Überstrom durch den Zenerregler verhindern, wenn die Systemlast abgeschaltet ist

Die einfachste Lösung für einen Ausschalter ist zwischen der Brücke und dem Kondensator.

Jetzt abhängig von Ihrer Last bei 6 V? Der LDO wird sehr ineffizient sein.

Besser ist ein effizienter Wandler (Buck SMPS), der eine schnell ansteigende Eingangsspannung sieht, die in eine konstante Ausgangsleistung umgewandelt werden kann, um den Widerstand gegen die Hausierleistung zu minimieren. Diese Karten sind im Internet billig.

Suchen Sie nach „OKI 3-Terminal-Regler“

Das System, das Sie haben, scheint einen theoretischen Nachteil zu haben: Bei hoher Geschwindigkeit leitet der Zener viel mehr Leistung als die Last verbraucht und verlangsamt so das Fahrrad.

Wenn Sie jedoch mit der Funktionsweise zufrieden sind, ist dies kein Problem, das behoben werden muss. Sie könnten das Problem der Überhitzung einfach mit einem größeren Zener beheben, der die Wärme aufnehmen kann. Da große Zener derzeit nicht ohne weiteres verfügbar sind, verwenden Sie einfach einen Transistor, z

^{Simulieren Sie diese Schaltung – Mit CircuitLab erstellter Schaltplan}

Ihre Anordnung hat zwei große Vorteile:

• Einfachheit
• Klemmt die Spannung, kann also keine Überspannung bekommen

Ein linearer Regler ist eine weitere Option. Vielleicht möchten Sie zwei Dinge, die ein bisschen widersprüchlich sind: Niedrige Dropout-Spannung und hohe maximale Betriebsspannung.

Dies ist ein grober diskreter Regler. Durch die Verwendung eines 60-V- oder 100-V-FET und BC546 kann dieser Regler 60 oder 80 V aushalten. Sie werden feststellen, dass es in der negativen Leitung reguliert - Sie können Ihren Regler auf beiden Seiten arbeiten lassen, aber Fets sind besser mit N Fets in der negativen Schiene.

^{Simulieren Sie diese Schaltung}

Ein möglicher sehr einfacher Ansatz basierend auf der @peufeus-Antwort ist dieser:

^{Simulieren Sie diese Schaltung.} In diesem Fall bietet der SCR eine inhärente Hysterese, wodurch jegliche komplexen IC-Komparatoranordnungen eliminiert werden.

Ich bin mir nicht ganz sicher, ob es eine Art ungültige Operation gibt, die bei einer unterschwelligen Gate-Bedingung bei scr / triacs auftreten kann. Jemand mit mehr Scr-Erfahrung könnte dies kommentieren.

Ich habe tatsächlich vor einigen Jahren einen Fahrrad-Nabendynamo auf den Prüfstand gestellt.

Sie können einen Nabendynamo als Wechselstromquelle von etwa 500 mA mit einer maximalen Ausgangsspannung modellieren, die proportional zur Drehzahl ist. Der "Stromquellen"-Effekt ist darauf zurückzuführen, dass die Frequenz proportional zur Drehzahl (und Spannung) und der sehr hohen Induktivität ist. Wenn sich das Rad schneller dreht, steigt die Leerlaufspannung, aber die Frequenz steigt, was bedeutet, dass die Impedanz aufgrund der großen inneren Induktivität ebenfalls zunimmt, und diese Impedanzerhöhung bedeutet, dass der Kurzschlussstrom immer ungefähr gleich ist, ungefähr 500 mA U/min.

Ein Nabendynamo arbeitet mit niedrigen Drehzahlen, hat also viele Umdrehungen. Die Induktivität ist enorm. Es ist eigentlich so konzipiert, dass es so funktioniert, da sein ursprünglicher Zweck darin besteht, eine 6-V-3-W-Glühlampe mit Strom zu versorgen und sie bei niedrigen Geschwindigkeiten zum Leuchten zu bringen, aber nicht bei hohen Geschwindigkeiten zu verbrennen. Die hohe Induktivität und das Verhalten der Stromquelle sind also alle beabsichtigt.

Ein Stromquellengenerator ist eine natürliche Ergänzung für einen Shunt-Regler, wie ein Zener.

Allerdings ... was Sie hätten tun sollen, ist, Ihren Zener loszuwerden und ihn durch LEDs zu ersetzen. Warum wertvolle Energie als Wärme in einem Zener verschwenden, wenn Sie sie stattdessen in nützliches Licht umwandeln können? Ich habe für einen Freund ein einfaches Licht gebaut, das genau wie Ihr Schaltplan aussieht, außer dass der Zener durch 2 weiße LEDs ersetzt wird, die 500 mA und einen Widerstand von einigen Ohm in Reihe verarbeiten können. Es funktioniert gut. LEDs sind Dioden, also stellen sie anständige Shunt-Regler dar (wir suchen hier nicht nach Präzision bei der Spannung, sondern nur nach einer Möglichkeit, sie zu begrenzen).

