Hi, der(die) ein oder andere Leser(in) hier im Forum hats vielleicht schon mal mitbekommen, dass ich eine Standlichtschaltung fürs Fahrrad entwickelt habe. Diese Schaltung richtet sich an alle Rad-Tourenfahrer, die die Energie ihres Nabendynamos sinnvoll nutzen wollen ;) Sie bietet folgende Funktionalitäten an: -Speisung über herkömmlichen Nabendynamo -Interner Akku als Puffer -2 Ausgabespannungen: 7.2V für Fahrtlicht (6V sind auch möglich) + 5V für USB -siehe oben ;) USB-Lademöglichkeit Die Schaltung, Platine und ein paar Bilder hängen diesem Beitrag an. Kurze Erklärung der Funktion: Die vom Dynamo kommende Wechselspannung wird gleichgerichtet, und von C2/C3 gepuffert. C1 dient der Unterdrückung von HF-Störungen. Danach folgt ein Shuntregler, der rund um VR1 und Q3 aufgebaut ist. Dieser begrenzt die vom Dynamo abgegebene Spannung auf 11.2 Volt. Warum das? (Anmerkung hierzu: Da ein Dynamo eine Stromquelle ist, kann die abgegebene Spannung sehr viel höher sein als die angegebenen 6V) Mit dieser Spannung wird ein LiFePO4-Akku aus 3 Zellen geladen. Sie entspricht in etwa der Ladeschlußspannung des Akkus. Der Akku wird zunächst vom Dynamo (der eine Stromquelle ist!) mit einem nahezu konstanten Strom von 500mA geladen, bis 11.2V erreicht sind. Dann greift der Shuntregler, und hält die Spannung stabil bei 11.2V. Der Akku kann jetzt als geladen angesehen werden. Das Ladeverfahren ist also CCCV, was für LiFePo4 das gängige Verfahren darstellt. Die Ladeschaltung ist nicht optimal, aber hier müssen die Gegebenheiten am Fahrrad (schwankende Eingangsleistung und -Spannung) berücksichtigt werden, wodurch sich komplexe Ladeschaltungen verbieten. Aus demselben Grund habe ich mich auch entschlossen, hier einen Shuntregler einzusetzen, da sich Schaltrgeler bei stark schwankender Eingangsspannung in Kombination mit der Charakteristik des Dynamos als problematisch erwiesen haben. An den Laderegler/Akku schließt sich ein Schaltregler rund um IC2 an, welcher aus der Akkuspannung eine stabile Spannung von 7.2 bzw. 5V für Fahrtlicht bzw. USB erzeugt. Der Regler erzeugt 7.2V, wenn JP2 offen ist, andernfalls 5V. Ggf. muss R11 etwas justiert werden. Der Regler wird durch R5 strombegrenzt, wobei R5 so ausgelegt ist, das etwa 550 mA entnommen werden können. Achtung: Da R5 im Eingangszweig des Reglers hängt, ist der max. Strom am Ausgang auch von der Akkuspannung abhängig. Die Schaltung eignet sich also NICHT, um damit direkt LEDs zu treiben; Die Strombegrenzung dient dem Kurzschluß- und Überlastschutz. Der Regler ist so ausgelegt, dass er direkt mit modernen LED-Scheinwerfern zusammenarbeitet (darum auch 7.2V). Die ganze Schaltung habe ich in ein Metallgehäuse eingebaut, wobei zusätzlich zu der Platine und dem Akku nur noch die Schalter (bzw. ein Schalter 2*um mit Mittelstellung) und einige Kleinteile benötigt werden. Die Halterung habe ich so ausgelegt, dass sie direkt am Rahmen befestigt wird; Die Schaltung wird dabei einfach in die Zuleitung des Dynamos eingeschleift. Für die elektrischen Verbindungen nutze ich Stecker aus dem KFZ-Bereich, die ich mit Schrumpfschlauch isoliert habe. Der Einbau muss sorgfältig erfolgen, da die Schaltung später am Rad Schütteleien und auch mal Stürze aushalten können sollte. Ein paar Daten: -Eingangsspannung 0-12V AC, 500mA -Ausgang 7.2V / 5V DC, 500mA -Akkukapazität: 1.2 Ah, reicht für etwa 2:45 Std Standlicht -Ladung: Bei Licht aus ab etwa 8-10 km/h, bei Licht an ab etwa 15 km/h -Ladeleistung: C/0.4 bei Licht aus, C/12 bei Licht an -Max. Ladestrom 500 mA bei >15 km/h -Max. aufgenommene Leistung: 6 VA bei 12V -Name: BikeBox EVO Die Daten sind gemittelt und hängen natürlich auch vom Dynamo sowie der Laufradgröße ab. Die Schaltung ist komplett getestet und läuft seit einigen Wochen über bis jetzt ca. 1000 km fehlerfrei am Tourenrad. Fragen sind willkommen ;) gruß tobi
Eine Anmerkung: Nicht über manche Bauteile wundern ;) Ich hab das genommen, was ich grad da hatte ;) PS. Ich sehe grad, das auf dem Bild der Platine die Massefläche fehlt - in der Eagle-Datei ist sie vorhanden. Noch ein Wert: Effizienz: etwa 82%, gemessen bei Pout=3.6W und Uin=12V. Allerdings war Uin DC, so dass dies nicht der tatsächlichen Effizienz im Dynamobetrieb entspricht. Die praktische Erfahrung zeigt aber, dass mein Shinamo-Nabendynamo ab etwa 15 km/h ausreicht, um die Akkus selbst bei eingeschaltetem Licht noch mit C/12 zu laden; Bei ausgeschaltetem Licht ist die Ladeleistung bei C/0.4 bei >=15 km/h. Das reicht für mich. gruß tobi
Anbei eine kurze Aufbauanleitung. Ich verwende das Alu-Gehäuse Bopla A102. Die Platine wird einfach mit dem Gehäuse am Boden mittels 4 M3-Schrauben verschraubt. Logisch, das hierfür 4 3m--Löcher gebohrt werden müssen ;) Auf ausreichenden Abstand der Platine zum Gehäuse ist dabei zu achten, um Kurzschlüsse zu vermeiden. 2mm Abstandhalter und eine zusätzliche Isolation des Gehäusebodens (z.b. mittels aufgeklebter PC-Folie) haben sich herfür bewährt. Der Shuntregel-transistor Q3 und der Ladekondensator C2 werden dabei nicht auf der Platine montiert; Q3 wird mittels Glimmerschreibe und Plastikschraube an der Gehäuserückwand befestigt; C2 wird liegend an den Gehäuseboden geklebt. Auf guten Wärmekontakt von Q3 mit dem Gehäuse ist dabei zu achten, da Q3 bei vollem Akku bis zu 5.5W verheizen muss. Die 3 Lithium-Akkus werden zu einem Pack zusammengefügt, + und - mit einen ca 7 cm langen Draht versehen und dann geeignet isoliert (z.B. mittels Klebeband oder Schrumpflschlauch) und mit 2-Komponenten-Kleber im Gehäusedeckel verklebt. Der Schalter wird in die Gehäusefront gesetzt, dafür muss ein 6mm-Loch gebohrt werden. Das Verdrahtungsschema habe ich angehängt. Die Drähte für Ein- und Ausgang sowie für den USB werden über die vorhandenen Kabeleinführungen des Gehäuses nach außen geführt und beidseitig mit Kabelbindern o.ä. zugentlastet. Anschließend werden die Einführungen versiegelt; Ich habe sie einfach mit wasserbeständigem Kleber aufgefüllt. Die Anschlüße für Dynamo und Licht werden mit geeigneten Anschlußsteckern (z.B. aus dem KFZ-Bereich) versehen, für den USB nutze ich eine simple Chinchbuchse, die ich abgedichtet habe. Dazu dann natürlich einen Adapter Chinch auf USB. Ich hoffe ich habe nichts gergessen, bei Fragen einfach fragen ;) Anbei die Reicheltliste für die benötigten Teile: LIFEPO4 18650FPZ Lithium-Eisen-Phosphat Akku YT18650 FP 1 3 9,95 € 29,85 € CK HQ RT Cinchkupplung, High-Quality, 6,4mm, rot 1 1 1,05 € 1,05 € LA 205-5 Zwillingslitze, flexibel, 2x0,5mm², 5m-Ring 1 1 1,10 € 1,10 € MS 500J Kippschalter, 2-polig, 3A-250VAC, (Ein)-Aus-(Ein) 1 1 2,45 € 2,45 € BOPLA A-102 Alu-Gehäuse, IP66, 98x 64x 34mm 1 1 15,95 € 15,95 € Verdrahtungsschema: Schalter-PIN : Bikebox-Platine 1 und 3 : + Eingang Schaltgler (JP4/1) 2 : Akku + (JP4/2) 4 : +Ausgang USB (USB-Kabel + und JP5/1) 5 : +Ausgang Schaltregler (JP3/1) 6 : +Ausgang Licht Masse (JP3/2) wird mit Minus des Ausgangskabels und des USB-Kabels verbunden; JP5/2 bleibt offen. So entsteht eine Verschaltung, in der mit dem Schalter die Positionen Fahrtlicht - aus - USB gewählt werden können.
Nochmal komplett, da fehlte was. Sorry! Anbei eine kurze Aufbauanleitung. Benötigtes Material: 2-Komponenten-Kleber wasserfest Schrumpfschlauch diverse 4 * Schraube M3*2.5 Schlitz mit Kontermutter Metall 1 * Abstandhalter M3 2mm 1 * PVC-Folie 1 * Schraube M3*2.5 Schlitz mit Kontermutter Kunststoff für Q3 1 * Zwillingslitze 2*0.5mm² ca. 50 cm 5 * Kabelbinder Benötigtes Werkzeug: Lötkolben Schraubendreher Schlitz 1 * Bohrer für Alu 3mm 1 * Bohrer für Alu 6mm 1 * Akkubohrer oder Bohrmaschine regelbar Aufbau Platine: Zunächst wird die Platine bestückt. Es empfiehlt sich, erst die kleinsten SMD-Bauteile zu bestücken, dann die Kondensatoren, und zum Schluß die bedrahteten Teile. Q3 und C2 werden dabei nicht auf der Plaine montiert (siehe unten). Q1 wird "liegend" montiert, siehe Fotos. Kein Bauteil darf höher von der Platine abstehen als die Kondensatoren, da es sonst im komplett eingebautem Zustand mit dem Akku kollidieren kann! Die Platine wird dann an ein Labornetzteil (13V, 100 mA) gehängt, und der Shuntregler wird mit R4 auf 11.2 Volt (gemessen an JP1-1 und JP1-2) eingestellt. Dann wird JP4 gebrückt, womit der Schaltregler einschaltet. Dieser wird mit R6 auf 7.2V (gemessen an JP3-1 und JP3-2) abgeglichen. Dann wird JP5 gebrückt, und geprüft, ob die Ausgangsspannung auf etwa 5V zurückgeht. Ist dies nicht der Fall, wird R11 vergrößert, bis etwa 5V anliegen. Alle Brücken werden jetzt entfernt. Einbau ins Gehäuse: Ich verwende das Alu-Gehäuse Bopla A102. Die Platine wird einfach mit dem Gehäuse am Boden mittels 4 M3-Schrauben und Kontermuttern verschraubt. Die Schrauben werden dabei von außen eingeführt. Logisch, das hierfür 4 3m--Löcher gebohrt werden müssen ;) Auf ausreichenden Abstand der Platine zum Gehäuse ist dabei zu achten, um Kurzschlüsse zu vermeiden. 2mm Abstandhalter und eine zusätzliche Isolation des Gehäusebodens (z.b. mittels aufgeklebter PC-Folie) haben sich herfür bewährt. Die Platine sollte so tief wie möglich im Gehäuse sitzen, da der Akku später einen Großteil des Raums im Gehäuse einnimmt. Aus diesem Grund wird auch C2 nicht auf der Platine bestückt (siehe nächsten Abschnitt). Der Shuntregel-Transistor Q3 und der Ladekondensator C2 werden nicht auf der Platine montiert; Q3 wird mittels Glimmerschreibe und Plastikschraube an der Gehäuserückwand befestigt; C2 wird liegend an den Gehäuseboden geklebt. Beide werden mit Drähten (ca 5 cm lang) mit der Platine verbunden; Die Lötungen sollten dabei zwecks besserer Stabilität mit Schrumpfschlauch versehen werden. Auf guten Wärmekontakt von Q3 mit dem Gehäuse ist dabei zu achten, da Q3 bei vollem Akku bis zu 5.5W verheizen muss. Die 3 Lithium-Akkus werden zu einem Pack zusammengefügt (in Reihenschaltung verlötet und zusammengeklebt), + und - des Akkupacks mit je einem ca 7-8 cm langen Draht versehen und dann geeignet isoliert (z.B. mittels Klebeband oder Schrumpflschlauch) und mit 2-Komponenten-Kleber im Gehäusedeckel verklebt. Auf festen Sitz des Akkus ist dabei unbedingt zu achten! Es empfiehlt sich, den Akkudraht zusätzlich mit Schrumpfschlauch zu isolieren. Der Schalter wird in die Gehäusefront gesetzt. Dafür muss ein 6mm-Loch gebohrt werden. Das Verdrahtungsschema habe ich angehängt. Die Drähte für Ein- und Ausgang sowie für den USB werden über die vorhandenen Kabeleinführungen des Gehäuses nach außen geführt und beidseitig mit Kabelbindern o.ä. zugentlastet. Anschließend werden die Einführungen versiegelt; Ich habe sie einfach mit wasserbeständigem Kleber aufgefüllt. Ggf. müssen die Kabeleinführungen etwas erweitert werden. Test: Die ganze Box kommt jetzt an ein Labornetzteil (13V, 500mA). Nun wird getestet, ob der Akku geladen wird, und ob Licht und USB funktionieren. Wenn alles funktioniert, wird das Gehäuse verschlossen und verschraubt. Dabei ist darauf zu achten, das keine Kabel o.ä. vom Akku gequetscht werden, da nur sehr wenig Platz im Gehäuse verbleibt. Anbau am Rad: Die Anschlüße für Dynamo und Licht werden mit geeigneten Anschlußsteckern (z.B. aus dem KFZ-Bereich) versehen, für den USB nutze ich eine simple Chinchbuchse, die ich abgedichtet habe. Dazu dann natürlich einen Adapter Chinch auf USB. Ein Wort noch zur Montage am Rad: Ich verwende dafür simple Scharniere aus dem Baumarkt als Montagewinkel, wobei durch die verbleibenden Schraublöcher der Winkel Kabelbinder gezogen werden, welche die Box am Rahmen halten. Die elektrische Verbindung stellen Stecker und Kabelschuhe aus dem KFZ-Bereich der, die zusätzlich mit Schrumpfschlauch ummantelt wurden. Das Gerät selbst wird damit direkt in die Dynamozuleitung eingefügt. Die Zuleitung MUSS dabei zweipolig sein, da bei Nutzung des Rahmens als "Masse" eine Halbwelle kurzgeschlossen wird, was die Ladeleistung halbiert. Ich hoffe ich habe nichts gergessen, bei Fragen einfach fragen ;) Anbei die Reicheltliste für die benötigten Teile: LIFEPO4 18650FPZ Lithium-Eisen-Phosphat Akku YT18650 FP 1 3 9,95 € 29,85 € CK HQ RT Cinchkupplung, High-Quality, 6,4mm, rot 1 1 1,05 € 1,05 € LA 205-5 Zwillingslitze, flexibel, 2x0,5mm², 5m-Ring 1 1 1,10 € 1,10 € MS 500J Kippschalter, 2-polig, 3A-250VAC, (Ein)-Aus-(Ein) 1 1 2,45 € 2,45 € BOPLA A-102 Alu-Gehäuse, IP66, 98x 64x 34mm 1 1 15,95 € 15,95 € Verdrahtungsschema: Schalter-PIN : Bikebox-Platine 1 und 3 : + Eingang Schaltgler (JP4/1) 2 : Akku + (JP4/2) 4 : +Ausgang USB (USB-Kabel + und JP5/1) 5 : +Ausgang Schaltregler (JP3/1) 6 : +Ausgang Licht Masse (JP3/2) wird mit Minus des Ausgangskabels und des USB-Kabels verbunden; JP5/2 bleibt offen. So entsteht eine Verschaltung, in der mit dem Schalter die Positionen Fahrtlicht - aus - USB gewählt werden können. Ach ja, schwarz lackiert hab ich das Gehäuse noch - aber das ist kein Muss ;) gruß tobi
Sehr schön beschrieben! Ich habe ähnliches vor, nur noch etwas umfangreicher. 60Wh an Akkus, damit ich meinen 15W LED-Flagscheinwerfer damit betreiben kann. Nur nimmt man sich dann gleich zu viel vor, auch noch mit auswertung des Nabendynamos als Tachogeber, "Boardnetz" damit man die Lampe mit und ohne Akkus betreiben kann etc. Mir gefällt, dass du dein Gerät auf das wesentliche Reduziert hast, sodass man es "mal eben" nachbauen kann (und vor allem mit Standardbauteilen) Respekt und Danke! :) PS: Vielleicht solltest du einen Artikel im Wiki dadraus machen? Dann geht das nicht so leicht unter!
