Hallo.
Ich bin momentan dabei meinen Reedkontakt vom Fahrradtacho durch auswerten der Nulldurchgänge vom Nabendynamo zu ersetzen. Das zählen der Impulse übernimmt ein kleiner Attiny 10. Es funktioniert alles bis auf die Spannungsbegrenzung...
Ein eigentlich unnötiges Projekt, ich weiß, aber ich wollte das schon lange mal probieren, und weil es bisher so schön funktioniert, solls nun auch eingebaut werden.
Ich habe mich für 1,8V entschieden, um ab 3Km/h bereits Impulse zählen zu können, falls man mal das Rad schiebt. Ab knapp 2Km/h hab ich 1,8V Spannung für den Attiny. Das klappt soweit schön, nur es droht an der Spannungsbegrenzung zu scheitern.
Sobald ich ohne Licht fahre, wird die Nabendynamo Spannung nicht mehr begrenzt. Ein IC hab ich mir bereits zerstört, seitdem fahre ich provisorisch mit Dauerlicht. Das ist für mich keine Lösung, da mein Licht eine Automatikfunktion hat, die ich auch weiterhin nutzen möchte.
Ich habe gestern mal ein paar Fahrten gemacht und gemessen: bei 10Km/h liegen 7,5V und bei 20Km/h 15V Wechselspannung im unbelasteten Zustand an, also ohne Verbraucher. Spannung steigt ziemlich linear an, bei 40Km/h Bergab z.B. würden 30V anliegen und mein LDO samt ATtiny würden abrauchen, wie es bereits einmal geschehen ist. Eine TVS Diode im SMC Format hatte ich auch schon Probiert, SMCJ7.5CA. Diese wurde nach 2min. Fahrt bei 25Km/h bereits über 200°C heiß, funktioniert also auf Dauer nicht. Nun weiß ich nicht, ob 2 Zener-Dioden mit 3-5W nicht auch zu heiß werden würden.
Aus anderen Forenbeiträgen hier wurde eine Art Crowbar oder sowas vorgeschlagen, die man mit einem Triac und zwei Antiseriell beschalteten Z-Dioden steuern können soll.
Oben hab ich mein Schaltplan mal eingefügt. Meine jetzigen Fragen wären:
Funktioniert das so? (im eingeramten Blauen Kasten)
Wie Dimensioniere ich den Vorwiderstand für die Z-Dioden korrekt?
Habe häufig gelesen, das dieser knapp 1-10mA betragen soll, gehe ich dabei von der maximal zu erwartenden Spannung aus, oder der wo ich mich Fahrgeschwindigkeitsmäßig am meisten aufhalte?
Triac würde BT134W/600 in SOT223 werden, Z-Dioden 0,35W in SOT23-3. So dachte ich jedenfalls, um meinen Bauraum auch recht klein halten zu können.
Wäre echt lieb, wenn man mir hierbei ein wenig unter die Arme greift :-)
Mit lieben Grüßen, Daniel
P.S: Ich sehe grad einen Fehler im Schaltplan: der Knotenpunkt über D4 gehört da nicht hin. Bitte ignorieren, ich habs korrigiert :-)
Tut mir leid, hab vergessen zu erwähnen, das an J1 der Nabendynamo angeschlossen wird.
Dem soll Kurzschlussbetrieb angeblich nichts ausmachen, manche sagen er würde dann ab 15Km/h leichter laufen, andere teilen diese Meinung nicht...
Ich kanns nicht sagen, bei der kurzen Fahrt mit der TVS Diode konnte ich kein Bremseffekt oder so feststellen, das war quasi ebenfalls ein Kurzschluss über die TVS-Diode.
Ja, den Kurzschluss über D4 meinst du? Hab ich zu spät gesehen beim Bild erstellen. Im neuen Schaltplan hab ichs korrigiert.
Wieso willst du denn den Scheinwerfer ausschalten, wenn du dann die zur Verfügung stehende Leistung vom Dynamo statt dessen einfach in TVS Dioden oder einem Thyristor verballerst? Dann kann doch auch gleich der Scheinwerfer eingeschaltet bleiben...
Dann doch lieber einen LDO suchen, der 65V oder so aushält?
Oh... sowas gibt es? Scheint recht klein zu sein, benötigt wohl nur 1 Eingangs und Ausgangskondensator, plus paar Widerstände... Schaltregler hatte ich wegen den großen Bauformen und so verworfen, bei dem müsste ich dann aber auch zusehen, innerhalb von 65V zu bleiben?
