Umwandlung und Stabilisierung der Ausgangsspannung eines Nabendynamos

Verwenden Sie keinen Brückengleichrichter. Es ist ineffizient, weil Sie zwei Diodentropfen in Reihe benötigen und es Ihnen nicht erlaubt, den Rahmen als Masse für eine Gleichstromlampe (wie ein modernes LED-Fahrradlicht) zu verwenden. Ziehen Sie stattdessen einen Spannungsverdoppler in Betracht

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

Der „Regler“ kann ein Stromregler oder nur ein Zener gefolgt von einem Begrenzungswiderstand sein. Mehrere in Reihe geschaltete LEDs können die zugeführte „zusätzliche“ Spannung nutzen. Genauigkeit ist ebenso wie Effizienz bei dieser Anwendung weniger wichtig.

Ich habe eine versiegelte 6-V-Blei-Säure-Batterie als „Regler“ verwendet; Überladung scheint kein Problem zu sein, und ein Low-Dropout-Regler-IC kann sicherstellen, dass der Ausgang zu den Lampen stabile 6 V beträgt.

Das Aufladen von einer 5-V-Quelle ist möglich, aber abhängig von solchen Dingen ist es weniger als zufriedenstellend; Der Generator hat die nötige Leistung.

Ich habe zwei dieser Dynamos (eigentlich Schmidts, keine Shimanos, aber elektrisch sind sie gleichwertig) und habe bereits viele LED-Leuchten gebaut.

Ich dachte mir eine Konfiguration, die gleichzeitig einfach zu bauen, sicher, effizient und billig ist. Es wurde intensiv im täglichen Gebrauch getestet.

Zunächst einmal ist bei Ihrer Frage eine wichtige Sache zu beachten: Sie möchten einen USB-kompatiblen Ausgang. Dies kann ein ziemliches Problem darstellen, da elektronische Geräte eine stabile Ausgabe benötigen. Angenommen, Sie möchten Ihr Handy während der Fahrt aufladen: Wenn Sie das Fahrrad anhalten, wird der Ladevorgang „abgeschaltet“. Wenn Sie sich wieder bewegen, wird der Ladevorgang "eingeschaltet" (und wahrscheinlich wird das Telefon piepen und das Display einschalten).

In diesem Fall benötigen Sie also eine ausgefeiltere Schaltung, die höchstwahrscheinlich eine Batterie enthält. Das habe ich nie getan. Phill Frost hat es bereits ausführlich erklärt.

Wenn Sie jetzt nur eine LIGHTING-Schaltung wollen, funktioniert mein aktuelles Setup sehr gut und besteht aus:

• Regler: Eine 5 W/6,8 V Zenerdiode ;
• Filter/Stabilisator: Ein 16V 6800uF Elektrolytkondensator ;
• Gleichrichter: Vier als Brücke geschaltete Gleichrichterdioden;

Damit erhalte ich einen ziemlich stabilen (mindestens über 5 Meilen pro Stunde) und scharf geregelten 6,8-V-Ausgang. Die 6,8 V statt 6 V werden benötigt, damit ich zwei weiße LEDs in Reihe schalten kann, was nicht funktioniert, da ihr Spannungsabfall jeweils etwas über 3 V liegt.

Da die Ausgangsleistung dieser Dynamos nominell 6 V/3 W beträgt, hält die Verwendung von 6,8 V/5 W die Spannung kontrolliert und verliert sehr wenig Strom: Die meiste Energie wird von den angeschlossenen LEDs verbraucht.

Und da der Strom auf 3 W (0,5 A) begrenzt ist, werden Sie den 5-W-Zener nicht durchbrennen, selbst wenn Sie das System ohne angeschlossenes Gerät betreiben (nur kleine Funken jedes Wellenzyklus liegen tatsächlich über 6 V, wie ich mit a überprüft habe Oszilloskop eines Freundes).