Hallo Hauke, danke für die Anregung. Werd ich gern tun. Aber jetzt muss ich ja doch mal fragen: 60 Wh an Akkus? Da vermute ich mal was a la 12V 5 Ah. Willst du die nur per Dynamo laden? Das dauert doch ewig...und das Gewicht ist auch nicht ganz ohne, selbst bei Lithium-Akkus. gruß tobi
Hier sind Bilder von einem weiteren Gerät. Dies ist das erste Gerät aus einer Kleinserie von 3 Geräten für ein paar Freunde und Bekannte. gruß tobi
Eher 2x 3,3V 10Ah ;) LiFePO Ja natürlich dauert es ewig, wenn man das nur über den Dynamo laden will, deswegen ist auch eine externe Lademöglichkeit vorgesehen. Der Akku soll auch ein Fahrradnavi versorgen. Außerdem versuche ich etwas mehr als die 6VA aus dem Dynamo zu holen, mal sehen ob das funktionieren wird ;)
Hi Hauke, korrektur: Es sind regulär 3 VA (6V, 500mA). Mit Optimierungen (siehe BikeBox-Wiki) bekommst du aber auch mehr heraus, mit guten Dynamos sind 6-8 Watt drin, allerdings ist das auch Geschwindigkeitsabhängig! Die BikeBox selbst schaftt 5.5W Ladeleistung (11V, 500mA) am Shimano Nabendynamo bei >= 15 km/h. Allerdings ist deine Akkuspannung selbst in Reihenschaltung recht niedrig (6.6V), so das die Ladeleistung max. 3.3W (mit Serienkondensatoren vielleicht auch 4 Watt oder so) erreichen kann. Schaltregler zu Erhöhung des Ladestroms am Dynamo funktionieren nach meiner Erfahrung auch nicht besonders gut, da sich der Dynamo in etwa wie eine Konstantstromquelle mit stark schwankendem Spannungsbereich verhält. Ergo auch keine Lösung ;( Und wozu brauchst du 60 Wh am Fahrrad? Das reicht selbst bei deinem 15W-Scheinwerfer, um ihn (effizienter Regler vorausgesetzt) für mind. 3h zu betreiben. Dein GPS würde bestimmt zwei Wochen dran laufen ;) Zum Vergleich: Ich nutze 9.9V und 1.2 Ah (knapp 12 Wh) aus einem LiFePo4-Akku. Ein Standardscheinwerfer mit 3W + 0.5W Rücklicht läuft damit rund 2,5h im reinen Akkubetrieb, mein Garmin GPS würde 40h im reinen Akkubetrieb laufen. Im kombinierten Betrieb übernimmt der Dynamo ab etwa 10-15 km/h die Versorgung und lädt den Akku nebenbei noch. Gewicht ist auch noch ein Thema. Ich komme mit Gehäuse & co auf 420 Gramm. Tip von mir: wähle eine höhere Akkuspannung (z.B. 9.9V oder 13.2V), dann ist die Ladeleistung deutlich höher. Die Kapazität würde ich kleiner wählen (zB. 2.5 Ah = Zellengröße 26550), dann ist der Akku im Dynamobetrieb auch deutlich schneller geladen. Zusätzlich würde ich die Ladeschaltung möglichst effizient auslegen, und mit Serienkondensatoren experimentieren, und dann ab Akku alle benötigten Ausgangs-spannungen und -ströme mittels Schaltregler erzeugen. gruß tobi
Hi Tobias, danke schon mal für die Tipps! Ich hab nen SON28, ich hoffe aus dem kann ich etwas herauskitzeln! Geplant hatte ich gleichrichter --> "zwischenkreis" --> maximum power point tracker --> step down laderegler. Ob das effizient funktioniert wird sich zeigen, aber ich hatte gehofft durch eine höhere zwischenkreisspannung und evtl kapazitive impedanzanpassung mehr leistung aus dem Dynamo holen zu können. Die Geschwindigkeitsabhängigkeit dürfte nicht so ins gewicht fallen, bin eh meistens mit über 25 unterwegs. Nach den nächsten zwei Klausuren und dem Urlaub kann das Testen dann losgehen ;)
Hallo Hauke, interessanter Ansatz. Zwei anmerkungen dazu: Hauke Radtki schrieb: > Geplant hatte ich gleichrichter --> "zwischenkreis" --> maximum power > point tracker --> step down laderegler. Der Ansatz mit dem MPP-Tracker macht es interessant. 2-3 Dinge gebe ich dir noch mit auf den Weg: 1.) Wenn keine Last gezogen wird, weil der Akku voll ist, geht die Spannung des Dynamos hoch. Das muss der Regler aushalten können oder mittels Last (Shuntregelung) vernichten. 2.) Der MPP-Tracker muss mit schnellen Änderungen der Eingangsspannung zurechtkommen, was das Design z.B. gegenüber Solarreglern verkomplizieren dürfte. Hauke Radtki schrieb: > Die Geschwindigkeitsabhängigkeit dürfte nicht so ins gewicht fallen, bin > eh meistens mit über 25 unterwegs. Du musst bedenken, dass die Regelung unter allen Bedingungen auch stabil arbeiten muss, z.B. beim Anfahren, Ampelstops oder wenns mal bergauf geht. Oder eben auch, wenn der Akku voll ist, du aber mit 40km/h unterwegs bist. Hauke Radtki schrieb: > Nach den nächsten zwei Klausuren und dem Urlaub kann das Testen dann > losgehen ;) Viel Spass dabei ;) Ich muss aber noch loswerden, dass die Bikebox und auch andere Schaltungen wie z.B. der Forumslader eben so einfach gehalten werden, weil wir als Entwickler schon lange Testreihen hinter uns haben. Das soll dich nicht entmutigen, aber es gibt viele Probleme zu lösen, und die Regelung muss unter allen Bedingungen stabil arbeiten. Folgendes habe ich z.B. schon selbst getestet (vereinfacht dargestellt): -Simpelvariante Gleichrichter-Sieb C-Akku: Akku wird überladen -Schaltregler Step-Down mit Eingangsstromüberwachung: Regelung pulsiert, da eine Spannungsquelle hinter eine Stromquelle läuft, Dynamospannung läuft bei zu geringer Last hoch -Shuntregler: Das momentane Optimum; Akku wird nicht überladen, Regler ist inaktiv und sehr effizient bis Akku geladen ist, überflüssige Leistung wird verheizt Folgende Faktoren sind beim Design zu berücksichtigen: -Die Akkus müssen für eine Ladung mit CCCV ohne Temperaturmessung o.ä. geeignet sein (ist bei Lifepo4 gegeben, wenn man die Ladeschlußspannung nicht höher als 3.7V/Zelle ansetzt) -Akkus müssen eigensicher sein, d.h. dürfen bei Kurzschluß oder Überlast kein Feuer fangen (ist bei LiFePo4 gegeben) -Dynamo verhält sich ab etwa 15 km/h wie eine Stromquelle bei 500mA Abgabestrom; Ohne Last läuft die Spannung hoch und kann mehr als 60V erreichen! -Unter 15 km/h ist die Leistungabgabe stark geschwindigkeits- und lastabhängig. -Mit geeigneten Serien-C lässt sich mehr als 500mA aus dem Dynamo ziehen, da der induktive Blindwiderstand teilweise kompensiert wird. -Der Dynamo gibt durch Gleichrichtung und Sieb-C keinen sauberen Sinus ab, auch treten Spikes auf. -mechanische Faktoren sind ebenso zu berücksichtigen; Die gesamte Schaltung muss rüttel- und sturzfest sein. -Die Schaltung muss von -10 bis +50 Grad funktionieren gruß tobi
Vielen Dank für die ganzen Tipps! :D >>2.) Der MPP-Tracker muss mit schnellen Änderungen der Eingangsspannung >>zurechtkommen, was das Design z.B. gegenüber Solarreglern >>verkomplizieren dürfte. Ich denke schneller als 1-2Hz brauch man die MMP Regelung nicht nachführen, da man im Bereich in dem die Effizienz wichtig ist eh keine großen Geschwindigkeitsänderungen haben wird. >>-Schaltregler Step-Down mit Eingangsstromüberwachung: Regelung pulsiert, >>da eine Spannungsquelle hinter eine Stromquelle läuft, Dynamospannung >>läuft bei zu geringer Last hoch Bei geringer Last könnte man die Dynamospannung choppen, so muss man nicht sinnlos leistung verheizen. Mosfets mit 150V Spannungsfestigkeit gibt es ja genug. Zur not kann man noch eine Überspannungssicherung bei 100V oder so ähnlich parallel zum Dynamo schalten. Dann kann nix hochlaufen ;) >>-Die Akkus müssen für eine Ladung mit CCCV ohne Temperaturmessung o.ä. >>geeignet sein (ist bei Lifepo4 gegeben, wenn man die Ladeschlußspannung >>nicht höher als 3.7V/Zelle ansetzt) Ja ich habe Lifepo4 im geplanten Einsatz ;) CC sollte kein problem sein, CV wird da schon kritischer, zur not kann man im CV betrieb dann einen shuntregler einsetzen, wenn das die regelung vereinfacht. >>-Dynamo verhält sich ab etwa 15 km/h wie eine Stromquelle bei 500mA >>Abgabestrom; Ohne Last läuft die Spannung hoch und kann mehr als 60V >>erreichen! Wie gesagt, man könnte die Dynamospannung (am einfachsten nach dem Gleichrichter, vor den Elkos) choppen, also Spannung per komparator mit maximalspannung vergleichen und wenn sie dadrüber liegt, den Mosfet abschalten. So kann die Spannung im leichtlastbetrieb nicht zu hoch werden. >>-Mit geeigneten Serien-C lässt sich mehr als 500mA aus dem Dynamo >>ziehen, da der induktive Blindwiderstand teilweise kompensiert wird. Ja das habe ich mir auch schon gedacht, hast du eine größenordnung für die Induktivität eines Dynamos? Oder zur not für den Serien-C? >>-mechanische Faktoren sind ebenso zu berücksichtigen; Die gesamte >>Schaltung muss rüttel- und sturzfest sein. >>-Die Schaltung muss von -10 bis +50 Grad funktionieren Ja das muss man auch beachten, aber ich hoffe in SMD Bauweise wird das ganze halbwegs vibrationsfest. Befestigen werde ich das ganze unter meinem Gepäckträger, da wirds hoffentlich sturzfest sein ;) Schön mit jemandem zu Reden der schon ein paar Erfahrungen zum Radreglerbau hat ;)
Ich spiel momentan auch mitm Nabendynamo rum, allerdings arbeite ich (noch) ohne Akkus. Ich habe mir eher das Ziel gesetzt mit einer XM-L + Zusatzschaltung eine in Serie verschaltete MC-E zu toppen (sowohl in Leistung als auch in Preis). Das Ergebniss ist bis jetzt allerdings etwas ernüchternd. Ich hab dafür auch meinen Nabendynamo in einen kleinen improvisierten Prüfstand vermessen. Das interessante dabei ist, dass der MPP ziemlich genau beim halben Kurzschlussstrom liegt (der liegt über nahezu den kompletten Geschwindigkeitsbereich bei ca. 0,6A) und auch gar nicht genau getroffen werden muss. Solange der Strom ca. 0,2-0,4A beträgt ist die Leistungsabgabe des Dynamos recht nahe am Maximum. Dadurch kann man natürlich einen einfachen Quasi-MPP Regler realisieren, in dem man den Eingangsstrom regelt (ist bei mir momentan ein einfacher Step-Down, dessen Regelkreis den Eingangsstrom konstant bei 0,3A hält). Das ist allerdings auch der Grund, warum ich mein Ziel bisher nicht erreichen konnte, da 4 in Serie geschaltete LEDs im Bereich vom 10-25km/h sehr nahe am MPP sind. Erst bei höheren Geschwindigkeiten kann ich mir der XM-L + Zusatzbeschaltung mehr raushohlen. Du wirst auf Grund der geringeren Akkuspannung sicherlich schon bei geringeren Geschwindigkeiten von einer MPP Regelung profitieren können, aber warscheinlich wäre es effizienter wenn du einfach 4 Zellen in Reihe schalten würdest. Es gibts aber noch andere Möglichkeiten die Ausgangsleistung des Dynamos zu erhöhen. Die Kompensation des Blindwiderstands mittels Serienkondensators wurde ja schon genannt. Das könnte man ja durch eine geschickte geschwindigkeitsabhängige Verschaltung von zwei oder drei unterschiedlichen Kondensatorwerten optimieren. Man kann natürlich auch noch den Oberwellenanteil reduzieren in dem man den Pufferkondensator weglässt (wie bei einer aktiven PFC), allerdings ist das auch ein recht großer Aufwand, verglichen mit dem was man dadurch rausholt.