Doof nur, das es den anscheinend nur bei Mouser gibt :-(
Welche Spannung darf man denn an PB2 des µP schadlos anlegen? ;-)
Laut AVR182 App-Note muss der Clamping Strom der internen Dioden auf 1mA begrenzt werden, dann kann man auch 230V Nulldurchgänge vermessen.
In der App-Note wird eine dort Maximale Spannung von 1000V bei 1MOhm Widerstand gerechnet. Ergibt 1mA. Ich gehe bei mir von 100V aus, also 100KOhm :-) Funktioniert ja auch, Spannung wird tatsächlich auf -0,2V bis +2,1V begrenzt.
Nabendynamos sind Stromquellen. Sie laufen im Kurzschluss leicht und geöffnet.
Kurzgeschlossen funktioniert Deine Lampe nicht. Die leerlaufspannung wird von Deiner Lampe bestimmt.
Das einfachste ist darum eine LED als shunt und einen vorwiderstand, der bei minimaler Spannung den maximalstrom liefert.
3V Umin, 2V Udiode, 1mA I ==> 1k.
Bei 100V fließen dann 100mA.
Reversediode statt Gleichrichter, Widerstand dann natürlich halbieren
Vorteil: Fahrradmasse möglich.
Wenn Du es aufwendiger magst, npn in die +Leitung, Widerstand Kollektor-Basis und 3V zDiode Basis-Masse.
Funktioniert ja auch, Spannung wird tatsächlich auf -0,2V bis +2,1V
begrenzt.
Du musst nur sicher stellen, dass dieser Strom auch verbraucht wird. Die Stromaufnahme des ATtiny10 und was sonst evtl. noch an +1VB hängt, muss immer größer sein als der Strom durch die Diode. Sonst steigt die Versorgungsspannung des uC unkontrolliert über den maximal erlaubten Wert.
Warum nicht einen simplen Shuntregler hinter dem Gleichrichter, der bei 12V oder so anspricht? Und dafür den Triac raus.
Gibt sogar Leute, die benutzen dafür eine Schaltung mit TL431, obwohl es so genau hier sicher nicht sein muss.
Warum nicht einen simplen Shuntregler hinter dem Gleichrichter, der bei
12V oder so anspricht?
Weil der heiß wird, bzw. gekühlt werden muss. Dennoch halte ich das hier für die praktikabelste Lösung. Entweder in Form einer Zenerdiode mit Schraubanschluss oder den empfohlenen TL431 mit einem Transistor im TO220 Format. (Schaltung: siehe Datenblatt)
Der ATtiny10 wird ja kaum >1mA benötigen.
Da würde ich einen Shuntregler für 1,8V aufbauen (AZ431) und ihn mit einem Verarmungs-FET als Stromquelle 2mA speisen, z.B. mit BSS139, der kann bis 250V ab, das sollte reichen.
Der kann ja auf 30mA oder so begrenzt werden, entweder mit Stromquelle a là PeDa oder mit einem simplen Widerstand. Dann sollte immer genug übrig bleiben für die Beleuchtung.
'Irgendwann' werde ich die Schaltung mal fertig machen.
Wie geschrieben reicht eine weisse LED + Vorwiderstand zur Spannungsbegrenzung aus. Die Anzeige würde ich im Ruhezustand noch 1 Minute aktiv lassen und dann diese sowei den µC komplett in den power-down legen. Der Verbrauch ist dann < 1 µA, wenn man auf den BOD verzichtet. Stattdessen würde ich eine CRxxxx als Ruhestromversorgung nehmen, damit auch bei ganz geringer Geschwindigkeit der Controller sofort starten kann.
Eine handelsübliche CR ist günstiger und leichter zu ersetzen als ein Pufferelko oder NiMH-Akku+Ladeschaltung und kann >= 10 Jahre halten.
Aus anderen Forenbeiträgen hier wurde eine Art Crowbar oder sowas
vorgeschlagen, die man mit einem Triac und zwei Antiseriell beschalteten
Z-Dioden steuern können soll.
Nein, das ist Unsinn. Insbesondere der Teil mit "Crowbar" und "Triac". Denn damit begrenzt man die Spannung vom Dynamo nicht, sondern man schließt sie kurz.
Zur Spannungsbegrenzung reicht einfach eine Leistungs-Z-Diode. Und zwar nach dem Gleichrichter. Dann reicht nämlich eine. Wenn man keine hat, nimmt man einen fetten Transistor und beschaltet den entsprechend:
1
+ o-*--------.
2
| |c npn-Transistor z.B. TIP31
3
'--Z<--|<
4
|e Kleinleistungs Z-Diode z.B. BZX55
5
- o----------'
Die Zenerspannung dann entsprechend wählen. Wenn man mag, macht man noch einen Widerstand von 1K zwischen Basis und Emitter des Transistors.
