ich bastel gerade an einem selbstgebauten USB-Ladegerät fürs Fahrrad.
Ich hab bereits die Platinen gefertigt und bestückt.
Leider musste ich feststellen, dass sich meine Eingangsschaltung etwas merkwürdig verhält.
Im Anhang ist der Eingangsteil bis zum 5V Stepdownwandler zu sehen.
Wie hier gezeigt habe ich vor dem Brückengleichrichter zwei Kondensatoren (C4, C5) antiseriell verschaltet. Das soll den Blindwiderstand der Dynamoinduktivität teilweise kompensieren. Soweit nichts besonderes und wird überall so gemacht.
Nun ist es so, dass mit bestückten Kondesatoren am Stepdown nur eine Spannung von ca. 2,5V am Eingang (TP3) ankommt. Nach dem Kondensator kann ich allerdings eine Wechselspannung von ca. 12-15 V messen. Das ist die erste Sache die ich nicht verstehe.
Noch merkwürdiger ist allerdings, dass wennn ich die Kondensatoren auslöte und einfach überbrücke, dann funktioniert alles wunderbar und die nachkommende Schaltung wird mit 5V versorgt und Strom fließt.
Ich habe auch schon statt der zwei Kondesatoren einen einzelnen bipolar Kondersator eingelötet - Keine Änderung.
Das übersteigt leider meine E-Technik Kenntnisse und die Vorlesungen sind Jahre her :-)
Kann mir jemand auf die Sprünge helfen, wieso es mit Kondensatoren nicht funktioniert?
Kann mir jemand auf die Sprünge helfen, wieso es mit Kondensatoren nicht
funktioniert?
Wahrscheinlich liegt die Stromaufnahme mit Belastung derartig hoch, daß die Kondensatoren einfach zu wenig Kapazität haben, um da genügend Stromstärke hindurch zu lassen. Warum das in vorgefertigten Schaltungsvrianten funktionieren soll, entzieht sich meiner Kenntnis.
Über die Belastung wurde bisher nichts ausgesagt.
Die Spannungsbegrenzung mittels der beiden Z-Dioden halte ich allerdings für unverzichtbar.
kann ich allerdings eine Wechselspannung von ca. 12-15 V messen.
Mit welcher Art von Messgerät, Spitzenwert, Spitze-Spitze-Wert, Effektivwert, Mittelwert?
Noch merkwürdiger ist allerdings, dass wennn ich die Kondensatoren
auslöte und einfach überbrücke, dann funktioniert alles wunderbar und
die nachkommende Schaltung wird mit 5V versorgt und Strom fließt.
Das ist auch richtig so.
Erstens ist die Gesamtkapazität von 235uF für große Ströme zu klein.
Zweitens bilden die Elkos einen Hochpass. Das bedeutet, bei niedrigen Dynamodrehzahlen (Frequenzen) wirken sie wie ein Widerstand.
Erstens ist die Gesamtkapazität von 235uF für große Ströme zu klein.
Zweitens bilden die Elkos einen Hochpass. Das bedeutet, bei niedrigen
Dynamodrehzahlen (Frequenzen) wirken sie wie ein Widerstand.
Ich werde es mit größeren Kapazitäten versuchen, allerdings wundere ich mich dann, weshalb das an vielen Schaltungen im Internet so gemacht wird. Die Kondensatoren bilden zusammen mit der Spule des Dynamos einen seriellen Schwingkreis und kompensieren damit bei einer definierten Frequenz die Impedanz.
Tatsächlich unbelastet. Auf der Platine sitzt auch eine 21700 Li-Ion Zelle als Puffer. Die war zu dem Zeitpunkt aber nicht eingesetzt und auch sonst hing nichts am Ausgang.
Ja stimmt. Ich habe das Rad natürlich nicht neu erfunden, sondern aus verschiedenen Quellen was eigenes entworfen, bzw. Schaltungsteile zusammengeführt.
