Umwandlung und Stabilisierung der Ausgangsspannung eines Dynamo-Hubs

Vorwort - Ich weiß nicht viel über Elektronik: P.

Ich habe eine Shimano Dynamo Nabe für mein Fahrrad bestellt. Ich habe ein paar Hausaufgaben gemacht und hier sind meine Erkenntnisse dazu:

1. Der Ausgang des oben genannten Dynamos ist ein 6-Volt-Wechselstrom.

2. Die Ausgangsspannung des Dynamos ist nicht stabil, sondern hängt von der Geschwindigkeit des Dynamos ab.

3. Es besteht die Möglichkeit, dass die Lichter explodieren;) Grund ist ein nicht stabilisierter Spannungsausgang.

Aufgrund der obigen Ausführungen habe ich einige Fragen.

1. Gibt es eine einfache Schaltung, die Wechselstrom in Gleichstrom umwandelt? Ich habe über einige Brückengleichrichter gelesen, wollte aber absolut sicher sein. Wie groß ist die Schaltung, wie leicht ist sie verfügbar und wie zuverlässig ist sie?

2. Das Wichtigste, was ich wissen wollte, wie kann ich eine Schaltung bauen, damit der 6 Volt schwankende Wechselstromausgang vom Dynamo in einen 5 Volt (USB aufladbar) stabilisierten Gleichstromausgang umgewandelt wird? Gibt es bereits welche? Was kostet eine solche Schaltung oder wie einfach kann ich sie von Grund auf neu bauen?

3. Ich habe irgendwo gelesen, dass das Anschließen eines Geräts an eine nicht stabilisierte Eingangsquelle (in diesem Fall der 5-Volt-Ausgang vom Dynamo an mein iPhone) das Gerät abblasen würde. Wenn ich also beim Aufbau (oder Kauf) der oben genannten Schaltung von Punkt 2 nicht erreichen konnte, kann ich den 5-Volt-Ausgang zum Laden von Zwischenbatterien wie einem Lithium-Ionen-Solar- Ersatzladegerät für das iPhone und einem AAA-Akku über ein USB-Ladegerät und verwenden Verwenden Sie diese, um meine Geräte aufzuladen?

Verwenden Sie keinen Brückengleichrichter. Es ist ineffizient, da Sie zwei Diodentropfen in Reihe benötigen und den Rahmen nicht als Masse für eine Gleichstromlampe (wie eine moderne LED-Fahrradleuchte) verwenden können. Betrachten Sie stattdessen einen Spannungsverdoppler

^{simulieren Sie diese Schaltung - Schema erstellt mit CircuitLab}

Der 'Regler' kann ein Stromregler oder nur ein Zener sein, gefolgt von einem Grenzwiderstand. Mehrere in Reihe geschaltete LEDs können die mitgelieferte zusätzliche Spannung nutzen. Genauigkeit ist ebenso wie Effizienz in dieser Anwendung weniger als 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 Laden von einer 5-V-Quelle ist möglich, aber abhängig von solchen Dingen weniger als zufriedenstellend. Der Generator verfügt über die gesamte Leistung, die Sie benötigen.

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, leicht zu finden und recht zuverlässig, wenn es innerhalb der Spezifikationen betrieben wird. Jeder Elektronikhändler wird sie haben. Da es sich nur um eine bestimmte Anordnung von vier Dioden handelt, 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 wahrscheinlich ein Schaltnetzteil . Es ist keine einfache Schaltung zu bauen, 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 vom Dynamo an mein iPhone) das Gerät abblasen würde.

Das ist genau richtig. Wenn Ihr Gerät nicht für die von diesem Hub gelieferte Spannung ausgelegt ist, wird es höchstwahrscheinlich dadurch beschädigt. Batterien benötigen zum Laden auch eine spezielle Stromversorgung. Die Versorgungsspannung muss größer sein als die Batteriespannung, aber nicht viel, sonst sind sie normalerweise beschädigt. Die Besonderheiten variieren stark zwischen den Batteriedesigns, aber es ist eine sichere Annahme, dass das direkte Anschließen einer Batterie an diesen Dynamo zu schlechten Ergebnissen führt.