@Hauke: Die Spannung zu choppen, wäre noch eine Idee. Mit der MPP-Regelung bin ich immer noch skeptisch, lasse mich aber gern eines besseren belehren. Zum Serien-Kondensator: Die besten Ergebnisse bei Nabendynamos hatte ich bei 2*470yF antiseriell. Das ist auch die Größenordnung, die Jens für seinen Forumslader verwendet. Er empfiehlt bei Seitenläufern und 28er Nabendynamos am 20er Rad kleinere Kondensatoren. Allerdings war es bei mir so, dass der Effekt erst >20 km/h deutlich ausgeprägt war, während es unter 15 km/h sogar zu Leistungsverlusten durch den ESR der Kondensatoren kam. Daher habe ich das zunächst wieder verworfen, da für mich die Ladeleistung bis 20 km/h wichtig ist (ich bin Bergfahrer g). Wichtig ist auch der Lade-C. Dieser sollte nicht zu groß werden, da der Dynamo sonst in die Sättigung gerät. Bei mir haben sich 220yF als optimal erwiesen; Sowohl bei 100yF als auch bei 470yF bricht die Ladeleistung deutlich ein. @Fritz: Wie sieht dein Prüfstand aus? Und die Schaltung des MPP-Reglers wäre auch interessant! Was mich irritiert ist die Tatsache, das du den MP des Dynamos mit 300-400 mA angibst. Ich schaffe ohne MPP-Regelung schon knapp 500mA, Jens beim Forumslader bis zu 800 mA nur durch Optimierung der Schaltung. Oder habe ich da bezüglich des MPP-Konzeptes irgendwas falsch verstanden? 4 Zellen in Reihe sind eine Möglichkeit die Ladeleistung zu erhöhen, die Effizienz steigt aber nicht mehr an. Meine Schaltung (nur der Ladeteil) erreicht etwa 90% Effizienz, da Leistung lediglich an den Schottkydioden des Gleichrichters und der Rückfluß-Schutzdiode verlorengeht. Das sind zusammen rund 1.2V * 450 mA = 0,5W bei 5.1W max. Ladeleistung. Für mich kommen 4 Zellen aus einem anderen Grund nicht in Frage: Die würde ich nämlich schlicht nicht mehr in meinem Gehäuse unterbekommen. Und 2:30 Std Licht reichen mir auch ;) Anbei mal ein paar Leistungsdaten, ermittelt mit einem Taschenoszilloskop während einer Radtour. Die Leistung wurde mit einem Lastwiderstand von 25 Ohm gemessen, der einen Akku bei rund 90% Ladestand simuliert. Das Licht war dabei ausgeschaltet. Die Ladeleistung steigt ab 15 km/h nicht mehr an, da der Shuntregler die Spannung begrenzt. Mit Serien-C würde der abgegebene Strom und damit die Leistung vermutlich noch weiter ansteigen. Die Ungenauigkeiten sind natürlich nicht ohne, aber es zeigt sich schon ein Trend. Speed (km/h) / Ua (V) / Ia (A) / Pa (W) 0 0 0 / 0 5 6 0 / 0 10 9 0.2 / 1.8 15 / 11.4 / 0.43 / 4,9 break-even-Point ;) 20 / 11.4 / 0.45 / 5,1 25 / 11.4 / 0.45 / 5,1 30 / 11.4 / 0.45 / 5,1 35 / 11.4 / 0.45 / 5,1 40 / 11.4 / 0.45 / 5,1 Ich gebe noch etwas zu bedenken, warum die Reglung einfach gehalten werden sollte: Das Ausfallrisiko. Nichts ist dümmer, als wenn man bei all der Technik Nachts ohne Licht dasteht ;) Aber wenn sich ein Konzept finden würde, dass die Vorteile einer MPP-Regelung mit der Forderung nach Robustheit und Stabilität kombiniert, bin ich dabei. gruß tobi
Hi, ich mache auf Basis der Bikebox mal den Anfang eines einfachen Pflichten/Lastenhefts, das die Anforderungen an einen Dynamoladeregler dokumentiert, um daraus vielleicht mal etwas mit MPP-Regelung o.ä. entwickeln zu können. Dies ist nur als Anregung zu sehen, momentan bin ich mit der BikeBox sehr zufrieden. Aber klar, es gibt immer Verbesserungspotential! Das Gerät soll -mit den Verhältnissen am Dynamo (Stromquelle, Imax 500-800? mA, 0-75 Volt) dauerhaft und ohne Benutzereingriff zurechtkommen. Ob es dabei genügend spannungsfest ausgelegt wird, oder sich die Spannung (a la BikeBox) selbst ausregelt, ist zweitrangig. -Mit dem verzerrten Sinus des Dynamos und möglichen Spikes etc. umgehen können -2, 3 oder 4 Zellen LiIon/LiFePo4 oder PB 12V laden können ohne sie zu überladen. -mind 3-4 W (2 Zellen LiFePo4) oder 5 Watt (3/4 Zellen LiFePo4, PB 12 V) ab 15 km/h zur Verfügung stellen (nach oben hin gern mehr) -Parallel zum Akku angeschlossene Verbraucher mit betreiben können. -schüttelfest und sturzsicher sein -von -10 bis +50 Grad arbeiten können -nachbaubar sein und möglichst mit Standardbauteilen arbeiten -möglichst einfach bedienbar sein (install & forget) -speziell meine Anforderung: Die Platine darf nicht größer als 55* 8 * 70 mm (b h t) sein. Dafür reichen mir 3 Zellen LiFePo4. Externe Unterbringung von Bauteilen ist dabei begrenzt möglich. -Auch wieder meine Anforderung: Das gesamte Gerät darf nicht schwerer als 500g sein, d.h. die Platine sollte nicht schwerer als 100g sein. Dies sind bewußt nur die Anforderungen für den Lader, was jeder dahinter an Akkus und Verbrauchern betreibt ist hier nicht Thema, da die Anforderungen hier zu verschieden sind.
Tobias W. schrieb: > Allerdings war es bei mir so, dass der Effekt erst >20 km/h deutlich > ausgeprägt war, während es unter 15 km/h sogar zu Leistungsverlusten > durch den ESR der Kondensatoren kam. Das liegt nicht am ESR, sondern daran, dass der Kondensator bei niedrigen Frequenzen eben eine hohe Impedanz hat. Die maximale Leistung erzielt man bei Leistungsanpassung, also wenn der Betrag des Lastwiderstandes gleich dem Betrag der Quellimpedanz ist. Zusätzlich kann man die Leistung maximieren, indem man den induktiven Anteil des Dynamos mit einer Kapazität kompensiert, die optimale Kapazität ist allerdings geschwindigkeitsabhängig, so dass ein Serienkondensator immer nur bei einer Geschwindigkeit optimal wirkt. Bei höheren Geschwindigkeiten wird er letztendlich wirkungslos, bei geringeren Geschwindigkeit wird er zu einem großen Vorwiderstand. Tobias W. schrieb: > Wichtig ist auch der Lade-C. Dieser sollte nicht zu groß werden, da der > Dynamo sonst in die Sättigung gerät. In Sättigung gerät hier nichts. Das Magnetfeld wird im Dynamo von Permanentmagneten erzeugt und ist somit konstant. Die Verschlechterung bei großem Puffer Kondensator liegt am induktiven Anteil des Quellwiderstandes. Ein großer Pufferkondensator hat mehr Verzerrungen zur Folge und damit einen höheren Oberwellenanteil, für die stellt dann der induktive Anteil des Dynamos einen höheren Widerstand dar. Tobias W. schrieb: > @Fritz: Wie sieht dein Prüfstand aus? Und die Schaltung des MPP-Reglers > wäre auch interessant! > Was mich irritiert ist die Tatsache, das du den MP des Dynamos mit > 300-400 mA angibst. Ich schaffe ohne MPP-Regelung schon knapp 500mA, > Jens beim Forumslader bis zu 800 mA nur durch Optimierung der Schaltung. > Oder habe ich da bezüglich des MPP-Konzeptes irgendwas falsch > verstanden? Ich hab die Schaltung mal angehängt, allerdings hab ich sie schon leicht abgeändert. Der Pufferkondenstor sitzt jetzt vor dem Shunt, dadurch kann man prinzipiell die Schaltung noch weiter vereinfachen. Ist prinzipiell ein aus einem LM293 aufgebauter Schaltregler, der den Eingangsstrom regelt. Du verwechselt übrigens gerade Leistung mit Strom. Der Dynamo bringt die maximale Leistung eben nicht beim maximalen Strom.
Ich mische mich mal ein ;-) Tobias W. schrieb: > 0-75 Volt) dauerhaft Das reicht nicht. Der SON liefert angeblich Peaks von 100V. Tobias W. schrieb: > ohne sie zu überladen. Ein Tiefentladeschutz für die Akkus ist auch wichtig. Vermisse ich auch in deinem aktuellen Lader.
@Fritz: Vielen dank für die Erklärungen. Du hast natürlich Recht bezüglich des Unterschieds Impedanz - ESR. Aber genau das Problem, dass der C bei geringen Geschwindigkeiten wie ein Vorwiderstand wirkt, ist mein Problem, da ich als Bergfahrer des öfteren mit <15 km/h unterwegs bin, und C für derartige Geschwindigkeiten dann schon recht voluminös (passt nicht mehr in mein Gehäuse = für mich zu gross) wird. Mir reichen dann auch die etwa 5.5W Ladeleistung ab 15 km/h aus, mein persönliches Ziel "Akku wird auch bei enschaltetem Licht fitgehalten" ist erreicht, und die Schaltung ist einfach und effizient. Trotzdem finde ich die Diskussion sehr interessant, und bin gern bereit, an Optimierungen mitzuarbeiten, aber sie müssen (nur nach meiner Ansicht!) alle Anforderungen aus meinem letzten Beitrag erfüllen. Fritz schrieb: > In Sättigung gerät hier nichts. Das Magnetfeld wird im Dynamo von > Permanentmagneten erzeugt und ist somit konstant. Die Verschlechterung > bei großem Puffer Kondensator liegt am induktiven Anteil des > Quellwiderstandes. Ein großer Pufferkondensator hat mehr Verzerrungen > zur Folge und damit einen höheren Oberwellenanteil, für die stellt dann > der induktive Anteil des Dynamos einen höheren Widerstand dar. Du hast recht, der Begriff Sättigung war hier nicht angebracht, du drückst es besser aus. Definitiv bewirkt ein zu groß gewählter Pufferkondensator einen Abfall der Leistung von rund 1-2 W (1000yF zu 220yF), das belegen meine Versuche. Aber nein, ich habe nicht Leistung mit Strom verwechselt ;) Für mich ist der maximale Ladestrom relevant. Bei welcher Spannung liegt denn der Dynamo am MPP und wie viel Leistung konntest du somit entnehmen? @900ss D. Beides so nicht ganz korrekt. Der SON liefert zwar (soweit mir bekannt) einzelne Spikes mit 100V und mehr (wie auch andere Dynamos), diese lassen sich aber schon mit nem kleinen Varistor oder sogar nur mit 100n abfangen, da sie sehr schwach sind. Das haben zumindest meine Tests gezeigt. Die Spannung im Leerlauf steigt dagegen Linear mit etwa 1.5V/km, erreicht also 75V bei 50km/h. Für die meisten Radler sollte das ausreichen. Mehr Spannungsfestigkeit schadet natürlich nicht. Du hast recht, die Akkus müssen vor Tiefentladung geschützt werden. Einen dedizierten Tiefentladeschutz hat die Bikebox nicht, allerdings verhält sich der Ausgangsregler der Bikebox wie folgt: Ab etwa 8.2V sinkt die Spannung des Reglers im Lichtbetrieb ab, das Licht wird also dunkler. Schlußendlich muss man nur in die Pedale treten, falls das Licht dunkler wird und beim Abstellen des Rades kontrollieren, dass der Schalter auf "aus" steht. Mir reicht das zur Zeit aber klar - ein Tiefentladeschutz z.B. mittels Komparator ist eine simple und gute Ergänzung.