Nun zu Ihrer eigentlichen Frage. Sie möchten den Dynamo verwenden, um eine Batterie aufzuladen oder eine Last mit Strom zu versorgen, aber wenn die Batterie vollständig geladen ist (oder die Last ausgeschaltet ist), was tun Sie dann? Die Antwort ist einfach, aber sehr kontraintuitiv: Trennen Sie den Generator entweder, wenn Sie ihn nicht benötigen, oder schließen Sie ihn kurz. Letzteres ist eigentlich die beste Option, wenn Sie es mit einem Mikrocontroller steuern möchten.

Da sich Ihr Naben-"Dynamo" (eigentlich eine Lichtmaschine) als Stromquelle verhält, können Sie ihn sicher kurzschließen. Es wird RI ^ 2-Leistung innerhalb der Nabe abführen, mit I = 500 mA und R etwa 0,5-2 Ohm, abhängig von Ihrem Dynamo (Sie können es mit einem Multimeter messen). Dies ist eine winzige Menge an Kraft. Es wird nicht überhitzen und Ihre Muskelkraft nicht verschwenden. Dies ist eine viel bessere Option als die Wärmeableitung in einem Zener (oder einem anderen Shunt-Regler), wenn die Energie, die Sie abführen, von Ihren Beinen kommt!

Wenn Sie schnell bergab fahren, kann es tatsächlich beängstigende Spannungen im Leerlauf ausgeben (wie 80 Volt, wenn Sie verrückt nach Geschwindigkeit sind ... fragen Sie nicht, woher ich das weiß ...), die jeden Schaltkreis zerstören, der von jemandem entworfen wurde, der keine Ahnung hat, wie a Nabendynamo funktioniert. Dies schließt jede Art von Serienregler, LDO, Schaltregler usw. ein. Ich gehe davon aus, dass die Leute sie in Antworten vorschlagen werden, aber sie werden nicht funktionieren. Ihr Dynamo ist eine Stromquelle. Wenn Sie schnell fahren und die Schaltung nicht den gesamten vom Dynamo bereitgestellten Strom verbraucht, steigt die Spannung. Wenn die Eingangsspannung ansteigt, reagiert ein Schaltregler, indem er den Eingangsstrom senkt (weil er effizient ist). Dadurch steigt die Eingangsspannung noch weiter an, bis ein Problem auftritt. Wenn der Generator eine Stromquelle ist, ist seine natürliche Entsprechung ein Shunt-Regler ... aber wir können einen intelligenten Shunt-Regler verwenden.

Daher ist eine Low-Tech-Lösung für Ihr Problem:

^{Simulieren Sie diese Schaltung – Mit CircuitLab erstellter Schaltplan}

Verbinden Sie den Dynamo mit einem Gleichrichter.

Dann kann ein FET den Ausgang des Gleichrichters kurzschließen. Wählen Sie einen FET mit Logikpegel, wenn Sie ihn von einem Mikro aus steuern möchten.

Eine weitere Diode verhindert, dass sich der Kondensator entlädt, wenn der FET leitet.

Rechts empfängt ein Kondensator (oder eine Batterie) den Dynamostrom.

Die Idee ist, einen Komparator (nicht im Schema gezeigt) hinzuzufügen, um den FET zu steuern. Wenn die Spannung an der Kappe (oder Batterie) zu hoch ist, schalten Sie den FET ein. Der Dynamo wird jetzt durch die Gleichrichterbrücke kurzgeschlossen, verschwendet sehr wenig Strom und stoppt das Laden der Kappe, wodurch eine Überspannung verhindert wird.

Wenn die Spannung an der Kappe zu niedrig ist (weil die Last Strom verbraucht) oder die Batterie aufgeladen werden muss, schaltet der Komparator den FET AUS. Dann lädt der Dynamo als Stromquelle den Kondensator (oder die Batterie) über die Brücke und die zusätzliche Diode auf.

Stellen Sie sicher, dass Sie dem Komparator viel Hysterese hinzufügen, damit der FET mit einer sehr niedrigen Frequenz (einige Hertz oder niedriger) schaltet, da das Ziehen von Strom aus dem Dynamo zu einem mechanischen Drehmoment führt und das ein- und ausgeschaltete Drehmoment Vibrationen ist, und Sie wollen keinen vibrierenden Lenker. Das Umschalten alle halbe Sekunde funktioniert sehr gut. Das geht auch mit einem Mikro.

BEARBEITEN:

Ich habe in diesen alten Dateien gegraben ...

