Hi,
ich möchte meine Led Lenser M7R auf LiFePo4 umrüsten, und zwar so, dass
ich sie über USB oder am Fahrraddynamo aufladen kann. (Ladeadapter ist
sowieso kaputt.)
Bekanntlich kann ein Fahrraddynamo verschiedenste Spannungen erzeugen.
Bei normaler Last irgendwas bis 20V, im Leerlauf
geschwindigkeitsabhängig, bei Wackelkontakten (ist halt ein Fahrrad)
sehr hoche Spitzen. Andererseits hat USB nur 5V. Ich brauche Elektronik,
die damit zurechtkommt.
Ich habe mir bisher einen APR18650 Akku, einen TPS54340 (Buck) als
Spannungswandler, zwei bq25070 als Laderegler, einen TPS61169 (SEPIC)
als LED-Treiber, und einen ATtiny 841 zur Steuerung rausgesucht.
Schaltplan ist angehängt.
Der Eingang ist ein Einweg-Gleichrichter mit Z-Dioden als
Überspannungsschutz.
Der Spannungswandler soll die Eingangsspannung auf 4,3V reduzieren,
damit die Laderegler nicht kaputt gehen.
Der zweite Laderegler erhöht den Ladestrom, solange der Akku nicht fast
voll ist. (Natürlich würde ein Laderegler reichen.)
Der LED-Treiber ist SEPIC, da die Akkuspannung mal aufwärts und mal
abwärts gewandelt werden muss. Bezahlbare Buck-Boost-Wandler oder
invertierende Wandler habe ich nicht gefunden.
Der tn841 kontrolliert alles, und setzt den Ladestrom so hoch, wie die
Dynamo-Drehzahl zulässt.
Mit folgenden Dingen bin ich noch unzufrieden:
Da ist eine Diode im Gleichrichter. Wegen dem Spannungsabfall bei USB
fände ich eine ideale Diode mit MOSFET sinnvoller. Ich finde aber keinen
ausreichend spannungsfesten Controller.
Der TPS54340 hat bei meiner Eingangsspannung (36V) eine niedrige
Schaltfrequenz (ich habe 790kHz berechnet). Und das COMP-Netzwerk
verstehe ich nicht, ich habe es einfach nur laut Datenblatt berechnet.
Wozu ist es gut?
Der bq25070 hat einen relativ geringen Ladestrom (nur 1A). Ich hätte
gerne einen Laderegler mit höherem Strom, und hoher Eingangsspannung, so
dass der Spannungswandler nicht nötig ist.
Kennt jemand bessere (und einfache) Schaltungen für Spannungsbegrenzung,
Gleichrichter, Spannungswandler, Laderegler, oder LED-Treiber? Über
Vorschläge würde ich mich freuen.
Viel aufwändiger geht es wohl kaum.
Ich würde zum Laden einfach ein Stepdown-Modul mit einem MP1584 nehmen,
das ich auf 3,6V einstelle.
https://www.ebay.de/itm/DC-DC-9V-12V-24V-to-5V-Spannungsregler-Netzteil-Modul-Step-Down-Module/253133165481?hash=item3aefe993a9:m:mjvXg83CqLA_cBPSzgA9kVQ
Zur Strombegrenzung eine 12V 50W Halogenlampe vor den Akku.
Die Eingänge von Dynamo und USB müssten getrennt werden.
Fahraddynamos haben meist Wechselspannung, also muss ein Gleichrichter
dazwischen. Dann ein dicker Elko zum Stabilisieren. Eine dicke
Zenerdiode von 24V zur Spannungsbegrenzung.
Dann kann die Spannung vom Dynamo und die vom USB-Eingang über Dioden in
Durchlassrichtung (USB besser mit Schottky) auf den Eingang des
Step-Downmoduls zusammengeführt werden.
Dein Vorschlag ist also, den Laderegler durch eine andere
Ausgangsspannung und die Halogenlampe zu ersetzen. Darüber habe ich noch
nicht nachgedacht. Das Problem dabei: Die Taschenlampe soll zwar
leuchten, aber für eine Halogenlampe ist darin überhaupt kein Platz.
Ausserdem hat sie nur zwei Kontakte.
Theoretisch reicht es doch, wenn ich einen Buck-Wandler für 3,6V
benutze, der schnell startet (1ms) und einstellbare Strombegrenzung hat.
Dann wird der Akku eben nur während der positiven Halbwelle geladen, und
ich kann auch I_prechg einstellen. Mehr Schutzfunktionen hat der bq25070
auch nicht...
Die Strombegrenzung könnte man sicher an FB „anschließen“, fehlt nur
noch der schnelle Start.
Als Ersatz für die Schottkydiode habe ich diese Schaltung gefunden. Ich
weiß noch nicht, ob sie auch gleichrichten kann, also negative
Eingangsspannung überlebt.
http://robotics.ong.id.au/2014/07/30/raspberry-pi-b-power-protection-circuit/
Tuxpilot schrieb:> Die Taschenlampe soll zwar> leuchten, aber für eine Halogenlampe ist darin überhaupt kein Platz.
Ich dachte, du wolltest ein Ladegerät für deine Taschenlampe. Die ganze
Elektronik deines Plans braucht doch auch Platz, oder? Ich würde in der
Lampe nur die Akkuanschlüsse herausführen.