Ich würde vermuten, dass man bei geringen Geschwindigkeiten am besten mit überbrücktem Kondensator auskommt. Ich würde die Eingangsbeschaltung auf 150V auslegen, wenn deine Aussage stimmt, liegt mein Spannungsrekord bei 119V ... Aber in dem Bereich geht es garnicht mehr um "Effizienz" im eigentlichen Sinne, da würde ich eher sagen man schaltet ab, sodass man die "Rollverluste" gering hält, in dem Bereich muss man ja nicht zwingend laden ;) Ich werd in den nächsten Tagen mal anfangen den Schaltplan zu zeichen so wie ich mir das vorstelle, also zumindest schon mal Eingangskreis mit Schutzschaltung, wie ich den Schaltregler realisiere weiß ich noch nicht so ganz.
119V =80 km/h? respekt ;) Meiner liegt dann wohl bei 91.5V - ok gilt nicht war aufm Mountainbike, das hat keinen Dynamo ;) Spass bei Seite. Wie schon gesagt, Spannungsfestigkeit ist gut, aber die meisten werden kaum über 50 km/h kommen ;) Mein Shuntregler hat hier den Vorteil, dass er sich seine Maximalspannung selbst ausregelt, daher spielt Spannungsfestigkeit eher weniger eine Rolle. Ich habe die Eingangsstufe für 35V ausgelegt, in der Regel liegt die Spannung hier max. bei geregelten 11.4V. Aber klar, in jedem anderen Design muss die Leistung entweder verheizt oder die Verbindung zum Dynamo getrennt werden. Fritz z.B. vernichtet in seiner Schaltung ja auch alles oberhalb von 33V in D8 (in Kombination mit S1).Eine ähnliche Schaltung verwendet auch der Forumslader. In Frtz Fall würde ich die Eingangs_C (C1&C2) allerdings mit 50V auslegen, um etwas mehr Reserve zu haben. Alternativ nach Vorschlag von Hauke per MosFet und Komparator o.ä. choppen. Auf deinen Plan bin ich schon gespannt! Prinzipiell hat Fritz keinen schlechten Ansatz gewählt, allerdings ist zu klären, inwieweit sich das auf einen Akkulader übertragen lässt, da seine LED ganz andere Anforderungen hat als ein Akku. Aber dazu die Tage mehr, ich geh jetzt ins Bett ;) gute N8. gruß tobi
Hauke Radtki schrieb: > Ich würde vermuten, dass man bei geringen Geschwindigkeiten am besten > mit überbrücktem Kondensator auskommt. Das denke ich auch. Oder eben mit sehr großen und voluminösen Cs, was für mich keine Option ist. > Ich würde die Eingangsbeschaltung auf 150V auslegen, wenn deine Aussage > stimmt, liegt mein Spannungsrekord bei 119V ... Aber in dem Bereich > geht es garnicht mehr um "Effizienz" im eigentlichen Sinne, da würde ich > eher sagen man schaltet ab, sodass man die "Rollverluste" gering hält, > in dem Bereich muss man ja nicht zwingend laden ;) 119V =80 km/h? respekt ;) Meiner liegt dann wohl bei 91.5V - ok gilt nicht war aufm Mountainbike, das hat keinen Dynamo ;) Spass bei Seite. Ok überzeugt, nehmen wir 150V an. Mein Shuntregler hat hier den Vorteil, dass er sich seine Maximalspannung selbst ausregelt, daher spielt Spannungsfestigkeit eher weniger eine Rolle, das Ding muss lediglich Transienten aushalten können. Ich habe die Eingangsstufe für 35V ausgelegt, in der Regel liegt die Spannung hier max. bei geregelten 11.4V. Ich gebe dir Recht, aus Effizienzgründen sollte man bei anderen Designs als dem Shuntregler z.B. bei 40V choppen. Alternativ eben Leistung verheizen. Fritz z.B. vernichtet in seiner Schaltung ja auch alles oberhalb von 33V in D8 (in Kombination mit S1).Eine ähnliche Schaltung verwendet auch der Forumslader. In Fritz Fall würde ich die Eingangs_C (C1&C2) allerdings mit 50V auslegen, um etwas mehr Reserve zu haben. Alternativ nach Vorschlag von Hauke per MosFet und Komparator o.ä. choppen. Auf deinen Plan bin ich schon gespannt! Prinzipiell hat Fritz keinen schlechten Ansatz gewählt, allerdings ist zu klären, inwieweit sich das auf einen Akkulader übertragen lässt, da seine LED ganz andere Anforderungen hat als ein Akku. Aber dazu die Tage mehr, ich geh jetzt ins Bett ;) gute N8. PS. Ignoriert den letzten Post. Das war die Müdigkeit! gruß tobi
Tobias W. schrieb: > Aber nein, ich habe nicht Leistung mit Strom verwechselt ;) Für mich ist > der maximale Ladestrom relevant. Bei welcher Spannung liegt denn der > Dynamo am MPP und wie viel Leistung konntest du somit entnehmen? Ok, du hast eine Linearanwendung, da entspricht der Ladestrom dem Dynamostrom. Bei mir werkelt ein Schaltregler, da gilt das natürlich nicht. Die Spannung am MPP ist geschwindigkeitsabhängig, momentan erreiche ich mit der Schaltung 6W Ausgangsleistung bei 40km/h, das sinkt mit abnehmender Geschwindigkeit nahezu linear ab. Tobias W. schrieb: > Fritz z.B. vernichtet in seiner Schaltung ja auch alles oberhalb von 33V > in D8 (in Kombination mit S1).Eine ähnliche Schaltung verwendet auch der > Forumslader. In Frtz Fall würde ich die Eingangs_C (C1&C2) allerdings > mit 50V auslegen, um etwas mehr Reserve zu haben. Alternativ nach > Vorschlag von Hauke per MosFet und Komparator o.ä. choppen. D8 ist nur eine Vorsichtsmaßnahme und im Normalfall hat die nichts zu tun. Die eigentliche Begrenzung findet über D5 statt, sobald bei höheren Geschwindigkeiten die Eingangsspannung über 22V steigt, beginnt die zu leiten und dreht damit den DutyCycle des Schaltreglers auf und die Schaltung wird vom MPP- zum Shuntregler. PS: S1 ist ein stinknormaler Schalter, der zum ein- und ausschalten dient. Tobias W. schrieb: > Auf deinen Plan bin ich schon gespannt! > Prinzipiell hat Fritz keinen schlechten Ansatz gewählt, allerdings ist > zu klären, inwieweit sich das auf einen Akkulader übertragen lässt, da > seine LED ganz andere Anforderungen hat als ein Akku. So stark unterscheiden sich Akku und LED eigentlich gar nicht. Der größte Unterschied ist der, dass die LED nicht voll werden kann. Prinzipiell kann man die LED problemlos durch einen (1-2 Zellen-) Akku ersetzen, natürlich braucht man dann noch zusätzliche eine Abschaltung bei vollem Akku. Das könnte im einfachsten Fall ein einfacher Komparator sein, der bei Erreichen der Ladeschlussspannung die Verbindung zum Dynamo kappt und mit einer geeigneten Hysterese wieder einschaltet.
Hi Fritz, Fritz schrieb: > Ok, du hast eine Linearanwendung, da entspricht der Ladestrom dem > Dynamostrom. Bei mir werkelt ein Schaltregler, da gilt das natürlich > nicht. Die Spannung am MPP ist geschwindigkeitsabhängig, momentan > erreiche ich mit der Schaltung 6W Ausgangsleistung bei 40km/h, das sinkt > mit abnehmender Geschwindigkeit nahezu linear ab. Okay, vielleicht brauche ich noch mehr Aufklärung zum Thema MPP - habe da bis jetzt keine Erfahrungen. Insofern sind meine folgenden Aussagen zu verstehen: Ich finde das recht wenig Ausgangsleistung, da die BikeBox 5.5W schon bei 15km/h schafft und der Forumslader bei höheren Geschwindigkeiten sogar 8-9W packt. Oder verstehe ich da jetzt irgendwas falsch und es geht noch mehr, insbesondere auch bei geringeren Geschwindigkeiten? Fritz schrieb: > D8 ist nur eine Vorsichtsmaßnahme und im Normalfall hat die nichts zu > tun. Die eigentliche Begrenzung findet über D5 statt, sobald bei höheren > Geschwindigkeiten die Eingangsspannung über 22V steigt, beginnt die zu > leiten und dreht damit den DutyCycle des Schaltreglers auf und die > Schaltung wird vom MPP- zum Shuntregler. > > PS: S1 ist ein stinknormaler Schalter, der zum ein- und ausschalten > dient. ok, die habe ich gestern gar nicht mehr wahrgenommen - Müdigkeit sei dank. Ich dachte S1 wäre ein Thermoschalter, darum sprach ich von der Kombination S1/D8. > So stark unterscheiden sich Akku und LED eigentlich gar nicht. Der > größte Unterschied ist der, dass die LED nicht voll werden kann. > Prinzipiell kann man die LED problemlos durch einen (1-2 Zellen-) Akku > ersetzen, natürlich braucht man dann noch zusätzliche eine Abschaltung > bei vollem Akku. Das könnte im einfachsten Fall ein einfacher Komparator > sein, der bei Erreichen der Ladeschlussspannung die Verbindung zum > Dynamo kappt und mit einer geeigneten Hysterese wieder einschaltet. LiIon werden üblicherweise nach CCCV geladen. In Bezug auf den Schritt CC gebe ich dir recht, wenn man mal außen vor lässt, das die Akkuspannung hier stetig ansteigt. Im CV-Teil allerdings bestimmt der Akku den Ladestrom, die Ladespannung wird vom Lader konstant gehalten. Hier greift dann im Fall der Bikebox der Shuntregler, beim Forumslader und auch anderen lösungen der Linearregler. Ergo kannst du mit einer reinen Stromquelle und Komparator nur ungenügend laden. Im Fall der Bikebox mit parallel angeschlossenem Verbraucher wird es dann noch etwas komplexer, hier ist An- und abschalten mittels Komparator keine Lösung mehr, da der Akku stänig geladen- und (bis zum Wiedereinschalten) entladen würde. Allen eine gute N8, ich geh jetzt ins Bett ;)
Tobias W. schrieb: > Okay, vielleicht brauche ich noch mehr Aufklärung zum Thema MPP - habe > da bis jetzt keine Erfahrungen. Insofern sind meine folgenden Aussagen > zu verstehen: > Ich finde das recht wenig Ausgangsleistung, da die BikeBox 5.5W schon > bei 15km/h schafft und der Forumslader bei höheren Geschwindigkeiten > sogar 8-9W packt. > Oder verstehe ich da jetzt irgendwas falsch und es geht noch mehr, > insbesondere auch bei geringeren Geschwindigkeiten? Nö, das hast du schon richtig verstanden. Ich habs ja auch in meinem ersten Beitrag erwähnt, dass das Ergebnis nicht so berauschend ist. Das liegt einerseits am relativ schlechten Wirkungsgrad der Schaltung (Bei einem Step Down mit geringem DC und geringer Ausgangsspannung machen sich eben die Verluste an der Freilaufdiode bemerkbar) und zum anderen auch an meinem Dynamo. Der liefert bei 15 km/h selbst mit optimaler ohmscher Last max. 3,5W, bei 30 km/h 7W. Mehr ist dem ohne Serienkondensator nicht zu entlocken. Mit einer höheren Ausgangsspannung wäre das aber wahrscheinlich besser, da dann die Schaltung einen besseren Wirkungsgrad haben sollte. Allerdings macht eine MPP Regelung in meinen Augen sowieso nur bei max. 2 Liion Zellen Sinn. Bei höheren Ausgangsspannungen ist ein direkter Anschluss an den Dynamo effektiver. Tobias W. schrieb: > LiIon werden üblicherweise nach CCCV geladen. In Bezug auf den Schritt > CC gebe ich dir recht, wenn man mal außen vor lässt, das die > Akkuspannung hier stetig ansteigt. > Im CV-Teil allerdings bestimmt der Akku den Ladestrom, die Ladespannung > wird vom Lader konstant gehalten. > Hier greift dann im Fall der Bikebox der Shuntregler, beim Forumslader > und auch anderen lösungen der Linearregler. > Ergo kannst du mit einer reinen Stromquelle und Komparator nur > ungenügend laden. Im Fall der Bikebox mit parallel angeschlossenem > Verbraucher wird es dann noch etwas komplexer, hier ist An- und > abschalten mittels Komparator keine Lösung mehr, da der Akku stänig > geladen- und (bis zum Wiedereinschalten) entladen würde. Mir ist schon klar wie man einen LiIon Akku lädt und dass die CV Phase hier problematisch ist. Ich sehe hier nur zwei einfache Möglichkeiten, den einen mit dem Shuntregler ist ja schon bekannt, das hat allerdings den Nachteil, dass man Energie verheizt, die man mühsam erstrampeln muss. Dei zweite wäre eben auf die CV Phase zu verzichten. Dadurch wird der Akku allerdings nur zu 70-80% voll. Das ständige laden und entladen ist für den Akku allerdings kein Problem, da würd ich mir eher Gedanken machen, ob man das zu- und abschalten der Last nicht evtl. beim fahren merkt.