Es handelt sich um einen normalen 6V / 3W Nabendynamo.
OK, das ist also die Quelle. Ich vermute, daß je nach Typ des Nabendynamos ein anderes Leistungsmaximum herauskommen wird, das zudem nur in einem bestimmten Drehzahlbereich anliegen wird, wie die Grafiken im Link zeigen. Die Kondensatoren müßten größer sein und Du könntest verschiedene Werte ausprobieren. Die im Link gezeigten Schaltungen sind vermutlich auf die vorhandenen Komponenten optimiert durch die geneigten Maschinenbauer.
Noch merkwürdiger ist allerdings, dass wennn ich die
Kondensatoren auslöte und einfach überbrücke, dann funktioniert
alles wunderbar und die nachkommende Schaltung wird mit 5V versorgt
und Strom fließt.
Dann mach's doch einfach so. -
Nebenbei noch:
Womöglich würde ohne diese Kondensatoren dann weniger Fahrleistung
in den (direkt am Dynamo liegenden) Begrenzer-Dioden verbraten,
dann könnte man sogar schneller fahren ...
OK, das ist also die Quelle. Ich vermute, daß je nach Typ des
Nabendynamos ein anderes Leistungsmaximum herauskommen wird, das zudem
nur in einem bestimmten Drehzahlbereich anliegen wird, wie die Grafiken
im Link zeigen. Die Kondensatoren müßten größer sein und Du könntest
verschiedene Werte ausprobieren. Die im Link gezeigten Schaltungen sind
vermutlich auf die vorhandenen Komponenten optimiert durch die geneigten
Maschinenbauer.
Okay gesagt, getan. Ich habe nun dieselben Kondensatoren verbaut wie in meinem Prototypen auf Lochraster. Es sind nun zwei mal 1000 µF für C3/C4.
Zur Überprüfung habe ich nun die Impedanzen der zwei Schaltungen gemessen, um zu schauen ob der Schwingkreis funktioniert. Im Anhang sind die Messungen zu sehen. Grün ist die Kurve ohne angeschlossene Schaltung (nur Dynamo) und zeigt die typische Impedanz einer Spule. Pink zeigt die Impedanz meiner alten Schaltung mit 2x1000µF auf Lochraster. Blau die der neuen Schaltung. Grundsätzlich ist also zu erkennen, dass der Schwingkreis bei beiden Schaltungen funktioniert. Zwar ist bei höheren Frequenzen eine Schwingung zu sehen, aber so schnell fahre ich nicht :-)
Leider besteht das Problem weiterhin und ich verstehe es nicht. An Testpunkt 5 (TP5) vor den Gleichrichterdioden kommen immer noch 15 VAC an allerdings am Stepdown nach dem Gleichrichter an Testpunkt 3 (TP3) nur ca. 2,5 VDC. Die Vermutung liegt natürlich nahe, dass es am Gleichrichter liegt, da es aber komplett ohne die Kondensatoren funktioniert, ist das auszuschließen..
Im Anhang ist der Eingangsteil bis zum 5V Stepdownwandler zu sehen.
Wie hier gezeigt habe ich vor dem Brückengleichrichter zwei
Kondensatoren (C4, C5) antiseriell verschaltet. Das soll den
Blindwiderstand der Dynamoinduktivität teilweise kompensieren. Soweit
nichts besonderes und wird überall so gemacht.
glaub ich nicht, ist auch Unsinn weil die Kondensatoren bei niedrigen (Tritt)Frequenzen zu hochohmig sind also strombegrenzend.
eider besteht das Problem weiterhin und ich verstehe es nicht.
Hole Dir mal so eine kleine 9V Batterie. Hänge diese mit wechselnder Polarität an den Eingang bei überbrückten Kondensator und prüfe den Gleichrichter.
Du könntest aber auch ein Massenproblem irgendwo haben, was ich eher vermute. Es ist nicht sichergestellt, das Steckbrett, Schaltbild, jetziger Aufbau inklusive Radververbindungen wirklich übereinstimmen.