Die Halogenbirne soll übrigens nicht leuchten. Sie dient nur als
Kaltleiter mit einem sehr niedrigen Widerstand. Ein Widerstand von etwa
0,22 Ohm würde es auch tun.
> Die Strombegrenzung könnte man sicher an FB „anschließen“, fehlt nur> noch der schnelle Start.
Wofür soll ein schneller Start (1ms) wichtig sein?
Das ganze soll auf eine runde Platine (18mm), einseitig bestückt (3–4mm
hoch), um dann in der Taschenlampe die bisherige Lade- und
Treiberelektronik zu ersetzen. Mehr Platz ist darin nicht.
Die 5 ICs aus meinem ersten Schaltplan müssten knapp darauf passen...
Dann muss ich nichts zusätzliches mitschleppen, was schwer zu ersetzen
ist. Optional den originalen Magnetadapter, der an irgendwelche
Stromkabel angeschlossen wird.
Die schnelle Startzeit sollte dazu dienen, eine Halbwelle des
Nabendynamos möglichst gut auszunutzen. Ich finde diese Idee sehr
einfach, aber würde dem Akku solch eine pulsweise Ladung schaden?
Solange ich den max. Ladestrom von 4A nicht überschreite, nicht, oder?
Aufwändiger und umständlicher geht es nicht mehr?
Tuxpilot schrieb:> Die schnelle Startzeit sollte dazu dienen, eine Halbwelle des> Nabendynamos möglichst gut auszunutzen.
Ich finde diese Idee sehr
> einfach, aber würde dem Akku solch eine pulsweise Ladung schaden?> Solange ich den max. Ladestrom von 4A nicht überschreite, nicht, oder?
Ich finde diese Idee ziemlich eigenartig...
So, ich habe mich am Vorschag von joquis orientiert und den Akku direkt
an einen TPS54332 angeschlossen. (Siehe Schaltplan). Spannung ist auf
3,6V eingestellt.
Strombegrenzung über R8 (0,02Ω) und einen OpAmp, der die
Feedback-Spannung erhöht, sobald der gewünste Strom erreicht ist. Der
TPS54332 soll dann runterregeln. Der Strom wird über PWM_CHG
eingestellt.
PWM_CHG hat einen Tiefpass mit integriertem Spannungsteiler. Der OpAmp
vergleicht die Spannung am Tiefpass mit dem Spannungsabfall an R8. Den
Rest schreibe ich besser in einen anderen Beitrag:
Beitrag "Kleine Verständnisfrage OpAmp als Differenzverstärker"
Als Eingangsgleichrichter nutze ich einen N-FET, das habe ich real
getestet. (Schaltung vom RPi.) Ist die mit ? markierte Z-Diode sinnvoll,
oder reicht die TVS-Diode? (Eine einzelne Shottky-Diode würde auch
gehen.)
Damit die Regelung auch bei tiefentladenem Akku funktioniert, gibt es
als alternative Stromversorgung einen 78L05 für μC und OpAmp.
Jupp, der Schaltregler startet (laut Datenblatt S. 23) schnell genug, um
eine einzelne Halbwelle vom Nabendynamo zum Laden des Akkus zu benutzen.
Bezüglich Akkuverschleiß habe ich nichts zu einer solchen „Impulsladung“
gefunden, scheint also unproblematisch zu sein.
Ein Fahrraddynamo bringt in der Regel 3W, kurzzeitig sind auch 5W
möglich oder mit sorgfältiger Leistungsanpassung. Also wäre der
Durchschnittsladestrom höchstens ca. 1A und kurze Spitzen von bis zu 4A
daher relativ unkritisch.
Deine Eingangsschaltung für USB/Dynamo setzt nun voraus, dass Du vor der
Schaltung einen Brückengleichrichter hängen hast. Diesen kannst Du auch
in der Zuleitung vom Dynamo verstecken, da vier Dioden 1N40xx oder
Schottky nicht viel Platz brauchen.
Für die Schaltung solltest Du eine Li-Zelle mit integrierter
Schutzschaltung verwenden, d.h. mit integrierten Unterspannungsschutz.
Falls das Rad über den Winter etwas lange im Keller steht oder die Lampe
brennt unerwartet weiter, wäre die Zelle vielleicht hinüber.
Was soll der Brückengleichrichter? Da ist doch extra ein Gleichrichter
im Schaltplan, nur dass der nicht beide Halbwellen nutzt. Ausserdem
möchte ich ja nicht ausschließlich über Dynamo laden, und bei USB sind
zwei Dioden-Spannungsabfälle schon doof.
Mir ist nicht bewusst, dass es LiFePo4-Zellen mit Schutzschaltung gibt.
Stelle ich mir auch ziemlich sinnlos vor. Es gibt LiPo mit
Schutzschaltung (so eine habe ich bereits), aber das wäre bezüglich
Schutz trotzdem ein Rückschritt.
Die Taschenlampe wird sich natürlich ausschalten, wenn der Akku leer
ist. (Würde sogar der LED-Treiber alleine machen...)
Tuxpilot schrieb:> USB sind zwei Dioden-Spannungsabfälle schon doof.
USB direkt hinter Brueckengl Dyn vor diesem oder nur Halbwellen.
> Schutzschaltung
Wenn die IC bereits einen Tiefentladeschutz bewirken ist das
vorteilhaft. (erwaehnt damit es geklaert wird).
Circuit_1.png
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