Sie können das SVG-Schema hier haben:

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

Und das letzte Ding (hässlich, aber überraschend robust und wetterfest) ist unten. Beachten Sie, dass nur die Dioden und der Kondensator das sind, was Sie wollen, aber ich habe die LEDs wegen persönlicher Vorliebe für dieses Projekt auf derselben Platine montiert.

Gibt es eine einfache Schaltung, die Wechselstrom in Gleichstrom umwandelt? Wie groß ist die Schaltung, wie leicht ist sie verfügbar und wie zuverlässig ist sie?

Ein Brückengleichrichter, wie Sie erwähnt haben. Es ist klein und leicht zu finden und ziemlich zuverlässig, wenn es innerhalb der Spezifikationen betrieben wird. Jeder Elektronikhändler hat sie. Da sie kaum mehr als eine bestimmte Anordnung von vier Dioden sind, ist es auch nicht schwierig, eine herzustellen.

Wie baue ich eine Schaltung, um den schwankenden 6-Volt-Wechselstromausgang vom Dynamo in einen stabilisierten 5-Volt-Gleichstromausgang (über USB aufladbar) umzuwandeln?

Es gibt viele Möglichkeiten, aber da diese elektrische Energie von Ihnen kommt, möchten Sie wahrscheinlich, dass sie effizient, klein und leicht ist. Das bedeutet wohl ein Schaltnetzteil . Es ist keine einfach zu bauende Schaltung, aber wie pjc50 in einem Kommentar erwähnt, gibt es kommerzielle Produkte, die dies bereits getan haben .

Ich habe irgendwo gelesen, dass das Anschließen eines Geräts an eine nicht stabilisierte Eingangsquelle (in diesem Fall der 5-Volt-Ausgang von Dynamo zu meinem iPhone) das Gerät abblasen würde.

Das ist genau richtig. Wenn Ihr Gerät nicht dafür ausgelegt ist, mit der von diesem Hub gelieferten Spannung betrieben zu werden, wird es höchstwahrscheinlich dadurch beschädigt. Batterien benötigen auch eine spezielle Stromversorgung, um sie aufzuladen. Die Versorgungsspannung darf größer als die Batteriespannung sein, aber nicht viel, sonst werden sie meist beschädigt. Die Besonderheiten variieren ziemlich zwischen den Batteriedesigns, aber es ist eine sichere Annahme, dass das direkte Anschließen einer Batterie an diesen Dynamo zu schlechten Ergebnissen führen wird.

Mein Rat: Da aus Ihrer Frage hervorgeht, dass Sie wenig Kenntnisse in Elektrotechnik haben und das, was Sie erreichen möchten, nicht trivial ist, bleiben Sie bei kommerziellen Produkten, die für die Arbeit mit diesem Hub ausgelegt sind.

Ich würde einen Vollbrückengleichrichter vorschlagen, gefolgt von einem Kondensator und einer vorgefertigten DC-DC-Abwärtsschaltung (Buck). Sie können viele finden, die etwa 20 x 35 x 10 mm groß sind und jeweils etwa 2-5 Dollar kosten, Versand aus Hongkong inbegriffen.

Der Vorteil dieser Buck-Regler besteht darin, dass sie der Quelle nur die Energie entnehmen, die sie benötigen, wenig Wärme verschwenden und daher die "Belastung" Ihrer Beine so gering wie möglich ist.

Jede andere Lösung mit Widerständen (wie ein Zenerregler oder ein Linearregler) ist weniger effizient.

Die verschiedenen hier aufgeführten Lösungen werden in dieser Antwort auf die Frage „ Wie wandelt man 6 V AC in 5 V DC um? “ erläutert: eine technische Version dieser Frage.