Du könntest aber auch ein Massenproblem irgendwo haben
+1
Okay interessant. Muss ich mal drüber nachdenken.
Im Moment erschließt es sich mir nicht, was das Einlöten der Kondensatoren an der Masse ändert. Bzw. was das Überbrücken der Kondensatoren an der Masse ändern würde.
vor dem Brückengleichrichter zwei Kondensatoren (C4, C5) antiseriell
verschaltet. Das soll den Blindwiderstand der Dynamoinduktivität
teilweise kompensieren.
Und wozu sollte das nötig sein? Juckt doch nichts, wie blind der Widerstand ist...
Soweit nichts besonderes und wird überall so gemacht.
Hast du da mal ein paar Links? Nur dass man bewerten kann, wie gut der Entwickler "Elektronik" konnte...
Noch merkwürdiger ist allerdings, dass wennn ich die Kondensatoren
auslöte und einfach überbrücke, dann funktioniert alles wunderbar
Dann lass die einfach weg.
Hinter einem Trafo macht auch keiner Kondensatoren in Reihe um die Induktivität des Trafos teilweise zu kompensieren.
Ist denn dein Dynamo Massefrei? Ansosnsten darfs du
hinter den Gleichrichter keine Masseverbindung herstellen.
Oder mußt eine Einweggleichrichtung bauen, oder ein
Spannungsverdopplungsgleichrichter. Die Kondensatoren
würde ich weglassen, oder es ist erwünscht daß bei
langsamen Drehzahlen der Dynamo durch die Ladeschaltung
nicht belastet wird, damit für die Beleuchtung noch
genügend Leistung vorhanden ist. Vielleicht ist das
der Gedanke des Erfinders.
Dieses Problem kann man auch anders und besser lösen. Und vor allem: man muss die Kondensatoren dann auch an den jeweiligen Dynamo und die Beleuchtung und den Fahrstil anpassen.
Meine Nabendynamos sind nicht massefrei. Wenn dann GND auch an die Fahrradmasse angeschlossen wird, bleibt von der Gleichrichterbrücke nur noch so eine Art Einweggleichrichtung übrig und dann sind die Kondensatoren natürlich kontraproduktiv. Insgesamt betrachtet verliert man vermutlich bei niedrigen Drehzahlen auch mehr durch sie, als man dann bei höheren Drehzahlen wieder reinholt. Gehören bei antiseriell geschalteten Kondensatoren nicht auch noch irgendwelche Dioden dazu, die verhindern, dass die Spannung am Kondensator negativ wird?
Wenn der Dynamo zu wenig Spannung liefert, dann "zieht" der Spannungswandler zum Ausgleich kräftiger. Dadurch bricht die Spannung aber noch weiter ein -> ein Teufelskreis der zu heftigen Schwingungen führt. Das gleiche Problem hast du auch mit Solarzellen.
Viele Smartphones haben es gar nicht gerne, wenn die Stromversorgung am USB Eingang instabil ist. Sie melden nach einer Weile "Netzteil defekt" oder verweigern einfach das Laden.
Damit das ganz zuverlässig funktioniert brauchst du zwei Dinge:
Einen Akku als Zwischenpuffer
Einen Laderegler, der die Ladeleistung fortlaufend daran anpasst, was der Dynamo liefern kann.
Google mal nach Forumslader, das wäre der Klassiker zum Thema.
Die Reihenschaltung aus den 2 antiseriellen Elektrolytkondensatoren mit
der Streu- (NICHT: Haupt-) Induktivität des Dynamos bei einer bestimmten
Frequenz (d.h. also Geschwindigkeit) Impedanzminimum.
Das Ganze ist unübersichtlich, weil die Gegebenheiten immer
verschieden sind:
-Dynamo (könnte ja auch ein Seitenläufer sein...),
-Frequenz (Geschwindigkeit; Raddurchmesser)
-Last (gewünschte Ausgangsspannung, bzw. -Strom).