Man kann auch vor dem Gleichrichter begrenzen. Dann braucht man aber zwei Z-Dioden (antiseriell). Manche Dynamos haben sowas ab Werk. Das ist aber die schlechtere Wahl. Denn so nimmt der Dynamo immer mechanische Leistung von 5-10W auf. Auch wenn das Licht aus ist und der Extraverbraucher kaum Leistung braucht.
Zur Spannungsbegrenzung reicht einfach eine Leistungs-Z-Diode. Und zwar
nach dem Gleichrichter. Dann reicht nämlich eine. Wenn man keine hat,
nimmt man einen fetten Transistor und beschaltet den entsprechend:
Ja, das geht. Bedeutet aber maximale Leistungsentnahme im Leerlauf.
Darum lieber die Begrenzerschaltung mit Transistor, Z-Diode und Basiswiderstand (npn im High-Kreis)
1
+---,----.
2
| |
3
|R| |
4
| /
5
|--| T1
6
| \
7
|Z| `-----O
8
| Ausgang
9
0---'----------O
Dahinter können dann gerne Kondensator und Spannungsregler.
Kurzgeschlossen funktioniert Deine Lampe nicht. Die leerlaufspannung
wird von Deiner Lampe bestimmt.
Ja ist korrekt, die Lampe begrenzt die Wechselspannung wenn sie an ist auf ca. -6,5V und +6,5V. Ich hatte für meine Begrenzung Zener-Dioden mit 10V vorgesehen, also -10 bis +10V ca., Hauptsache über 7V damit ich meine Lmape nicht begrenze und unter 16V wegen Kondensatoren und LDO.
Wenn Du es aufwendiger magst, npn in die +Leitung, Widerstand
Kollektor-Basis und 3V zDiode Basis-Masse.
Meine Schaltung ist bereits ziemlich aufwendig, wenn man bedenkt, das ich nur den Reedkontakt damit ersetze. Aber ich verspreche mir davon eine aufgeräumtere Optik und habe die Möglichkeit das Ansprechverhalten des Tachos zu beeinflussen, wenn ich statt 14 Impulse nur 7 zähle und meinen Radumfang im Tacho halbiere. Wäre zumindest rein theoretisch möglich... Die komplette Schaltung wandert dann unsichtbar in die vordere Lampe, da ist noch Platz für eine weitere Platine.
Weil der heiß wird, bzw. gekühlt werden muss. Dennoch halte ich das hier
für die praktikabelste Lösung. Entweder in Form einer Zenerdiode mit
Schraubanschluss oder den empfohlenen TL431 mit einem Transistor im
TO220 Format. (Schaltung: siehe Datenblatt)
TL431 hab ich sogar hier liegen, würde ein Transistor im TO223 Gehäuse ausreichen? Platzbedingt wäre das fast das maximum.
Wie würde den mein Signal aussehen, wenn ich den Triac verwenden würde?
Würde die Spannung an meinem LDO solange der Triac an ist über 10V tatsächlich abgeschnitten, oder wäre in dem moment dann 0, wegen Kurzschluss?
Der ATtiny10 wird ja kaum >1mA benötigen.
Da würde ich einen Shuntregler für 1,8V aufbauen (AZ431) und ihn mit
einem Verarmungs-FET als Stromquelle 2mA speisen, z.B. mit BSS139, der
kann bis 250V ab, das sollte reichen.
Ja stimmt. Wenn ich dabei bleiben möchte, wäre also ein größerer Widerstand zu PB2 hin oder dein Vorschlag besser. Danke.
Nein, das ist Unsinn. Insbesondere der Teil mit "Crowbar" und "Triac".
Denn damit begrenzt man die Spannung vom Dynamo nicht, sondern man
schließt sie kurz.
Damit wäre meine obere Frage auch beantwortet und mein Vorhaben mit meiner Schaltung funktioniert so also nicht.
Wie würde den mein Signal aussehen, wenn ich den Triac verwenden würde?
Würde die Spannung an meinem LDO solange der Triac an ist über 10V
tatsächlich abgeschnitten, oder wäre in dem moment dann 0, wegen
Kurzschluss?
Der Triac schließt den Rest der Halbwelle kurz. Die nächste Halbwelle lässt er wieder bis zu einem Spannungsanstieg von 10,7V durch und dann "Bäämmm" schließt er alles wieder bis zum Ende kurz usw.