Ich habe gerade einen Regler in dieser Richtung gebaut:

KBPC104 2A 200v Brückengleichrichter 470uF 100v elektrolytischer LM2596-basierter Abwärtswandler von e-bay

Es scheint auch bei sehr langsamer Drehung des Rads sofort mit dem Laden zu beginnen, und ich kann von der Nabe hören, dass es voll geladen ist. Meine Nabe ist eine SON-delux, daher ist es wichtig, dass ich bei niedriger Geschwindigkeit Leistung erhalte, insbesondere da ich in den Bergen fahre, wo ich manchmal sehr langsam fahren werde.

Auch mein 22000 Cache-Akku erkennt die Spannung sofort und beginnt mit dem Laden.

Mein vorheriger Regler verwendete einen LM317 und die Cache-Batterie erkannte nicht, dass sie geladen wurde, wahrscheinlich weil die Spannung zu langsam stieg.

Ich denke, das ist eine gute Schaltung. Außerdem waren die Teile sehr günstig.

Ich habe ein Velo-Ladegerät ausprobiert , das bis zu 1,5 A liefern kann, aber ich stellte fest, dass sich das Rad sehr schnell drehen musste, damit das Gerät den Ausgang einschaltete. Ich habe es zurückgegeben.

Um die Effizienz in dieser Situation zu maximieren, ist die Schaltung von Whit3rd die richtige Wahl. Er wählte Schottky-Dioden, weil sie einen geringen Spannungsabfall in Durchlassrichtung haben, und eine Spannungsverdopplungsschaltung, weil sie nur einen Dioden-Spannungsabfall zwischen dem AC-Eingang und dem DC-Ausgang anordnet. Ein Standard-Brückengleichrichter hat einen Spannungsabfall in Vorwärtsrichtung einer Siliziumsperrschichtdiode von etwa 0,6 V und schaltet 2 davon in Reihe, sodass 1,2 V aus den relativ bescheidenen 6 V oder so vom Ausgang des Dynamos entnommen werden. Der Spannungsverdoppler hat jedoch eine ziemlich hohe Spannung, die Sie reduzieren müssen, und die effizienteste Methode, dies zu tun, ist die Verwendung eines getakteten Spannungswandlers wie des MT3608, der für minimale Kosten mit den Induktivitäten verdrahtet erhältlich ist , und so weiter, auf einer kleinen Platine, die eine über ein Potentiometer einstellbare Ausgangsspannung und einen Wirkungsgrad von über 90 % hat. Spannungs- und Stromregler funktionieren nicht wie ein Schaltnetzteil und liefern einen geregelten Ausgang, indem sie einen Dropout verwenden, bei dem die Eingangsspannung höher als die Ausgangsspannung sein muss und der Regler die Ausgangsspannung über einen weiten Bereich festlegt Eingangsspannung bei gleichem Stromfluss in den Regler. Das bedeutet, wenn beispielsweise die Eingangsspannung 12 V und die Ausgangsspannung 6 V beträgt, wird die Hälfte der Leistung als Wärme im Regler abgegeben. Ähnliche Überlegungen gelten für Stromregler. und stellen Sie einen geregelten Ausgang bereit, indem Sie einen Dropout verwenden, bei dem die Eingangsspannung höher als die Ausgangsspannung sein muss und der Regler die Ausgangsspannung über einen weiten Eingangsspannungsbereich mit demselben Stromfluss in den Regler festlegt. Das bedeutet, wenn beispielsweise die Eingangsspannung 12 V und die Ausgangsspannung 6 V beträgt, wird die Hälfte der Leistung als Wärme im Regler abgegeben. Ähnliche Überlegungen gelten für Stromregler. und stellen Sie einen geregelten Ausgang bereit, indem Sie einen Dropout verwenden, bei dem die Eingangsspannung höher als die Ausgangsspannung sein muss und der Regler die Ausgangsspannung über einen weiten Eingangsspannungsbereich mit demselben Stromfluss in den Regler festlegt. Das bedeutet, wenn beispielsweise die Eingangsspannung 12 V und die Ausgangsspannung 6 V beträgt, wird die Hälfte der Leistung als Wärme im Regler abgegeben. Ähnliche Überlegungen gelten für Stromregler.