Ergo muss man wohl probieren;
gut möglich, dass die vorgeschlagenen Elkos, wie angegeben,
bei bestimmter Geschwindigkeit nützlich sein können.
Und wo war dann die Masse des Oszis angeklemmt? War gleichzeitig noch
vom zweiten Kanal die Masse woanders angeklemmt?
Habe einkanalig gemessen. Tastkopf an TP5 und Masseklemme an TP2. An Kanal zwei war kein Tastkopf angeschlossen und entsprechend auch die Masse nirgends angeschlossen.
Ist denn dein Dynamo Massefrei? Ansosnsten darfs du
hinter den Gleichrichter keine Masseverbindung herstellen.
Hab ich nicht geprüft, aber ich gehe davon aus, dass er das nicht ist. Die Schaltung hat aber auch keine Verbindungen zum Rahmen, Licht, etc.. Also keine Masseverbindung nach dem Gleicherichter.
Viele Smartphones haben es gar nicht gerne, wenn die Stromversorgung am
USB Eingang instabil ist. Sie melden nach einer Weile "Netzteil defekt"
oder verweigern einfach das Laden.
Damit das ganz zuverlässig funktioniert brauchst du zwei Dinge:
Einen Akku als Zwischenpuffer
Einen Laderegler, der die Ladeleistung fortlaufend daran anpasst, was
der Dynamo liefern kann.
Deshalb hängt das Handy wie weiter oben beschrieben auch nicht direkt am Dynamo, sondern an einem Pufferakku inkl. Laderegler.
er hat opt cap nicht
verstanden und nicht die passenden Voraussetzungen
Mag sein, dass ich die Materie nicht 100% durchdrungen habe. Habe ich auch nie behauptet aber es gibt natürlich immer Leute die denken alles zu wissen. Meiner Meinung nach waren für so etwas ursprünglich mal Foren gedacht. Ich mache den Kram schließlich nur hobbymäßig und zum Spaß :-)
Mein Problem ist ja auch nicht, dass die Schaltung grundsätzlich nicht funktioniert, sondern dass sie nur dann nicht funktioniert, wenn die zwei Kondensatoren verbaut sind. Klar könnte es sein, dass diese falsch dimensioniert sind. ALlerdings hatte ich nahezu dieselbe Schaltung ja vorher auch auf Lochraster und bin damit bereits mehrere Wochen erfolgreich unterwegs gewesen. Ich habe nun nur noch den Pufferakku ergänzt und den Brückengleichrichter (war vorher ein Rund-Brückengleichrichter) durch 4 Schottky-Dioden mit geringerer Durchlassspannung ersetzt.
Finde es heraus, denn Annahmen sind des Hardwareentwicklers erster Schritt ins Verderben.
Mein Problem ist ja auch nicht, dass die Schaltung grundsätzlich nicht
funktioniert, sondern dass sie nur dann nicht funktioniert, wenn die
zwei Kondensatoren verbaut sind.
Diese Kondensatoren müssen auf den Tacho, die übliche Reisegeschwindigkeit und die Last angepasst werden. Wenn die beste Anpassung in deinem Fall "durch Brücken ersetzen" ist, dann ist es ja auch gut.
Der Witz ist übrigens, dass die Kondensatoren abseits der üblichen Reisegeschwindigkeit bei langsamen Geschwindigkeiten (misst du tatsächlich bei 25km/h?) immer "hochohmiger" werden und den Wirkungsgrad reduzieren oder gar die Funktion verhindern.
Der Witz ist übrigens, dass die Kondensatoren abseits der üblichen
Reisegeschwindigkeit bei langsamen Geschwindigkeiten (misst du
tatsächlich bei 25km/h?) immer "hochohmiger" werden und den Wirkungsgrad
reduzieren oder gar die Funktion verhindern.
schrieb ich doch, ich maß an meinem Nabendynamo 10-25 Hz. Für 25Hz war ich in meiner Erinnerung bei 28km/h, ein Tempo was schon recht fordernd ist und in der Stadt nicht zu halten ist, bei meinen Fahrten zur Arbeit hatte ich auf dem letzten Kilometer 7 (in Worten sieben) Ampeln und keine grüne Welle.