Wenn das wirklich so funktionieren würde, dann wäre das eine feine Sache, denn ein kurzgeschlossener Dynamo benötigt kein Drehmoment, das sonst mühsam mit Muskelschmalz aufgebracht werden müsste, nur um es anschließend wieder nutzlos an einem LDO in Wärme umzuwandeln.
Hab mal den Vorschlag mit dem Shunt-Regulator in LTspice Simuliert.
Ich habe mir den Shunt Regulator ohne Kondensatoren vor den LDO gesetzt.
Gedanke dabei war, bei meinen kleineren Kondensatoren zu bleiben, da die nur bis 16V können.
Wenn ich nun die Gleichrichterdioden gegen 100V Varianten ersetze, hab ich doch nun eine Begrenzung über meinen Shunt-Regler, der LDO mit Eingangs und Ausgangskondensatoren glättet mir dann die Spannung und erzeugt meine 1,8V.
Spricht da etwas dagegen, es so zu machen?
Wenn ich es richtig verstanden habe, entnehme ich mir mit dieser Schaltung nur den Strom, den mein ATtiny braucht und erzeuge keine allzu große Abwärme?
Ich verbrate mir dann über den Transistor oder Mosfet im Shuntregler schlimmstenfalls 90V, wenn ich von Maximal 100V und einer Begrenzung auf 10V ausgehe. Strom wäre ca. 2-3mA, also 90V * 3mA = 0,27W, die der Transistor verheizt? Ist diese Berechnung korrekt?
Ich verbrate mir dann über den Transistor oder Mosfet im Shuntregler
schlimmstenfalls 90V, wenn ich von Maximal 100V und einer Begrenzung auf
10V ausgehe.
Um diese Zahlenangaben einmal zu bewerten:
1,8 V werden bei 2 km/h erreicht,
100 V dann bei rund 110 km/h.
Bist Du nun besonders sportlich oder sind Deine Annahmen völlig absurd?
Daniel möchte aber auch schon ab 2 km/h seine 1,8V für den ATtiny und
das LCD-Display sicher zur Verfügung haben.
'Sicher' hat er die doch sowieso nicht, wenn er nicht Spannungsverdoppelung und Synchrongleichrichtung macht. Wenn ich mir die obige Schaltung ansehe, wäre das für den TO wohl keine Option.
Daher mein Rat: Stützbatterie für optimale Startbedingung.
Nebenbei: Der ATtiny10 scheint mir Resteverwertung zu sein. Ich würde das Teil wegen seiner Beschränkungen heute nicht mehr anfassen.
Wie würde den mein Signal aussehen, wenn ich den Triac verwenden würde?
Würde die Spannung an meinem LDO solange der Triac an ist über 10V
tatsächlich abgeschnitten, oder wäre in dem moment dann 0, wegen
Kurzschluss?
Der Triac schließt den Rest der Halbwelle kurz. Die nächste Halbwelle
lässt er wieder bis zu einem Spannungsanstieg von 10,7V durch und dann
"Bäämmm" schließt er alles wieder bis zum Ende kurz usw.
Wenn das wirklich so funktionieren würde, dann wäre das eine feine
Sache, denn ein kurzgeschlossener Dynamo benötigt kein Drehmoment, das
sonst mühsam mit Muskelschmalz aufgebracht werden müsste, nur um es
anschließend wieder nutzlos an einem LDO in Wärme umzuwandeln.
...genauso funktioniert das.
Wird beim (Simson)Moped auch so gemacht. Bei den geringen Strömen, um die es hier geht, könnte man (auch wieder beim Moped abgeschaut - diesmal am Rücklicht) darüber nachdenken, die ansteigende Frequenz bei steigender Geschwindigkeit/drehzahl in Verbindung mit dem Induktiven Blindwiderstand einer Drossel zu bringen, also einen frequenzabhängigen Vorwiderstand einzubauen. Im Original ist das ne recht klobige Drossel, die hinten beim Rücklicht auf einem Blech montiert ist. Die kann hier, rein von der Bauform, deutlich kleiner ausfallen, müsste aber ne etwas größere Induktivität haben. Wenn man Frequenz vom NabenDynamo und den Strombedarf kennt, kann man das ja einfach ausrechnen, was man da konkret benötigt.
R = 2 x pi x f x H
Klappt natürlich alles nur auf der Wechselspannungsseite. Allemale besser, als erst eine Gleichspannung zu generieren, um diese dann wieder kontinuierlich zu "verheizen", was andererseits bei den geringen Leistungen hier auch kein Problem darstellen sollte ( siehe: "Wasserkühlung" ;) ).
edit: der Dynamo ist keine Spannungsquelle, sondern eine (nicht ganz ideale) Stromquelle
Um aus dem Elefanten mal wieder eine Mücke zu machen:
LC-Anzeige hatte ich wohl ins Spiel gebracht und die Pins 'DATA' und 'CLK' in der Eingangsschaltung scheinen wohl nur die Programmiersignale zu sein.