Mein Rat: Da sich aus Ihrer Frage ergibt, dass Sie wenig Kenntnisse in Elektrotechnik haben und das, was Sie erreichen möchten, nicht trivial ist, sollten Sie sich an kommerzielle Produkte halten, die für die Verwendung mit diesem Hub entwickelt wurden.

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

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

Zunächst einmal ist bei Ihrer Frage eine wichtige Sache zu beachten: Sie möchten einen USB-kompatiblen Ausgang. Dies kann ein ziemliches Problem sein, da elektronische Geräte eine stabile Ausgabe benötigen. Angenommen, Sie möchten Ihr Handy während der Fahrt aufladen: Wenn Sie das Fahrrad anhalten, wird das Aufladen "ausgeschaltet". Wenn Sie sich wieder in Bewegung setzen, wird der Ladevorgang "eingeschaltet" (und wahrscheinlich piept das Telefon und schaltet das Display ein).

In diesem Fall benötigen Sie also eine komplexere Schaltung, wahrscheinlich einschließlich einer Batterie. Das habe ich nie getan. Phill Frost hat es bereits ausführlich erklärt.

Wenn Sie nur eine BELEUCHTUNG wünschen, dann funktioniert mein aktuelles Setup sehr gut und besteht aus:

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

Damit erhalte ich eine recht stabile (mindestens über 5 Meilen pro Stunde) und scharf geregelte 6,8-V-Leistung. Die 6,8 V anstelle von 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 Leistung dieser Dynamos nominell 6 V / 3 W beträgt, wird durch die Verwendung von 6,8 V / 5 W die Spannung kontrolliert und es wird nur sehr wenig Strom verloren: Der größte Teil der Energie wird durch die von Ihnen angeschlossenen LEDs verbraucht.

Und da der Strom auf 3 W (0,5 A) begrenzt ist, werden Sie den 5-W-Zener auch dann nicht durchbrennen, 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).

Das SVG-Schema können Sie hier haben:

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

Und das Letzte (hässlich, aber überraschend robust und wetterbeständig) ist unten. Beachten Sie, dass nur die Dioden und der Kondensator das sind, was Sie wollen, aber ich habe die LEDs auf derselben Platine montiert, weil ich dieses Projekt persönlich bevorzugt habe.

Ich würde einen Vollbrückengleichrichter vorschlagen, gefolgt von einem Kondensator und einer vorgefertigten DC-DC-Abwärtsschaltung (Buck). Sie können viele finden, die ungefähr 20x35x10mm groß sind und jeweils ungefähr 2-5 Dollar kosten, inklusive Versand aus Hongkong.

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

Jede andere Lösung mit Widerständen (wie ein Zener-Regler oder ein Linearregler) ist weniger effizient.

Die verschiedenen hier aufgeführten Lösungen werden in dieser Antwort auf die Frage " Wie konvertiere ich 6V AC in 5V DC? " Erläutert : eine technische Version dieser Frage.

Ich habe gerade einen Regler in diese Richtung gebaut:

KBPC104 2A 200V Brückengleichrichter 470uF 100V elektrolytischer Abwärtswandler auf LM2596-Basis von e-bay

Es scheint auch bei sehr langsamer Drehung des Rades sofort zu laden und ich kann von der Nabe hören, dass es voll beladen ist. Mein Hub ist ein SON-Delux, daher ist es wichtig, dass ich mit niedriger Geschwindigkeit ausgeben kann, insbesondere, wenn ich in den Bergen fahre, wo ich manchmal sehr langsam fahre.

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

Mein vorheriger Regler verwendete einen LM317 und der Cache-Akku erkannte nicht, dass er geladen wurde, wahrscheinlich weil die Spannung zu langsam anstieg.

Ich denke, das ist eine gute Strecke. Auch die Teile waren sehr billig.

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