Ja, bei einer langsamen Fahrgeschwindigkeit, im Innenstadtbereich mit vielen Ampeln, von nur 10 km/h und einem effektiven Serienelko von nur 235uF, beträgt Xc schon stattliche 70 Ohm!
Mein Problem ist ja auch nicht, dass die Schaltung grundsätzlich nicht
funktioniert, sondern dass sie nur dann nicht funktioniert, wenn die
zwei Kondensatoren verbaut sind.
Dann lass diese beiden Kondensatoren doch einfach weg. Sie dienen nur
dazu, um den Wirkungsgrad bei bestimmten Geschwindigkeiten ein klein
wenig zu verbessern. Ob Du das wirklich brauchst, ist eher fraglich.
Ich habe nun nur noch Brückengleichrichter (war vorher ein Rund-
Brückengleichrichter) durch 4 Schottky-Dioden mit geringerer
Durchlassspannung ersetzt.
Auch das bringt nur wenig Gewinn beim Wirkungsgrad.
Auch das bringt nur wenig Gewinn beim Wirkungsgrad.
Das kommt darauf an, wie oft mit dem Fahrrad gefahren wird. Wenn es länger steht als fährt, dann kann sich der Akku rückwärts über den Schottky Dioden Gleichrichter langsam entladen. Ein Silizium Gleichrichter hat einen deutlich geringeren Reversestrom.
Das kommt darauf an, wie oft mit dem Fahrrad gefahren wird. Wenn es
länger steht als fährt, dann kann sich der Akku rückwärts über den
Schottky Dioden Gleichrichter langsam entladen. Ein Silizium
Gleichrichter hat einen deutlich geringeren Reversestrom.
Serienelektrolytkondensatoren:
Die sollen die (ja beabsichtigte!) Streuinduktivität kompensieren.
Das bekanntlich genau bei einer bestimmten Frequenz, also
Fahrgeschwindigkeit.
Ergo können die, für höhere Geschwindigkeit gemessen,
kleiner ausfallen;
auch bei Seitenläufer-Dynamos.)
Nochmal:
Wenn's ohne Elkos (womöglich sogar besser) geht, einfach weglassen.
Und wogegen hast du den TP3 gemessen? Denn es stört dich ja, dass da
zuwenig ankommt, als
Ich habe nun mal alle drei Messungen mit dem Oszi aufgezeichnet. Detektiert habe ich dabei drei Messpunkte jeweils mit und ohne Serienkondensatoren. Alle Massen waren an TP2 angeschlossen. Das macht natürlich nach dem Brückengleichrichter nur wenig Sinn gegen TP2 zu messen, aber sonst würde ich über die Oszi-Masse kurzschließen.
Auf der gleichgerichteten Spannung (CH3) ist demzufolge die eine Halbwelle der Dynamoschwingung mit drauf.
Wie man sehen kann kommt mit Kondensatoren am Step-Up (TP3) nur knapp 2V an obwohl nach dem Kondensator deutlich höhere Spannungen anliegen. Ohne Kondensatoren sieht die Sache ganz anders aus.
Ich habe die Messung bei ca. 28 Hz gemacht, was nach meiner vorherigen Impedanzmessung fast im Minimum liegen sollte. Ein zu hoher Widerstand kann also eigl. nicht das Problem sein.
Ja, bei einer langsamen Fahrgeschwindigkeit, im Innenstadtbereich mit
vielen Ampeln, von nur 10 km/h und einem effektiven Serienelko von nur
235uF, beträgt Xc schon stattliche 70 Ohm!