Hi Fritz, ok, danke für die Infos. Dann ist MPP für mich erstmal vom Tisch. Bezüglich des Akkus: Ja, könnte man so machen. Die Lastan/ab-schaltung spürt man kaum, ich hatte das in einer älteren Version der Bikebox mal in einem anderen Zusammenhang (Avalanche-Diode zur Spannungsbegrenzung + Thermoschalter = "russische" Version) getestet. Außer dem hörbaren "Klick/Klack" des Thermoschalters war da nix zu spüren. Von daher möglich, wenn man mit dem MPP-Regler laden will. Eins gebe ich aber noch zu bedenken: Jeder Ladezyklus (auch Teilladezyklen) reduziert die Lebensdauer des Akkus. Allerdings kann ich nicht sagen, wie viel das hier ausmachen würde, vor allem da die Akkus ohnehin auch durch andere Faktoren (nicht-optimale Ladung, heftige Betriebstemperaturen von -10 bis +50 Grad übers Jahr usw) gestresst werden. gruß tobi
Fritz schrieb: > Mit einer höheren Ausgangsspannung wäre das aber wahrscheinlich besser, > da dann die Schaltung einen besseren Wirkungsgrad haben sollte. Man könnte ja die Spannung mit einem einfachen Spannungsverdoppler, der mit Mosfets als gesteuerte Dioden arbeitet, anheben. Vielleicht kann man dann einen Step-Down besser betreiben. mfg mf
Ich hab gerade ein ganz Interessantes PDF gefunden, wo vor allem ein Paar Messkurven für den SON28 mit und ohne Serienkondensator zu finden sind, incl. der nötigen Antriebsleistung. http://www.enhydralutris.de/Fahrrad/Beleuchtung.pdf Es ist ewig lang, ich hab gerade erst gefunden und 2 seiten gelesen, aber ich bin mir sicher dass da einiges nützliches drin steht!
Hi, das ist die Bibel zum Thema Fahrradbeleuchtung ;) Da steht in der Tat sehr viel nützliches drin, u.a. zum Lastverhalten von Dynamos und zur Bestimmung von Serien-Cs gruß tobi PS.: Alle 4 Geräte meiner Kleinserie sind jetzt fertig ;)
Ich bin gerade etwas am herum simulieren was das Choppen und den (zu und abschaltbaren) Serienkondensator angeht. Das wird schon ganz schön komplex, da man für jeden wechselstromschalter eine galvanisch getrennte versorgungsspannung benötigt. Die will wiederum sparsam erzeugt werden. Beim Choppen der Eingangsspannung will natürlich die eventuell noch in der Dynamoinduktivität gespeicherte Energie irgendwo hin, da muss man mit einer Spannungsbegrenzung dran, die natürlich auch wieder Leistung frisst. Bei mir in der Simulation momentan bis zu 1,85W Ich probier gerade die Mosfets weicher schalten zu lassen um das zu verhindern/verringern. Natürlich ist das jetzt alles noch relativ theoretisch. Aber soweit bin ich schon: Der Serienkondensator sollte so ab etwa 35-40Hz zugeschaltet werden (vorher durch zwei antiserielle mosfets überbrückt) und ca 200µF groß sein. Auch bei höheren Frequenzen sollte man ihn nicht verringern, damit der Strom nicht unnötig steigt und durch den Wicklungswiderstand den Wirkungsgrad drückt.(Wer will schon 20W Ausgangsleistung wenn er dafür 40W strampeln muss) Man kann zwar die Ausgangsspannung durchs Choppen begrenzen, nur fließen dann in den Einschaltphasen so große ströme, dass der Wirkungsgrad miserabel wird. Simulation hat gerade ergeben: mit weniger steilen Schaltflanken geht keine Leistung mehr in der Überspannungsschutzschaltung mehr beim Choppen verloren ;) Morgen werd ich den Schaltplan mal etwas aufräumen und dann hier eventuell zum Zerreißen freigeben ;)
Ich hab mir heute mal ein paar Gedanken gemacht, wie man die CV Phase beim Akkuladen besser realisieren könnte. Prinzipiell muss man nur die Dynamoleistung reduzieren. Mir fallen da jetzt zwei Möglichkeiten ein. Die erste wäre ein normaler Step-Down Wandler zwischen Dynamo und Akku, allerdings muss der dann natürlich auch die volle Leerlaufspannung aushalten. Die zweite Variante wäre ein Step-Up Regler, der unterhalb der Ladeschlussspannung einen DC von 0% hat, und mit zunehmendem Ladezustand den DC immer weiter erhöht, so dass der Dynamo letztendlich kurzgeschlossen wird. Ich halte diese Variante für sinnvoller, da hier zum einen die Spannung nicht höher als die Akkuspannung wird und man evtl. sogar die Dynamoindiktivität missbrauchen könnte und einen Bridgeless Step-Up verwenden könnte. Allerdings muss man den Regler wahrscheinlich diskret aufbauen, da fertige Regler den Dutycycle falsch rum regeln.
@Hauke: Ich stimme dir soweit erstmal zu. Bei geringen Frequenzen muss der Serien-C überbrückt werden. Auch bezüglich deines "Leistungsvergleichs" gebe ich dir recht.Also las mal sehen! @Fritz:Step-Down-Wandler am Akku ist möglich, aber es gibt Probleme mit der Regelung, da der Regler selbst als Eingang eine Stromquelle hat, und am Ausgang eben eine konstante Spannung liefern soll. Zum einen das Thema mit der Leerlaufspannung, das du ja schon erkannt hast. Und dann gibt es da aber noch das Problem, dass die Regelung ins "Pumpen" geraten kann, da grad bei hoher Last und relativ geringer Dynamospannung! auf der Eingansseite große Stromspitzen auftreten können, wodurch die Dynamospannung einbricht, was wiederum die Reglung beeinflusst usw. Hat bei mir im Test dazu geführt, dass der komplette Regler ins Schwingen geraten ist. Darüber hinaus sehe ich den Vorteil auch nicht, da der Step-Down zusätzlich selbst Energie verbraucht, während der Shuntregler nahezu inaktiv ist, wenn U kleiner als die Ladeschlußspannung ist. Die zweite Variante mit dem umgekehrten Step-Up finde ich da schon interessanter, da hier gegenüber dem Shuntregler nicht soviel Leistung unnötig verheizt wird.
Den Schaltplan kann man noch niemandem zumuten, und ich werde auch erst noch mal den Step down nach der Gleichrichtung dranhängen um zu gucken ob das alles so läuft wie ich mir das denke. Ich sollte morgen dazu kommen.
Tobias W. schrieb: > @Fritz:Step-Down-Wandler am Akku ist möglich, aber es gibt Probleme mit > der Regelung, da der Regler selbst als Eingang eine Stromquelle hat, und > am Ausgang eben eine konstante Spannung liefern soll. Zum einen das > Thema mit der Leerlaufspannung, das du ja schon erkannt hast. Und dann > gibt es da aber noch das Problem, dass die Regelung ins "Pumpen" geraten > kann, da grad bei hoher Last und relativ geringer Dynamospannung! auf > der Eingansseite große Stromspitzen auftreten können, wodurch die > Dynamospannung einbricht, was wiederum die Reglung beeinflusst usw. Hat > bei mir im Test dazu geführt, dass der komplette Regler ins Schwingen > geraten ist. Darüber hinaus sehe ich den Vorteil auch nicht, da der > Step-Down zusätzlich selbst Energie verbraucht, während der Shuntregler > nahezu inaktiv ist, wenn U kleiner als die Ladeschlußspannung ist. > Die zweite Variante mit dem umgekehrten Step-Up finde ich da schon > interessanter, da hier gegenüber dem Shuntregler nicht soviel Leistung > unnötig verheizt wird. Ein Step-Down erzeugt unterhalb der Ladeschlussspannung auch nahezu keine Verluste, da er dort einen DutyCycle von 100% hat, d.h. die zusätzlichen Verluste belaufen sich auf den Eigenverbrauch des Reglers und die Verluste an Rdson und Spulenwiderstand (natürlich braucht man dazu einen Regler, der die 100% DC auch erreicht) Die Regelung muss man natürlich an den Dynamo anpassen und dazu muss man die Quelle etwas genauer betrachten. In erster Näherung verhält such der Dynamo schon wie eine Stromquelle, diese Vereinfachung ist hier aber nicht mehr zu gebrauchen. Ein Dynamo ist genaugenommen eher eine Spannungsquelle mit komplexem Innenwiderstand. Wie sich diese Quelle nach außen hin verhält, ist letztendlich vom Verhältnis von Last- zu Quellwiderstand abhängig. Ist der Lastwiderstand deutlich kleiner als der Quellwiderstand (was eben meistens der Fall ist), verhält sich der Dynamo näherungsweise wie eine Stromquelle. Sind Last- und Quellwiderstand ungefähr gleich hat man den Bereich der Leistungsanpassung und ist der Lastwiderstand größer als der Quellwiderstand verhält sich der Dynamo letztendlich wie eine Spannungsquelle. Genau in diesen Bereich zwingt man den Dynamo letztendlich, wenn man einen Step Down benutzt, denn dieser wird bei erreichen der Ladeschlussspannung den DC runterdrehen und damit den Lastwiderstand erhöhen. Allerdings ist hier die Regelgeschwindigkeit entscheidend, diese muss entweder deutlich unterhalb der Dynamofrequenz liegen, so dass der Lastwiderstand über eine Periode relativ konstant bleibt, oder sie muss deutlich schneller sein, in dem Fall wird der Regler immer nur im Bereich des Scheitelwerts aktiv (hier benötigt man aber auf jeden Fall einen guten Eingangskondensator, da die schnellen Lastwechsel bedingt durch die Dynamoinduktivität sonst hohe Spannungsspitzen erzeugen). Problematisch wird das ganze nur, wenn der Regler entweder nicht schnell oder nicht langsam genug ist, denn dann entstehen z.T. wilde Schwingungen. PS: Hier noch eine etwas genauere Betrachtung des Dynamoinnewiderstandes http://enhydralutris.de/Fahrrad/Modellierung_eines_Nabendynamos__Mathias_Magdowski_.pdf
hi, wenn du den stepdown mit 100% dc faehrst, gilt leider aber auch Ua=Ue und Ia=Ie, womit der Vorteil des hoeheren Ladestroms beim StepDown weg ist. Bliebe bei dieser Betriebsart also "nur" der vorteil, dass nach Ladeende kaum Leistung verheizt wuerde. Die Regelfrequenz ist das naechste problem. sie schnell auszulegen scheidet fuer mich aus, da die ultra-low-esr und high-ripple Cs sehr gross werden. Ausserdem waere noch die Frage zu klaeren, inwieweit die impulsartige Belastung die Leistungsfaehigkeit des Dynamos beeintraechtigt. Ergo lieber langsam auslegen, vielleicht sogar nur auf 5-10 Hz, dann ist die Dynamofrequenz auch bei langsamer Fahrt sicher hoeher. wie seht ihr das? gruss tobi
hacker-tobi schrieb: > wenn du den stepdown mit 100% dc faehrst, gilt leider aber auch Ua=Ue > und Ia=Ie, womit der Vorteil des hoeheren Ladestroms beim StepDown weg > ist. > Bliebe bei dieser Betriebsart also "nur" der vorteil, dass nach Ladeende > kaum Leistung verheizt wuerde. Genau das war bei der Überlegung auch die Absicht. hacker-tobi schrieb: > Die Regelfrequenz ist das naechste problem. sie schnell auszulegen > scheidet fuer mich aus, da die ultra-low-esr und high-ripple Cs sehr > gross werden. Das eine hat doch mit dem anderen nur bedingt was zu tun. Der Regler sollte min. eine Bandbreite von 5-10kHz haben, d.h. das ist auch durchaus mit 100-150kHz Schaltfrequenz machbar und da der Regler erst bei Ladeströmen unter 0,5-0,6A tätig sind hier keinerlei Ultrakondensatoren notwendig. Normale Low-ESR Elkos reichen hier vollkommen aus. Bei den Bedingungen könnte man auch Kerkos nutzen. hacker-tobi schrieb: > Ausserdem waere noch die Frage zu klaeren, inwieweit die > impulsartige Belastung die Leistungsfaehigkeit des Dynamos > beeintraechtigt. Die Leistungsfähigkeit des Dynamos wird dabei sicher sinken, aber das ist ja auch die Absicht, wenn der Akku voll wird. Die Effizienz wird wahrscheinlich auch leiden, aber letztendlich wird trotzdem weniger Energie verbraten als mit linearem Shuntregler. hacker-tobi schrieb: > wie seht ihr das? Ich hab die Variante mit dem Step-Down nur der Vollständigkeit halber erwähnt, die Step-Up Variante ist klar mein Favorit. Die Simulation schaut da recht vielversprechend aus.
Ok, dann sehen wir uns mal den step-up an! Ich muss mich aber an der Stelle nochmal wiederholen ;) Den Lastwechsel spürt man nicht. Von daher ist noch zu klären, ob sich der Aufwand lohnt. gruß tobi
Hmmm ich merk gerade, dass Spice doch stark an die Grenzen kommt, die Kombination aus Quelle mit komplexem Innenwiderstand und schaltregler dran (und damit die Kombination aus großen und kleinen Strömen) schmeckt ihm nicht sonderlich gut. Ich werde wohl doch einen Testaufbau zum experimentieren machen ...
Inzwischen gibts auch eine Version ohne USB-Teil. Leider habe ich davon noch keine Bilder, aber die Änderungen sind minimal: -R8 wird auf 6V oder 7.2V justiert -R11 entfällt ebenso wie JP5 -C12&C13 können etwas kleiner ausgelegt werden (100yF 35V) -Der Ausgang (Fahrtlicht) wird direkt an JP3 angeschlossen -Als Ein/Ausschalter reicht ein simpler Schalter, angeschlossen an JP4 That's it ;) Das Wiki habe ich angepasst. gruß tobi
Aktuell leider noch nix neues, da durch meinen Urlaub sich letzten Monat auch meine Jobs in den letzten Teil des Monats gedrängt haben. Aber da es jetzt abends immer früher dunkel wird und meine neue Federgabel da ist (alte ist beim sturz gebrochen) wird es wieder Zeit sich damit zu beschäftigen.