Wenn es allein um einen Teiler 14:1 oder 7:1 geht, kann man doch einfach einen 4017 nehmen. Was das dann überhaupt bringen soll, bleibt mir allerdings schleierhaft.
Schönen Freitag noch! ;-)
Hier mal ein anderer Ansatz. Funktioniert seit zwei Jahren.
Der 4024 braucht so gut wie gar keine Strom. Die Platine ist ca. 1 * 2cm groß und im Schrupfschlauch unter der Lampe befestigt.
Einziger Nachteil, wenn das Licht an ist und ich zwischen 8 und 12 km/h fahre, werden genau doppelt so viele Impulse gezählt. Liegt wohl am Ladestrom der Lampe (mit 1Farad-Speicherkapazität). Ich hatte noch keine Lust das Scpoe mit in den Keller zu nehmen.
Der gefällt mir! Eine schöne Mücke ohne Kühlkörper ;-)
Vielleicht reicht schon ein Kondensator hinter R5 nach GND um einen Tiefpass vor CLK einzufügen. Oder nur eine Einweg-Gleichrichtung, damit der Pegel an CLK immer zwischen GND und VCC bleibt und damit Vhys immer gut passt.
Das ist schon wieder ein Vorschlag, der bei 2 km/h nicht funktionieren
wird.
Hast Du das ausgerechnet oder probiert?
Ist es nur Neid oder, daß Du kein Fußball sehen darfst?
Hast Du ein Rad mal mit 2 km/h geschoben und bist dabei nicht eingeschlafen?
Hier mal ein anderer Ansatz. Funktioniert seit zwei Jahren.
Der 4024 braucht so gut wie gar keine Strom. Die Platine ist ca. 1 * 2cm
groß und im Schrupfschlauch unter der Lampe befestigt.
Schöner Vorschlag, gefällt mir auch :-)
Hab weiter im Netz gesucht und wurde tatsächlich fündig. HV-Schaltung für LDOs. Hab das mal in LTspice simuliert, dazu musste ich das Spice Modell für den 2N7002 ein wenig umbauen, ist also nun ein Depletion Mode NMOS.
Das ganze funktioniert sogar. Denke, das baue ich mir mal real auf.
Später wird das ein BSP129 NMOS, denke der wäre geeignet.
Hab vorerst ohne Gleichrichter usw. simuliert, um überhaupt erstmal zu testen, ob das funktionieren würde. Also nicht über fehlende Teile wundern.
Einziger Nachteil, wenn das Licht an ist und ich zwischen 8 und 12 km/h
fahre, werden genau doppelt so viele Impulse gezählt.
Die Schaltung funktioniert also nicht richtig. Das ist ja das gute an Schaltungen mit MC, das sie anpassbar sind, beliebig Plausibilität überprüfen können und in der Signalkonditionierung flexibel sind.
Einziger Nachteil, wenn das Licht an ist und ich zwischen 8 und 12 km/h
fahre, werden genau doppelt so viele Impulse gezählt.
Die Schaltung funktioniert also nicht richtig. Das ist ja das gute an
Schaltungen mit MC, das sie anpassbar sind, beliebig Plausibilität
überprüfen können und in der Signalkonditionierung flexibel sind.
Bei dem schnellen MHz-Zähler wird ja jede Spannungsspitze registriert. Ein TP mit 200 Hz sollte dies sicher abstellen. Wenn das Oszilloskope nicht in den Keller getragen werden soll, dann vielleicht mal mit dem Fahrrad im Wohnzimmer radeln ;-)
Wenn schon µC, dann doch bitte aber auch die höhere Auflösung des Dynamos nutzen. Bei den erwähnten 2 km/h wird bei einem 28" Rad ca. alle 4 s ein Impuls/Umdrehung ausgegeben - gähn.
Der Dynamo liefert bei Vollwellenbewertung und gleicher Geschwindigkeit eine flüssige Anzeige von 3 Werten/s. Den Luxus sollte man sich gönnen.
edit: der Dynamo ist keine Spannungsquelle, sondern eine (nicht ganz
ideale) Stromquelle
Wie wenig diese Stromquelle "ideal" ist, sieht man speziell dann,
wenn sie an einen offenen Stromkreis angeschlossen ist,
und dann nicht weiss, wohin mit dem Strom... ;-)
Den Nabendynamo kann man als Wechselstromquelle mit Serienwiderstand und Parallelwiderstand betrachten.
