induktivität (Lw) zunimmt, was den Strom begrenzt, und ... Sie erhalten eine Wechselstromquelle. Dies ist gewollt und die Wicklungen sind mit entsprechender Windungszahl und Induktivität ausgelegt.

Obwohl diese als "6V 3W" verkauft werden, sind sie wirklich 500mA RMS-Wechselstromquellen mit einer maximalen unbelasteten Ausgangsspannung, die proportional zur Geschwindigkeit ist. Und... wie Sie bemerkt haben, kann es ziemlich hoch werden.

Wenn Sie keinen Strom benötigen, ist es am einfachsten, die Lichtmaschine kurzzuschließen. Dies führt zu etwas mehr Widerstand am Fahrrad, als wenn man es offen lässt, aber es begrenzt die Spannung auf einen sicheren Wert. Beachten Sie, dass beim Kurzschließen die interne Induktivität immer noch den Strom begrenzt, sodass die Lichtmaschine keine 3 W mit entsprechendem Widerstand erzeugt.

Da Sie sagen, dass Sie FETs für die synchrone Gleichrichtung verwenden, wird dies durch Einschalten der beiden unteren FETs erreicht. Sie könnten also einen Komparator mit Hysterese hinzufügen, und wenn die Schienenspannung über die sichere Grenze steigt, schalten Sie die beiden unteren gleichrichtenden FETs ein. Allerdings muss man auf die Schaltfrequenz achten, da eine falsche Frequenz den Lenker zum Schwingen bringen kann, so dass eventuell der Hysteresewert angepasst werden muss.

Eine weitere nützliche Sache ist, ein paar weiße LEDs in Reihe auf Ihrer gleichgerichteten und gefilterten DC-Schiene hinzuzufügen. Sie wirken als Spannungsbegrenzer und Sie erhalten einen Scheinwerfer für Ihr Fahrrad. Die LEDs sollten den vollen Strom aufnehmen können, also 500mA.