De Lader ist weniger für Fahrten durch Innenstädte gedacht, sondern vielmehr für Touren über mehrere Wochen auf denen man im Zweifel für mehrere Tage auch keine Steckdose zur Verfügung hat.
Des Weiteren wohnen auch nicht alle in der Stadt und der Arbeitsweg kann auch mal ohne Ampeln über die Bühne gehen :-) Und 10 km/h fährt man vllt. im Schnitt, aber zwischen den Ampeln dann doch deutlich schneller.
schrieb ich doch, ich maß an meinem Nabendynamo 10-25 Hz. Für 25Hz war
ich in meiner Erinnerung bei 28km/h,
Die Frequenz ist neben der Geschwindigkeit auch abhängig vom Durchmesser des Rads und der Anzahl an Polen im Dynamo. Mit meinen Parametern komme ich bei 25 Hz auf ca. 18 km/h ;-)
Dann mach doch mal jeweils eine Messung bei 100Hz und bei 10Hz damit
entsprechende Tendenzen erkennbar werden!
Das ist nicht so einfach. Wie du dir vorstellen kannst (da ich kein Oszi auf dem Rad mit rum fahren) erfolgt aktuell alles im "Labor". Der Reifen wird nur von Hand "betriebn". Die Frequenzen die ich so hinbekommen habe ändern aber nichts daran, dass am Spannungswandler nichts ankommt..
Mit einem Bike ohne "E"? Alle Achtung! Muss ich schon sagen. Respekt.
danke, da war ich trotz rauchen noch fitter und 30kg leichter.
Voll in die Pedale treten um die nächste Ampel bei grün zu erwischen.
Radfreundlich sind viele Städte nicht und grüne Welle für Räder schon gar nicht.
Alllerdings wollten wir hier lesen, wie sehr Du Dich für die Messung abgestrampelt hättest, insbesondere bei der Hitze ins schwitzen kamst.
Hänge doch mal jeweils über D3 und D4 eine LED mit einem 10k Widerstand in Reihe, die leuchten sollte, wenn diese Dioden in Sperrichtung beaufschlagt würden. Dafür sollte es ausreichen das Rad mit der Hand schnell zu drehen.
Hänge doch mal jeweils über D3 und D4 eine LED mit einem 10k Widerstand
in Reihe, die leuchten sollte, wenn diese Dioden in Sperrichtung
beaufschlagt würden. Dafür sollte es ausreichen das Rad mit der Hand
schnell zu drehen.
gibt es eine leitende verbindung von tp2 nach gnd-dynamo?
die messungs von tp2 nach tp5 zeigt das potential im wert der halbwellen-amplitude gegenüber der dynamospannung verschoben, weil die dioden das potential vom tp2-potential trennen. außerdem lassen die kondensatoren nur soviel strom hindurch wie ihre kapazität ermöglicht, danach ist ja gesperrt. die abgefressenen spitzen am spannungswandler tp3 zeigen wohl ab wieviel spannung der spannungswandler leistung entnimmt (ca 10V ?)
kann man die blindleistungskondensatoren nicht einfach parallel zu den zenerdioden legen.
Fast. So wie bei D4 ist es richtig.
Wobei ich noch einen Fehler machte, es muss D2 und nicht D3 lauten.
Moin,
sorry hab mich länger nicht gemeldet.
Ich habe nun die LEDs mal wie im Anhang in die Schaltung eingefügt.
Mit eingelöteten Kondensatoren (C4+C5) leuchtet die LED über D4 (TP5 --> GND) durchgängig und der Rest läuft nicht. Also keine 5V Versorgung wird aufgebaut.
Mit überbrückten Kondensatoren leuchtet die LED über D4 (TP2 --> GND)anfänglich (vermutlich bis C1 geladen bzw. die Spannung ausreichend hoch für den Spanungsregler ist), dann geht sie aus und der Rest der Schaltung läuft und 5V Versorgung ist vorhanden.
Dynamo_USB_Eingang.JPG
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