Es gibt neues... ;) Zum einen habe ich die BikeBox verschiedenen Dauertests unterzogen: Test1: Laden bei Belastung -Geladen wurde mit 12V Dc bei 450 mA -Last war ein Halogenscheinwerfer + Rücklicht (530mA bei 7.2V) Resultat: Das Laden des Akkus klappt auch unter diesen Bedingungen (leichte Überlast, reduzierter Ladestrom) noch, allerdings nur noch mit etwa C/30. Das Ergebnis ist auch nicht direkt übertragbar, da die Stromquelle hier ein Labornetzteil und kein Fahrrad-Dynamo war. Der Test solte lediglich zeigen, dass die Schaltung auch unter schwierigen Bedingungen noch Reserven hat. Test2: Shuntregler-Dauertest: -Stromquelle: Strombegrenztes Labor-Netzteil, 500mA (Spannung auf 13V eingestellt, damit der Shuntregler auf jeden Fall aktiv wird) -Akkuzustand zu Testbeginn: 100% geladen -Testdauer: 8h -Last am Ausgang: Keine, Ausgang war abgeschaltet Der Shuntregler wurde bei vollem Akku etwa 8 Std. lang mit 500 mA bei ausgeschaltetem Ausgang belastet. Dies simuliert eine lange Tour ohne Licht oder USB-Geräte, die schon mit vollgeladenem Akku gestartet wird. Der Test sollte zeigen, ob der Shuntregler diese Situation aushält, denn hier muss er ständig Leistung verheizen. Der Shuntregler hat die Situation problemlos gemeistert, die max. Gehäusetemperatur des Leistungstransistor lag nach ca. 45 min. bei 70 Grad (bei 22 Grad Raumtemparatur) und blieb konstant. In der Praxis wird die Situation noch deutlich günstiger sein, denn zum einen kühlt der Fahrtwind das Gehäuse und zum anderen bleibt man in der Regl auch mal stehen, pausiert oder fährt langsam - oder mit eingeschaltetem Licht. Jeder Test wurde mit 2 Geräten durchgeführt. Eine Erfahrung aus dem Winterbetrieb: Ich bin mit dem Tourenrad pro Woche 1-2 Abends oder auch Nachts mit Licht für etwa 1h unterwegs, darunter auch Bergfahrten. So etwa alle 2 Wochen fahre ich dann auch mal eine längere Tour (3-5 Std.) mit dem Tourenrad tagsüber ohne Licht (mit gelegentlicher Nutzung als USB-Ladegerät). Die Lichtanlage besteht dabei aus einem SON Edelux als Frontscheinwerfer + B&M Toplight als Rücklicht; Beide zusammen ziehen etwa 320 mA bei 7.2V (3.2W). Als Dynamo verwende ich einen Shimano-Nabendynamo. Bis jetzt habe ich nie Probleme mit der Bikebox gehabt, auch der Akku hatte immer ausreichend Ladestand für stabile Lichtverhältnisse. Und jetzt gibts auch ein paar Bilder vom Anbau am Rad. Entschuldigt aber, dass das Rad nicht ganz sauber war, als die Bilder entstanden ;) gruß tobi
Hi, die Bikebox läuft immer noch ohne Probleme. Mittlerweile gibt es auch einige Nachbauten. Wie siehts denn bei euch anderen aus, seit fast 6 Monaten kam hier ja schon kein update mehr...schade das die Diskussion so eingeschlafen ist ;(
Hallo, ich habe mich mal durch diesen etwas älteren Beitrag gewühlt und finde ihn echt klasse. Ich würde gerne dieses Gerät nachbauen, nur ich weiß nicht so recht welche Bauteile verwenden soll. Kann mir da vielleicht einer helfen? EVTL. auf eine der großen Apotheken wie das große C, RS oder Reichelt bezogen, da ich mit einzel Komponenten recht wenig zu tun habe. Vielleicht gibt es ja noch ein paar berichte vom Betrieb des Gerätes? LG Henrik
Hey, Das Gerät funktioniert immer noch bestens. Die teile habe ich damals imho bei Elv und conrad bezogen. Die teileliste liegt im wähle Projekt ab. Kann sie aber auch rausziehen, falls du kein eagle nutzt. Bei Fragen frag einfach. Gruss tobi
Danke, ich habe am WE angefangen bei Conrad zu suchen. Die Woche über suche ich mal bei ELV. ich habe eagle, nur ich finde die Stückliste davon immer ziemlich nichtssagend XD Henrik
Hier hat sich auch einer darin versucht einen Nabendynamo voranzutreiben. Ist evtl. für den ein oder anderen Interessant. http://pauls-werkstatt.blogspot.de/2014/11/nabendynamo-antreiben.html
Ich habe die Bikebox nachgebaut in der vorliegenden Version, mit USB und Opt Cap, ist es normal das die Ladespannung von 11,2 V um gut die Hälfte einbricht wenn der Scheinwerfer(IQ Cyo) dazugeschaltet wird ? Im Leerlauf bleiben sowohl die 11,2V als auch die 7,2V stabil. Mit Netzteil als auch mit Dynamo getestet.
Hi, nein, das ist nicht normal. Grad am Netzteil sollte da kaum etwas einbrechen, schließlich sind die Schottky-Diode und der gleichrichter die einzigen aktiven Bauteile im Strompfad, wenn der Laderegler inaktiv ist. Mit was für einem Netzteil und Aufbau hast du das denn getestet? Das Netzteil sollte mind. 500 mA liefern können. Wenn du es mit einem Dynamo testest, dann am besten auf einem Prüfstand bei mind. 15 km/h. Du kannst hier mit verschiedenen Werten für den Serien-C experimentieren oder ihn auch mal ganz weglassen.
Das Netzteil war in dem Fall ein Halogentrafo(kein elektronischer), natürlich nicht optimal, aber der bringt weit mehr als 500mA, weshalb ich den auch nur kurz angeklemmt hatte. Ich habe die Schaltung überprüft, Bauteile gemessen, scheint alles ok zu sein, versuchsweise habe ich auch den Shuntregler, Transistor Q3 und den IC2 getauscht, die Spannung scheint jetzt zumindest höher. Bei einer 1 stündigen Testfahrt konnte ich mit eingeschalteter Beleuchtung und Akku die höchste Ladespannung bei 22kmh von 9,9 Volt am MM ablesen.(mit OptCap) Die Beleuchtung besteht aus einem 28" Shimano Nabendynamo(Masse ist selbstverständlich von der Schaltung isoliert), einen IQ-Cyo, und ein B&M Toplight Rücklicht. Ich fahre immer mit Licht weswegen ich auch einen 2 poligen Schalter eingebaut habe, der Dynamo und Akku gleichzeitig von der Platine trennt. Die USB Funktion nutze ich derzeit nicht. Interessant ist auch wenn ich die Schaltung ohne Akku und Last am Dynamo bei ca.20kmh auf die 11,4V justiert habe, und dann nur den Akku(1600mA)dazuhänge die Ladepannung auch um ca. 1 V einbricht. Die 7,2V bleiben immer konstant. Nun gut, jetzt weiß ich immerhin das die Spannung immer stabil bleiben sollte, demnach muss der Fehler auf der Platine sein, Lötstellen vermutlich. Ich überprüfe das nochmals, ansonsten bleibt mir nichts anderes übrig als eine weitere Platine herzustellen. Ich danke Dir jedenfalls und melde mich wieder !
Hi, Q3 ist der Shuntregel-Transistor und kann nur bei falsch justiertem oder defektem Shuntregler für einen Abfall der Ladespannung verantwortlich sein. IC2 hat gar nichts mit der Laderegelung zu tun, das ist der Schaltregler für den Ausgang. Inwieweit hält der Halogentrafo denn die Spannung stabil? Und bei Tests an einem Trafor muss optCAP unbedingt entfernt oder kurzgeschlossen werden! 9.9V ist definitiv zu wenig, da ist noch irgendwo ein Fehler drin. Entweder an der Platine/Verkabelung oder OptCap falsch gewählt. War der Akku bei der Messung angeklemmt? Nicht das MM durch Wechselstromreste falsch anzeigt... Noch etwas: Warum trennst du Dynamo und Akku per Schalter von der Elektronik? Der Laderegler ist dafür ausgelegt, das beides dauerhaft angeschlossen ist, und lediglich der Schaltregler und damit das Fahrtlicht/USB via JP4 an/abgeschaltet wird. gruß tobi
@Tim:Bluetooth? Welchen Sinn sollte das machen? falscher Beitrag?
http://www.mikrocontroller.net/attachment/120555/Bikebox-sch.png muss C2 ein LOW ESR sein? Wie hoch ist die Frequenz, wenn Du 20km/h fährst.
Hab jetzt mein Taschenoszi drangehängt, Spannung ist im Prinzip glatt, nur ganz leichte Schwankungen(nur bei Dynamobetrieb), komm aber nicht über die 9,9 V hinaus. Test am Fahrrad mit angesteckten Akku. Es nützt auch nichts im Lastbetrieb den Poti hochzudrehen !, im Leerlauf geht die Spannung schon höher. Was mich aber wundert, die Ladepannung lässt sich im Leerlauf schön einstellen, und hält auch, nur wenn eine Last dran ist, fällt sie ab, die einzige Verbindung zum Schaltregler geht ja über die D3. Beim Halogentrafotest war der OptCap(2x 470uF/35V) einmal dran und einmal nicht, geändert hat das nichts, oder wurde da schon etwas zerstört...? Glaub ich aber eher nicht, alle Bauteile gemessen, Dioden, Widerstände, Transistoren, Drossel, alles wie es sein soll. Deshalb vermute ich irgenteinen Lötmurks meinerseitig. Ach ja, von der Platine kommt ein leises hochfrequentes Pfeifen, nehm an vom Schaltregler IC.(nur wenn der Lichtjumper gebrückt ist) Kann aber auch deshalb sein weil ich eine DIL 8 IC verwende, den ich mittels Adapter und sehr kurzen Litze an die Pads gelötet habe, für den SO 8 hätte ich 2-3 Wochen warten müssen, das war mir zu lang, und das Layout wollte ich jetzt auch nicht ändern... Na ja, aus(vielleicht paranoider) Angst vor "Kriechströmen" o.ä., das nicht der Akku leergesaugt wird, die Sache mit dem Schalter, wie gesagt ich fahre immer mit Licht da reicht mir "komplett stromlos, oder an" nur Akkuladen ohne Licht brauch ich nicht, aber daran wird es nicht liegen. Ich werde jetzt erstmal eine neue Platine machen(bevor ich jetzt die ganzen SMD Teile auslöte), Bauteile hab ich auch noch, wird wohl irgentwo der Wurm drin sein.
Hallo Andreas, die Schaltung zieht im abgeschalteten Zustand keinen Strom aus dem Akku und läuft so bei mir seit jetzt fast 4 Jahren störungsfrei. Der Schaltregler ist ohnehin außen vor, wenn er abgeschaltet ist, und D3 sorgt dafür, das kein Strom aus dem Akku in den Laderegler fließen kann. Klar, schlechte Kontaktierung/Lötung kann schuld sein, aber ich denke eher, das der Dynamo entweder zu schwach ist oder nicht optimal angepasst ist (d.h. OptCAP nicht passt).
Hallo Tobi, Was ich vergessen habe. Ich möchte mich an dieser Stelle ganz herzlich für diese Schaltung bedanken !!! Ich finde die echt genial, genau das was ich gesucht habe, zuerst wollte ich den bekannten Forumslader bauen, aber der soll für gleichzeitigen Licht/Ladebetrieb nicht so geeignet sein, und dann fand ich dein Projekt. Wenig Teile, genau die 7,2V für B&M Lichter, keine 10 Zellen, optimal ! Ich krieg das Ding schon noch zum Laufen, wär doch gelacht bei den paar Teilen. Ich mach jetzt noch ein paar Versuche, ohne den OptCap, und mit anderen "Netzteil", hab noch einen 12V/2A Trafo herumliegen. Danke ! gruß, Andreas
Bitte bitte ;) Versuchs erstmal mit nem DC-Labornetzteil, um Probleme durch unpassende C's o.ä. auszuschließen. An nem stabilsierten DC-Netzteil darf die Spannung unter Last, gemessen an den Akku-Kontakten ohne angesteckten Akku nur um wenige 10tel Volt einbrechen. Erst wenn das dann passt, gehts an Eingemachte, sprich die Analyse des Lastverhaltens bei Wechselstrom. Also: Netzteil z.B. auf 12V, 500 mA einstellen. Jetzt den Shuntregler so justieren, das an den Akkukontakten etwa 11.1V anliegen ohne Last. Und jetzt belasten mit 500mA am Ausgang. Dabei darf die Spannung nur um wenige 10tel Volt einbrechen. Ein Problem kann/wird aber sein, das das eingeschaltete Licht zuviel Leistung zieht, um bei geringer Fahrt (unter 10-15 km/h) noch zu laden. Da kann es sogar sein, das der Akku langsam entladen wird.
Ich vergaß: Der Spannungsabfall entsteht in diesem Testaufbau nur an D3, da der Shuntregler die Eingangsspannung stabil auf etwa 11.1V hält.
Bin gerade mittelmäßig frustriert, Transistor Q3 gestorben, woran weiß ich nicht, Hitze kanns nicht gewesen sein, nach gestriger 1 stündiger Testfahrt wurde das Gehäuse nichtmal lauwarm, heute früh gings auch noch, jetzt wollte ich das Teil an den Trafo hängen, ging gleich gar nicht mehr, konstant 17 V, Shuntregler dürfte auch hinüber sein, trotz neuen Transistor lässt sich nichts mehr regeln. Labornetzteil hab ich leider nicht. Meine normale Fahrgeschwindigkeit liegt zwischen 20-25 kmh, dürfte also kein Problem sein mit dem Laden.