Der Hersteller stellt den Strom durch die Induktivität (Windungszahl) ein.
Sowohl die induzierte Spannung als auch der induktive Widerstand steigen proportional mit der Frequenz und die ist proportional zur Geschwindigkeit. Damit ist der Strom wenig abhängig von der Geschwindigkeit.
Der Parallelwiderstand repräsentiert die internen Verluste, z. B. durch Wirbelstrom. Deshalb wird die Spannung bei äußerem Leerlauf nicht unendlich hoch, aber doch so hoch, dass die Leitung vom Nabendynamo zum Frontscheinwerfer berührungsgeschützt verlegt werden muss. Deshalb ist in der Regel kein Zwischenstecker vor dem Scheinwerfer.
Bei den Nabendynamos 500 mA; 6 V; 3W beträgt der (gemessene) Serienwiderstand grob um 4 Ω.
Bei (Fast-)Kurzschluss funktioniert die Beleuchtung nicht mehr. Die sollte aber jederzeit einschaltbar sein.
Üblicherweise begrenzt ein 6-V-Frontscheinwerfer (wenn er eingeschaltet ist) die Spannung auf 5...10 V.
Im Gegensatz zu Spannungsquellen sind Stromquellen
bei Kurzschluss leistungslos bzw. leistungsarm.
Im Prinzip richtig, aber so ganz leistungsarm ist das bei 4 Ω nicht mehr.
Das Prinzip zeigt aber auch, dass der Nabendynamo mehr als 3 W liefern kann, wenn der Strom bei höherer Spannung entnommen wird.
Bei 12 V und etwas höherer Geschwindigkeit liefen die Nabendynamos etwas über 400 mA, also um 5 W. Leistungsanpassung wird bei noch höherer Spannung sein.
Und für höheren Strom bei geringer Geschwindigkeit kann man einen bipolaren Elko in Reihe Schalten, der mit der inneren Induktivität (um 100 mH) einen Reihenschwingkreis bildet (-> niederohmiger). Bei noch niedrigerer Geschwindigkeit ist dann die Spannung allerdings geringer.
Leider werden bei den Herstellern oft die Kosten reduziert: Der Drahtdurchmesser wird so gering wie möglich gewählt und mit heller werdenden LED-Frontscheinwerfern kamen Nabendynamos mit 250 mA; 6 V; 1,5 W auf den Markt, statt die Scheinwerfer heller zu machen.
Im Gegensatz zu Spannungsquellen sind Stromquellen
bei Kurzschluss leistungslos bzw. leistungsarm.
so nicht ganz korrekt,
bei einer Spannungsquelle wir bei Kurzschluss keine Leistung abgegeben, weil auch bei einer ideale Spannungsquelle ein idealer Kurzschluss besteht besteht und somit U=0 ist, allerdings geht der Strom gegen unendlich
eine ideale Stromquelle liefert bei Kurzschluss auch keine leistung, weil auch hier U=0 ist
unterschied ist nur der Strom, die interne Verlustleistung ist aber in beiden Fällen gleich, weil bei der Spannungsquelle ist U definiert und I geht im Kurzschlussfall gegen unendlich, bei der idealen Stromquelle ist U gegen unendlich genau wie Ri und U/Ri ist der definierte Strom
In der realen Welt sind beides aber Spannungsquellen mit einem Ri und einer Stellglied dessen R in Reihe ist und die Regelung passt das so an, das entweder die Spannung oder der Strom geregelt wird, in beiden Fällen ist aber die abgegeben Leistung bei Kurzschluss gleich, nur die interne Verlustleistung kann unterschiedlich sein, wenn bei Spannungsregelung das Stellglied sein R auf min stellt.
Bei passiven Spannungs bzw. Stromquellen gibt es keine Regelung und beides kann man als Spannungsquelle mit Ri darstellen, wobei die Stromquelle eine hohe Leerlaufspannung hat und ein hohen Ri, so dass im Einsatzbereich die Last den Strom nur unwesentlich verändert, während die Spannungsquelle einen kleinen Ri hat, so dass im Einsatzbereich die Last die Spannung nur unwesentlich verändert.
Hierbei ist die externe Verlustleistung in beiden Fällen natürlich wieder Null, interne Verlustleistung ist ähnlich.
Beispiel, Einsatzbereich 10V 1A, mit ca. +100% Leistung soll die Spannung nur 1% variieren bzw. der Strom nur 1% variieren.