Induktivität = ca. 150 mH, was enorm ist. Sie ist nicht konstant, da sie vom Rotorwinkel abhängt. Da es sich um einen Klauenpolgenerator handelt, hängt die Länge des Luftspalts im Magnetkreis vom Abstand zwischen den Polschuhen ab, der sich während der Kurve ändert. Erwarten Sie also, dass die Induktivität überall vorhanden ist, aber immer hoch.

Drahtinnenwiderstand = 2 Ohm

Frequenz = 3,7 Hz pro km/h, also bei 20 km/h erhält man: 20*3,7 = 74 Hz

Spitzenspannung in eine Diodenbrücke und Kappe ohne Last: etwa 1,1 V pro km/h, also 22 V bei 20 km/h

...und bei 20km/h ist der Blindwiderstand der Inneninduktivität$2 \pi f L$oder fast 70 Ohm ...

Es ist nicht offensichtlich, den AC RMS aus der Spitzenspannung an der Kappe zu berechnen, da die Wellenform nicht einmal im Entferntesten ein Sinus ist, außerdem hängt ihre Form von der Drehzahl und der Last ab ... aber Sie bekommen die Idee, riesige Induktivität * U / min = Impedanz steigt mit der Geschwindigkeit, wodurch eine Art Stromquelle entsteht, die kurzgeschlossen werden kann.

Jetzt hatte ich mir tatsächlich über dasselbe Sorgen gemacht wie Immibis, also damals, als ich diesen Test unten durchgeführt hatte. Das Rad wird mit einem Bohrer gedreht, dann wird der Bohrer entfernt und die Geschwindigkeit aufgetragen, wenn das Rad aufgrund des Luftwiderstands und verschiedener Widerstandslasten langsamer wird (Werte in Ohm in der oberen rechten Ecke). Die beiden Fälle „10 kOhm“ und „1 Ohm“ sind bei Geschwindigkeiten, auf die es ankommt, nahezu identisch. Das Kurzschließen erzeugt bei niedrigen Geschwindigkeiten etwas mehr Luftwiderstand, aber wenn Sie es mit anderen Widerstandslasten wie 20-40 Ohm vergleichen, die viel mehr Strom aus einer Stromquelle verbrauchen als die 1R-Last, werden Sie sehen, dass das Rad viel stoppt schneller mit diesen Lasten.

Dies ist nur ein Frequenz-Zeit-Diagramm, das mit einer Soundkarte und einem Python-Skript erstellt wurde (außer Hertz ist auf km/h skaliert). Sie können eine ähnliche Methode verwenden, um denselben Test auf Ihrem Hub durchzuführen.

Außerdem wird verhindert, dass Ihr Stecker elektrolysiert, wenn Regen darauf fällt, wenn Sie ihn kurzgeschlossen statt offen halten, wenn er nicht verwendet wird, was definitiv ein Plus ist ...

BEARBEITEN...

Das widerspricht jetzt meiner praktischen Erfahrung. Ich habe gerade ein Rad in einem Prüfstand neben meinem Schreibtisch. Wenn ich es an einen Stromkreis angeschlossen drehe, kann ich sehen, wie das Rad langsamer wird. Wenn ich es ohne Last drehe, läuft es viel länger, fast so, als wäre es überhaupt keine Generatornabe. Wenn ich ihn aber kurzgeschlossen drehe, ist die Verzögerung sehr stark, daher ziehe ich es vor, diese Option nicht in Betracht zu ziehen.

Das ist jetzt seltsam, da ich mit einem Shimano-Dynohub die gegenteiligen Ergebnisse erhalten habe. Vielleicht ist Ihr Dynohub anders? Wenn es ein Sohn ist, hatte ich nie einen, also kann ich es nicht sagen.

Beachten Sie, dass die Zeit, die zum vollständigen Anhalten des Rads benötigt wird, kein gutes Maß für den Luftwiderstand ist. Deshalb verwende ich stattdessen die Zeit von 30 km bis 10 km. Denn wenn sich das Rad langsam dreht, ist sein Drehimpuls nur ein winziges bisschen Energie, so dass ein winziges bisschen Widerstand wie ein halbes Watt ausreicht, um einen großen Unterschied darin zu machen, wie lange es dauert, bis es anhält ... und Diese Art von Luftwiderstand ist bei einem echten Fahrrad völlig vernachlässigbar.

Wenn Sie es offen lassen möchten, anstatt es kurzzuschließen, wenn die Last ausgeschaltet ist (oder die Batterie geladen ist), benötigen Sie eine andere Art von Schaltung, aber stellen Sie zuerst sicher, dass der Widerstand bei Kurzschluss wirklich ein Problem ist, und bestimmen Sie auch die Spitze Spannung bei der Höchstgeschwindigkeit, die Sie jemals verwenden werden, um die richtige Nennleistung für Teile auszuwählen.