Andreas schrieb: > jetzt wollte ich das Teil an den Trafo hängen, ging gleich gar > nicht mehr, konstant 17 V, Shuntregler dürfte auch hinüber sein Ohne jetzt den Schaltplan gesehen zu haben, ein Shuntregler funktioniert nur, wenn die Stromquelle davor ausreichend hochohmig ist, da der Shuntregler den Strom der "zu viel" ist eben durch den Shunt verheizt und so die Spannung begrenzt. Wenn du da einfach einen Trafo davor klemmst ist es klar, dass der viel zu viel Strom bringt und den Shuntregler an den Anschlag bringt und ggf. abfackelt.
wie hoch ist eigentlich die Leerlaufspannung eines Fahrrad-Nabendynamo ?
Ich will ja kein Spielverderber sein, aber die Schaltung scheint mit nicht vernünftig dimensioniert zu sein. Da wären z.B. die Schottky-Dioden SB160. Wozu 60V-Dioden mit UF=0,7V bei 1A wenn die Elkos nur 35V aushalten und hohe Spannnungen durch den Shunt-Regler eh begrenzt werden? Die SB140 hat bei 1A nur 0,5V. Man gewinnt dort also einiges. Wozu 70mA in die Basis von Q1 jagen, wenn die Schaltung nichtmal 1A liefern kann? Der BD140 ist für Q1 eine ganz schlechte Wahl, weil der bei 1A praktisch keine Stromverstärkung mehr hat. Ein 2SB772 in gleichen Gehäuse ist da um Klassen besser. Der TL431 hat keine Strombegrenzung. Der kann über die Basis von Q3 beliebig Strom ziehen und dabei Q3 und sich selbst killen.
Andreas schrieb: > Bin gerade mittelmäßig frustriert, Transistor Q3 gestorben, woran weiß > ich nicht, > jetzt wollte ich das Teil an den Trafo hängen, ging gleich gar > nicht mehr, konstant 17 V, Shuntregler dürfte auch hinüber sein, trotz > neuen Transistor lässt sich nichts mehr regeln. Na bitte, schon passiert: ArnoR schrieb: > Der TL431 hat keine Strombegrenzung. Der kann über die Basis von Q3 > beliebig Strom ziehen und dabei Q3 und sich selbst killen.
So, bin wieder im Rennen, TL-431 getauscht, normale Regelung vorhanden. Das die beiden verbrannt sind kann ich ausschließen, ich hatte den Trafo nur für 1sek. eingeschaltet, der Kühlkörper blieb kalt, auch nichts gequalmt. Wie auch immer. So ein 12V/1A DC Netzteil drangehängt, Schaltung arbeitet. Einige Messwerte: Leerlauf ohne Akku, ohne Lichtjumper, auf 11,4 V eingestellt, gemessen am Akku Ausgang. Lichtjumper gebrückt, Spannung 11,2 V. IQ-Fly(mein Testscheinwerfer) drangehängt, Spannung 11,0 V Akku drangehängt(Ladezustand 9,95V), Licht aus Spannung 10,8 V Akku + Licht eingeschaltet Spannung 10,8 V Gehen also ca.0,8V verloren. Dynamo Test werde ich morgen durchführen, weil ich alle Leitungen von der Schaltung zum Kabelbaum/Steckersystem Fahrrad abgezwickt habe... Hm, Trafo dranhängen trau ich mich momentan nicht mehr, einen Reserve Transistor habe ich noch...
Sorry, es gehen natürlich 0,6 V verloren, falsche Taste erwischt...
Ach was solls, das Leben ohne Risiko ist langweilig, Trafo drangehängt, Poti auf Anschlag, unter Last, komm ich jetzt auf 11,10 V, nicht schlecht, der Trafo liefert jetzt am Wechselspannugseingang 12,3 V.
Andreas, das passt! Dann ist es die Dimensionierung der Elko. Bitte beachte: wenn am Trafo oder Netzteil, dann nur mit Strombegrenzung. ArnoR, das ganze ist ein shuntregler für einen nabendynamo. Der liefert max. 600mA, eher weniger, und verhält sich wie eine Stromquelle. Da Ists auch egal, wie hoch die Stromverstärkung von Q1 ist, er soll ja nur verheizen, wenn er aktiv ist. Bezüglich der Dioden bin ich bei dir, aber auch hier fließen max. nur 0.6A. @Tom: je nach Geschwindigkeit und Dynamo kann die Leerlaufspannung in der Praxis zwischen 0 und etwa 50v liegen, bei hohem Tempo auch darüber.
Hm, Dynamo Shimano DH-3N30, Leerlaufspannung bei ca.20kmh, 14,5V mit dem MM gemessen. So, Bikebox drangehängt, im Leerlauf Poti auf Anschlag, bei 20kmh, kann ich 17V DC messen. Mit Scheinwerfer, komm ich nicht über 7 V ! Mit Scheinwerfer + Akku nicht über die 9,9 V ! Alles OHNE OpCap ! Scheinwerfer(IQ-Fly) direkt an den Dynamo gehängt, Dynamo bringt 500mA(20kmh) !, gemessen mit dem MM, das sollte doch eigentlich ok sein ? Das heißt jetzt was, Dynamo Schrott ? Jetzt bin ich etwas verwirrt.
Weil die Dioden angesprochen wurden ich verwende SB 190 statt SB 160,und als D3 eine SB5100, Spannungsabfall zu hoch ? C2 ist ein 220uF/50V Low ESR. C9 150/35 Low ESR.
hacker-tobi schrieb: > Da Ists auch egal, wie hoch die Stromverstärkung von Q1 ist, er soll ja > nur verheizen, wenn er aktiv ist. Nee, Q1 ist nicht der Shunt-Regler, sondern der Schaltregler, und da ist es nicht egal 70mA von 600mA einfach sinnlos wegzuschmeißen. Andere geben sich große Mühe, jedes mW zu nutzen und du meinst, dass man 12% der mühsam erzeugten Energie einfach vergeuden kann?
Mal etwas zum Entspannen und Anschauen, mein Nachbau besteht aus "Box und Tube", da ich die Elektronik dezent unter meiner Lenkertaschenhalterung haben wollte, und ein Standard Gehäuse nicht gepasst hätte, habe ich eine Maßanfertigung gebaut, die Akkus hätten keinen Platz mehr gehabt und wäre mir dort auch zu schwer gewesen. Deshalb habe ich die Akkus ausgelagert, diese finden in einem Alurohr unter dem Gepäckträger Platz, ursprünglich sollten sie ins Sattelrohr, das wäre aber mit der Verkabelung nicht optimal gewesen. Das Ganze im coolen Military Look lackiert... Der Kabelbaum wird über Platinensteckverbinder RM 2.0mm angebunden.
hacker-tobi schrieb: > @Tim:Bluetooth? Welchen Sinn sollte das machen? falscher Beitrag? alles ist besser mit bluetooth
Frank Peter schrieb: > Hier hat sich auch einer darin versucht einen Nabendynamo > voranzutreiben. Ist evtl. für den ein oder anderen Interessant. > > http://pauls-werkstatt.blogspot.de/2014/11/nabendy... >> ..., sowie meinen MOS-FET Gleichrichter und http://4.bp.blogspot.com/-5Vz00jzvl3I/Umo7kYWodXI/AAAAAAAAFhE/fpihwIRQLAk/s640/Schaltplan+komplett.jpg Der restliche Text ist auch interessant... edit http://pauls-werkstatt.blogspot.de/search/label/Licht
http://fahrradzukunft.de/14/mosfet-gleichrichter/ unten wird auch direkt auf den Fet-Gleichrichter verwiesen.
Würd ich allerdings andere MOSFETs nehmen: http://www.vishay.com/product?docid=74410&query=SUD50NP04-94 (gabs bei Farnell 149-7659, find ich dort im Augenblick nicht mehr - komisch. Hab die schwarze Tüte ja noch hier) EDIT: Here we go :) http://de.farnell.com/fairchild-semiconductor/fdd8424h/mosfet-2fach-np-smd-d-pak/dp/1498953 Artikelsuche bei Farnell: "MOSFET, NP, D-PAK"
@ArnoR: Hast recht, war gestern schon ein wenig müde und habe meinen eigen Schaltplan nicht mehr richtig gelesen ;) Wenn ich mich recht entsinne war es aber so, das der Basisstrom von T1 direkt mit in den Ausgangsstrom eingeht. Effizienz bei Messungen waren dann auch bei >80%, damit war ich zufrieden. Die Schaltung wurde des wegen so gewählt, damit der Regeler mit einer geringen Differenzspannung noch sauber regeln kann. Ich meine, ich konnte damals in den Tests bis herunter auf 8.4V die Ausgangsspannung auf 7.2V halten. @Andreas: Der Blindwiderstand des Dynamos muss kompensiert werden. Da lohnt es sich, mit OptCap zu experiementieren. OptCap hängt stark vom verwendeten Dynamo und vom Radumfang sowie der anvisierten Geschwindigkeit ab. Ohne OptCap funktinieren nur wenige Dynamos wirklich gut, ich hatte Glück. Wichtig ist, das es sich um lowESR (besser ultralowESR) handelt, und das hier entweder 2 Elkos antiseriell verschaltet werden, oder auf Wechselspannungselkos zurückgegriffen wird. Als Kapazitäten würde ich mal alles bis 1000yF durchprobieren, bei 35V min. Spannungsfestigkeit. gruß tobi
hacker-tobi schrieb: > @Andreas: > Der Blindwiderstand des Dynamos muss kompensiert werden. Da lohnt es > sich, mit OptCap zu experiementieren. .... Der lässt sich überbrücken :) Ich lese ja immer mal mit und habe auch noch das "Lasten/Pflichtenheft" von oben im Hinterkopf :). http://www.futureelectronics.com/en/technologies/electromechanical/relays/solid-state-relays/Pages/9468240-CPC1020N.aspx?IM=0 Stefan
hacker-tobi schrieb: > Wenn ich mich recht entsinne war es aber so, das der Basisstrom von T1 > direkt mit in den Ausgangsstrom eingeht. Falsch gedacht. Der Basisstrom kommt aus dem Emitter von Q1 und fließt über R9 und den Schalttransistor im MC34063 einfach nach Masse ab. Er fließt nicht über den Ausgang. hacker-tobi schrieb: > Effizienz bei Messungen waren dann auch bei >80% Das halte ich für unrealistisch. Selbst wenn der Shunt-Regler geradeso inaktiv wäre, hat man den Spannungsabfall an 2 Brückengleichrichter-Dioden und an D3, die Sättigungsspannung an Q1 bzw. die Flussspannung an D2, dazu noch den Eigenverbrauch IC2, Drosselverluste... . Allein die Spannungsverluste sind bezogen auf 11V schon deutlich über 10%, dazu noch die 12% vom Basisstrom Q1. Realistisch sind eher ~70% Wirkungsgrad.
@ArnoR: Dem wiederspricht das Ergebnis meiner damaligen Messungen: "Effizienz: etwa 82%, gemessen bei Pout=3.6W und Uin=12V. Allerdings war Uin DC, so dass dies nicht der tatsächlichen Effizienz im Dynamobetrieb entspricht."
Hier hab ich sogar noch die Daten der alten Messung: Uout: 7,2V Iout: 500 mA Pout 3,6W Uin: 12V (Durch den Verlust am Gleichrichter war der Shuntregler grad so inaktiv) Iin: 360 mA Pin: 4,4W Macht 82% Wirkungsgrad bei Vollast. Teillast ist hier uninteressant, da der Ausgang in der Regel mit einer fixen Last (Lichtanlage) betrieben wird. Die Messung wurde allerdings mit nicht-geeichten Multimetern durchgeführt, so das hier natürlich eine ungenauigkeit bestehen kann. Und du hast Recht, evtl. könnte man mit einem anderen Transistor im Schaltregler mehr herausholen.
hacker-tobi schrieb: > Uout: 7,2V > Iout: 500 mA > Pout 3,6W > > Uin: 12V (Durch den Verlust am Gleichrichter war der Shuntregler grad so > inaktiv) > Iin: 360 mA > Pin: 4,4W > > Macht 82% Wirkungsgrad bei Vollast. Überleg doch mal: die Spannung an den 3 Dioden (2 im Gleichrichter und D3) frisst schon 10% Wirkungsgrad. Dann müsste der MC34063 und alles andere zusammen 91% Wirkungsgrad haben. Das ist schon wegen des Basisstromes von Q1 unmöglich, alle anderen Verluste (Freilaufdiode, Drossel, Strombegrenzung 0R22, usw) gar nicht beachtet. Eine vereinfachte und daher zu gute Simulation mit TINA liefert folgende Ergebnisse: Ue=12V Ie=0,424A Pe=5,088W Ua=7,2V Ia=0,5A Pa=3,6W Macht 70,7% Wirkungsgrad Drossel: Fastron 09HCP 150µ, 1,6A Schaltsignal. 0V/12V, 100ns Flanken, 19µs/7µs ein/aus
Ich seh gerade, die originale Drossel L-PISM 150µ, 1A hat sogar 0,42Ohm und nicht nur 0,173Ohm wie in der Simu. Damit steigt die Eingangsleistung etwas an (+62mW) und der Wirkungsgrad sinkt etwas weiter ab (-1%).
So wars damals gewesen. Nur die Genauigkeit kann ich nicht beurteilen. Du verwendest in der Simulation die MBR160, ich verwende SB160 (lt. Aufdruck, Uf sind ca 0.4V bei 500mA) und als D3 eine Schottky im DO201 package. D2 ist bei dir ebenfalls eine MBR160, in der Schaltung ebenfalls Schottky im Package DO214. Da sind also einige Differenzen drin. Wie auch immer, unterm Strich diskutieren wir hier über 0.5W differenz.