(wenn man bei +100% Leistung mal die Spannungsänderung unberücksichtigt lässt, also Grobe Abschätzung)
Rlast nom=10 Ohm, Rlast+ (U konst)=5 Ohm, Rlast(Ikonst)=20Ohm
dU=10V*1%=0.1V -> Ri=0.1V/1A=0.1Ohm-> Ui=10.1V Ri=0.1Ohm
-> Rlast nom I=1A Pext=10W Rlast+ I=2,02A Pext=20.4W
bei Kurzschluss ist die interne Verlustleistung 1020W
bei Kurzschluss ist die interne Verlustleistung 1010W
also der Unterschied zwischen Spannungs und Stromquellen ist ideal wie real nicht so groß wie gerne erzählt wird, nur bei geregelten Spannungs und Stromquellen kann es unterschiede geben die aber von der Art der Regelung abhängig sind, eine Regelung die Abschaltet sobald der Wert nicht erreicht werden kann oder die dann in die Strombegrenzung geht sieht da schon wieder
anders aus und die Unterschiede verschwinden auch dort.
Den Nabendynamo kann man als Wechselstromquelle mit Serienwiderstand und
Parallelwiderstand betrachten.
Es braucht nur einen, Serienwiderstand oder Parallelwiderstand , für das Ersatzschaltbild
Und eine Spannungs wie auch eine Stromquelle kann man als Spannungsquelle U mit Serienwiderstand Ris oder als Stromquelle I mit Parallelwiderstand Rip betrachten und Ris=Rip mit U = Ri x I
Eine Stromquelle mit Rip und dann noch einen Serienwiderstand verhält sich nicht anders als eine Stromquelle mit Rip oder eine Spannungsquelle mit Ris
nur das due den Strom anders definierts wenn du I=1A und Rip=6 Ohm hast und dann einen Ris=2 Ohm hast, dann ist dein Kurzschlussstrom nicht 1A sondern nur 0.75A, d.h. wenn du eine Stromquelle mit I=0.75A nimmst und einen Rip mit 8 Ohm kommt das gleich raus
Oder Spannungsquelle mit U=6V und Ris=8Ohm, ist auch gleich
bei einer Spannungsquelle wir bei Kurzschluss keine Leistung abgegeben,
weil auch bei einer ideale Spannungsquelle ein idealer Kurzschluss
besteht besteht und somit U=0 ist, allerdings geht der Strom gegen
unendlich
Reale Spannungsquellen (U und Serien-R) haben bei Kurzschluss maximale Verlustleistung.
Reale Stromquellen (I und parallel-R) haben offen die maximale Verlustleistung.
Ein Nabendynamo hat kurzgeschlossen die geringste Verlustleistung.
(Zumindest war das so, als es nur einen Nabendynamo gab und dieser von den Freaks untersucht wurde und für alles mögliche zweckentfremdet, z.B. höhere Leistung @ 12V)
Den Nabendynamo kann man als Wechselstromquelle mit Serienwiderstand und
Parallelwiderstand betrachten.
Genausogut als (reale) Wechselspannungsquelle,
mit Parallelwiderstand direkt am Generator
(für die Magnetisierungsverluste) und hintendran die Serienimpedanz (Wicklungswiderstand und -natürlich drehzahlabhängige- Streureaktanz).
Ein Nabendynamo hat kurzgeschlossen die geringste Verlustleistung.
Wenn der Wicklungswiderstand um 4 Ω beträgt, wie o.a.,
würden dann also um 2 W umgesetzt.
Wäre das weniger als die Magnetisierungsverluste im Leerlauffall?
Ein Nabendynamo hat kurzgeschlossen die geringste Verlustleistung.
(Zumindest war das so, als es nur einen Nabendynamo gab und dieser von
den Freaks untersucht wurde und für alles mögliche zweckentfremdet, z.B.
höhere Leistung @ 12V)
wie wurde das denn untersucht, ein Generator der mittels rotierenden Magneten eine Wechselspannung erzeugt da kann man elektrisch nicht die Verlustleistung messen, man kann mechanisch die Drehzahl und das Drehmoment messen, das würde bedeuten dass das Drehmoment bis zu einer gewissen Last steigt und dann wieder abnimmt. Ich habe nicht die Möglichkeiten das zu untersuchen, würde mich aber sehr dafür interessieren wie so ein Kennfeld über Drehzahl und Last aussieht.
Was natürlich auch klar ist, das ein Generator nicht ausschließlich ein ohmschen Innenwiderstand hat, der hat auch eine Induktivität, die aber mit steigendem Strom im besten Fall konstant ist oder real über Sättigung abnimmt. Diese weist natürlich mit Steigender Drehzahl und damit steigender Frequenz einen größeren Blindwiderstand auf und damit erhöhten Spannungsabfall, so dass die Ausgangsspannung unter Last nicht linear mit der Drehzahl steigt. Bei hohen Drehzahl überwiegt der Blindwiderstand gegenüber dem Kupferwiderstand.