Ich vergaß noch: Wie ich ganz am Anfang schon irgendwo erwähnt hab,weichen meine Bauteile teilweise von eagle ab. Ich hab halt das genommen, was da war.
Bei Gelegenheit versuche ich andere Dioden, vielleicht komme ich so auf die benötigte Spannung. Letztlich soll die Schaltung die Beleuchtung versorgen und den Akku laden, wenn man mehr Effizienz mit Standard Bauteilen erreichen kann ist es gut, wenn dafür aber Spezialbauteile notwendig sind die schwer zu beschaffen sind, ist die Sinnhaftigkeit schon wieder zu hinterfragen, es soll ja auch noch nachbaubar sein. Farnell und RS liefern auch nicht an Private, und die Teile in Asien bestellen, na ja... Was würde manz.B. mit Mosfet Gleichrichtung gewinnen ?
Andreas schrieb: > Mit Scheinwerfer, komm ich nicht über 7 V ! Scheinwerfer aufmachen. Der hat eine Dicke Z-Diode über den Eingängen. Warum? Weil in der StVZO so vorgeschrieben. Andreas schrieb: > Was würde man z.B. mit Mosfet Gleichrichtung gewinnen ? Nur Ärger. Außer du nimmst einen Chip wie den LT4320 dafür.
hacker-tobi schrieb: > Du verwendest in der Simulation die MBR160, ich verwende SB160 (lt. > Aufdruck, Uf sind ca 0.4V bei 500mA) MBR160 ist ebenfalls eine Schottky-Diode, gut vergleichbar mit der SB160. > und als D3 eine Schottky im DO201 package. Hää? Was soll mir das jetzt sagen? > D2 ist bei dir ebenfalls eine MBR160, in der Schaltung ebenfalls > Schottky im Package DO214. Gleiche Frage: Was soll mir das jetzt sagen? Schreiben wir jetzt Gehäusebezeichnungen anstelle Typbezeichnungen auf? > Da sind also einige Differenzen drin. Vernachlässigbare, was die elektrischen Daten betrifft. > Wie auch immer, unterm Strich diskutieren wir hier über 0.5W differenz. Mittlerweile sind wir bei 0,8W. Andreas schrieb: > wenn man mehr Effizienz mit Standard Bauteilen erreichen kann ist > es gut, wenn dafür aber Spezialbauteile notwendig sind die schwer zu > beschaffen sind, ist die Sinnhaftigkeit schon wieder zu hinterfragen Ist mir doch klar, dass immer solche Einwände kommen... Die von mir genannten besseren Bauelemente (Transistor, Drossel) gibts für wenige Cent bei Reichelt.
Wieso bei 0.8w? Bei meiner Messung war ich bei 4.4w Input, du bei der Simulation bei 5w. Gut ich habs etwas gerundet, es sind 0.6w Ich hab die packages angegeben, weil ich die Typen Grad nicht im Kopf hab und sie im Schaltplan nicht angegeben sind. Wenn du die Schaltung modifizieren willsT gern Iwie
Da fehlte noch was. @andreas: Das mit der z-diode ist ein guter Ansatz.
Moment, die Beleuchtung wird ja mit konstant 7,2 V Gleichspannung versorgt, was hat das dann mit einer Zenerdiode und überhaupt mit dem getrennten Akku Ausgang zu tun ? Eine Zenerdiode wäre ja für den ungeregelten Dynamobetrieb. Und überhaupt müsste die Spannung ja auch beim Netzteiltest auf 7 Volt einbrechen, da blieb sie aber bei 11 V.
hacker-tobi schrieb: > Wieso bei 0.8w? 5,088 -> ~5,1W. Dazu die erhöhte Eingangsleistung wegen der anderen Drossel mit höherem Drahtwiderstand. 5,2W-4,4W=0,8W. Ich habe nun mal den BD140 gegen 2SB772 und die Drossel L-PISM gegen die o.g. Fastron-Drossel ausgetauscht und natürlich den Basisstrom für Q1 ohne Optimierung angepasst, alle anderen Bauteile und die Betriebsbedingungen (Spannungen, Tastverhältnis) sind gleich, siehe Bild. Ergebnis: obere Schaltung: Ue=12V Ua=7,2V Ie=0,433A Ia=0,5A Pe=5,2W Pa=3,6W Wirkungsgrad~69% untere Schaltung: Ue12V Ua=7,57V Ie=0,406A Ia=0,52A Pe=4,9W Pa=4W Wirkungsgrad~82% Eine so einfache Modifikation bringt deutlich besseren Wirkungsgrad ohne Zusatzkosten.
man könnte einen npn in Kollektorschaltung einsetzen, oder? Oder ein P-Kanal MOSFET? Bei der ersten Version müsste man die Steuerspannung "etwas" anheben, der Basisstrom würde aber auch durch den Verbraucher fliessen. Beim P-CH FET müsste man schauen, wieviel der 34063 an Stromfluß "braucht". Aber die beiden Basiswiderstände könnte man sicher um den Faktor 10 erhöhen.
Wenn man die Drossel durch eine 3.3µH ersetzen könnte, hätte man automatisch einen wesentlich kleineren Spulenwiderstand. Man könnte allerdings nicht mehr auf den "altbewährten" MC34063 zurückgreifen, weil der ja nur mit 150µH "klar kommt" :) http://www.linear.com/product/LTC3646 Die Freilaufdiode spart man sich auch. Nur - wo bekommt man den 3646 her? Lieferbar? Preis? Einzelstückzahlen? Gruß Axel
Alter: acht Euro bei Farnell. Sind aber genug vorhanden:) http://de.farnell.com/linear-technology/ltc3646emse-pbf/buck-4-40v-3mhz-1a-2-30v-16msop/dp/2322403
Wie gesagt auf die 82% komme ich auch so. Mich würden aber die werte der modifizierten Schaltung in der Praxis interessieren. Den pnp habe ich bewusst eingesetzt, da der Wandler bis hinunter auf 8.5v arbeiten sollte.Mit npn sind es ohne separate höhere Steuerspannung etwa 0.6v mehr, daher kam das für mich nicht in frage. Der mc34063 war schlicht vorhanden und wurde daher genutzt. Ziel war, eine einfache und günstige Lösung zu bauen. Wer mag kann hier aber gern weiter entwickeln. Vielleicht lege ich auch mal eine neue Version auf, aber dann evtl. mit effizienterem laderegler (mpp?) und Steuerung mit Atmel.Dann kann man auch über ein moderneres Design des Schaltreglers nachdenken.
Jetzt bin ich endlich dazugekommen, nochmals eine Platine herzustellen, die Alte habe ich mir durch das viele herumlöten zerstört. Die Gleichrichter Dioden habe ich durch SB-140(vorher SB-190) ersetzt, damit reduziert sich zumindest der Spannungsabfall. Insgesamt hat sich nichts geändert, die Schaltung funktioniert, mit Licht liegt die Ladespannung zwischen 9,7V und 9,9V, ohne Licht bei 10,3V. Habe auch verschiedene OptCap probiert, 470er sind gut geeignet. Die Ursache ist definitiv der Shimano Dynamo, die Leistung reicht einfach nicht(für Beides) Übrigens hat das auch nichts mit etwaigen Zenerdioden zu tun, auch mit Halogenbirnchen, oder eben nur mit Akku allein ändert nichts. Als Gegenprobe habe ich auch den "Forumslader" auf dem Steckboard nachgebaut, die einfache 12V Version ohne USB. http://www.forumslader.de/fileadmin/user_upload/Individuelle%20Geraete/jensd/Download/LiXXX3Zellen/Laderschaltplan_LiXXX_3_Zellen.jpg Auch hier das selbe Ergebnis, die Ausgangsspannung bricht ebenfalls auf die Werte der Bikebox ein. Da ich noch einen weiteren Shimano 3H-3N30 und einen 3N20 hatte, habe ich die Test mit diesen wiederholt, auch hier das gleiche Ergebnis. Allerdings haben auch teurere Shimano Dynamos den selben Wirkungsgrad, nur Gewicht und Wicklungsmaterial unterscheiden sich. Ich denke auch eine etwas effizientere Schaltung würde nichts Wesentliches daran ändern, mehr lässt sich aus so einem Dynamo eben nicht herausholen. Ich teste jetzt in nächster Zeit wie brauchbar sich die Ladeleistung(mit Dauerlicht) im Alltagsbetrieb erweist, die Akkuspannung kommt so natürlich nicht über 9,8V hinaus.
Kleines Update. Ich habe jetzt den Ladestrom getestet, im realen Fahrbetrieb, mit eingeschalteter Beleuchtung, gemessen mit einen Multimeter. Bis 18km/h wird Strom aus dem Akku gezogen, bei 18km/h ist die Bilanz 0, es wird genau soviel Strom erzeugt wie verbraucht wird. Der IQ-Cyo und das Top Light genehmigen sich zusammen ca.580mA Ab 19km/h wird geladen, zwischen 22-25km/h wird der höchste Ladestrom mit 250mA erreicht. Ohne Beleuchtung wird mit ca. 600mA geladen. Interessant, demnach müsste der Dynamo mit den OptCap über 800mA liefern, falls die Messung mit dem MM aussagekräftig ist. Gar nicht schlecht. Das mit der geringen Ladespannung hängt vermutlich einfach damit zusammen das ich den Akku nie vollgeladen habe, der hatte im Lieferzustand 9,9V, somit saugt er zum Laden soviel er kann aus dem Dynamo, im realen Fahrbetrieb mit Beleuchtung werde ich auch kaum eine Vollladung mit der Ladeschlusspannung von 11,2V erreichen, bei 200mA wären dazu über 10 Stunden ohne Stehzeiten notwendig.
Hi, sorry das ich so lange nichts geschrieben habe. Die Werte kilingen gut, und decken sich etwa mit meinen. Nur setzt bei mir die Ladung etwas eher ein (15 km/h), allerdings genehmigt sich der SON und das Toplight auch "nur" 500 mA. gruß tobi
Hallo, So, jetzt melde ich mich auch mal wieder, mit Erfahrungswerten der Bike Box. Habe die Anlage jetzt knapp ein Jahr in Betrieb, nach anfänglichen Schwierigkeiten funktioniert die Sache bis jetzt tadellos. Nur einmal hatte ich einen Kurzschluss zwischen Dynamo GND und Schaltungs GND aufgrund einer zu scharfkantigen Kabeldurchführung, da wurde der Akku dann nicht mehr geladen. Da ich aber ein kleines Voltmeter zur Überwachung und Ladezustandskontrolle eingebaut habe war der Fehler schnell erkannt. Mit dem 1600mAh Akku waren auch Tagestouren von 130km kein Problem, mit Licht versteht sich, allerdings bei permanenten Lichtfahrten reicht die Leistung des Dynamos im Alltagsbetrieb nicht aus um den Akku ständig zu Laden, es wird also mehr Energie verbraucht als man durch das Strampeln erzeugen kann. Deshalb musste ich mir noch eine externe Lademöglichkeit dazubauen. Über eine Buchse kann jetzt ein LiFePo Ladegerät angesteckt werden, dazu mussten aber auch die Akkuzellen mit Balancer Kabeln versehen werden. Im Alltagsbetrieb ohne ausgedehnte Touren reicht es aus 1 mal die Woche extern zu laden, stört mich nicht wirklich. Geschont habe ich die Anlage nicht, Kälte, Hitze, Schnee, intensive Regengüsse, Erschütterungen über Stock und Stein, nie ist die Beleuchtung ausgefallen. Anfänglich auch ein paar mal vergessen das Licht auszuschalten... Hier zeigt sich übrigens das es eine weise Entscheidung war den Schaltregler MC34063 zu verwenden, ich glaub sogar bis unter 8 Volt hat der noch gearbeitet. Auch sonst hat es bis jetzt keine Ausfälle der Elektronik gegeben, keine Überhitzung, kein Durchbrennen der Dioden bei Bergabfahrten. Bleibt festzuhalten dass ich es mir absolut nicht mehr Vorstellen kann ohne Standlicht unterwegs zu sein, gerade jetzt in der dunklen Jahreszeit unverzichtbar, nie mehr im Dunklen stehen, abendliche Bergfahrten, Waldwege langsam und mit Licht zu durchfahren, und ENDLICH kein Flackern des Nabendynamos mehr ! Gruß, Andreas
Hallo zusammen, ich habe die hier vorgestellte Schaltung vor einer Weile in stark modifizierter Variante nachgebaut. Weil ich mir nicht sicher war, ob ich die Schaltung wirklich langfristig am Fahrrad haben möchte, habe ich zuerst einen Prototyp gebaut. Dieser verzichtet zum Beispiel auf eine Schutzschaltung des Akkus und eine Möglichkeit in Abhängigkeit der Umgebungshelligkeit die Lampe selbstständig einzuschalten. Außerdem wollte ich die Schaltung direkt als Puffer für meine selbstgebaute LED Lampe nutzen, was bei der hier vorgestellten Variante nicht vorgesehen ist. Als Schaltregler habe ich nicht den mc34063 benutzt, sondern den lm2576t in Standardschaltung als step-down Regler, weil ich diesen gerade noch da hatte. Ich habe mich jetzt zwar dazu entschieden die Schaltung nicht länger am Fahrrad zu lassen, möchte jedoch trotzdem Tobias W. für seine Arbeit loben das Projekt hier einzustellen und so detailliert zu erklären! Meine Arbeit habe ich auf meinem Blog dokumentiert, wer es sich ansehen möchte findet hier den Link: http://pauls-werkstatt.blogspot.de/2015/10/prototyp-eine-akku-gestutzten.html Grüße Paul
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