Aber bei Kurzschluss muss mechanisch nur die Wirkleistung im Kupferwiderstand aufgewendet werden. Aber wenn im Kurzschlussfall die Verlustleistung am geringsten ist, dann muss der Kurzschlussstrom kleiner sein als der Laststrom.
Was aber besonders interessant sein dürfte ist dieser Artikel, auf Seite 17 (pdf seite 29) sind mehrere Kennlinien für verschiedene Fahrgeschwindigkeiten und darunter steht, das bei gewissen Geschwindigkeiten durch erhöhen des lastwiderstandes die leistung zunimmt.
http://www.enhydralutris.de/Fahrrad/Beleuchtung.pdf
Was sagt das aus, das bei Kurzschluss die Verlustleistung abnimmt, nein. Man sieht an der Kurve für 10km/h das bei 12 Ohm 6V die max. Leistung abgegeben wird, das ist Leistungsanpassung, d.h. der Zi ist auch 12 Ohm, bei 20km/h ist die max Leistung bei mit Ri=22 Ohm erreicht, was bedeutet wir haben ein Zi=22 Ohm
jetzt muss man mal die Frequenzen finden im Artikel um das Model richtig zu bedaten, aber die Belastung von V1 nimmt zu und ist bei Kurzschluss maximal
für R2 der den Rfe darstellt muss man natürlich berücksichtigen das die Eisenverlust mit der Frequenz ebenfalls zunehmen bei konstanter Spannung, also R2 abhängig von der Frequenz bedaten
jetzt muss man mal die Frequenzen finden im Artikel um das Model richtig
zu bedaten, aber die Belastung von V1 nimmt zu und ist bei Kurzschluss
maximal
für R2 der den Rfe darstellt muss man natürlich berücksichtigen das die
Eisenverlust mit der Frequenz ebenfalls zunehmen bei konstanter
Spannung, also R2 abhängig von der Frequenz bedaten
mit diesen Daten nimmt tatsächlich die Leistung ab, hätte ich nicht erwartet
aber wenn man darüber nachdenkt, der wesentliche Teil des Zi ist Blindwiderstand, der bei 10km/h schon 10 mal größer ist als der Kupferwiderstand.
die Dimensionierung ist recht nah an dem Kennlinien aus der PDF
Aber wenn im Kurzschlussfall die
Verlustleistung am geringsten ist, dann muss der Kurzschlussstrom
kleiner sein als der Laststrom.
Nein; der Laststrom ist kleiner als der Kurzschlussstrom
(gilt ohne Kondensator, mit kann der Laststrom grösser sein).
Es wurde nur gesagt (bzw. gemeint),
im Kurzschlussfall sei die Leistung geringer als bei Leerlauf.
Bei steigender Drehzahl bzw. Fahrgeschwindigkeit steigt aber der
Verlust des Dynamos bei Leerlauf
("schnellere" Ummagnetisierungen / mehr Wirbelströme).
Also kann man nicht ohne weiteres sagen, was weniger Reibung macht
und es kann auch je nach Geschwindigkeit umgekehrt sein.
Ein Nabendynamo hat kurzgeschlossen die geringste Verlustleistung.
(Zumindest war das so, als es nur einen Nabendynamo gab und dieser von
den Freaks untersucht wurde und für alles mögliche zweckentfremdet, z.B.
höhere Leistung @ 12V)
Sicher?
Das gängige Ersatzschaltbild trifft Spannung und Strom im belasteten Zustand und Spannung im unbelasteten Zustand ganz gut.
Das heißt aber noch nicht, dass das Modell auch eine gute Aussage über die mechanische Leistungsaufnahme Leerlauf vs. Kurzschluss erlaubt. Gab es dazu auch Untersuchungen (damals und für aktuelle Dynamos)?
Sicher?
Das gängige Ersatzschaltbild trifft Spannung und Strom im belasteten
Zustand und Spannung im unbelasteten Zustand ganz gut.
Das heißt aber noch nicht, dass das Modell auch eine gute Aussage über
die mechanische Leistungsaufnahme Leerlauf vs. Kurzschluss erlaubt. Gab
es dazu auch Untersuchungen (damals und für aktuelle Dynamos)?
Das Dokument von
Lucky schrieb im Beitrag #7697870:
zeigt z.B. auf Seite 77 (PDF-Seite 89) die Werte für den SON. Für Kurzschluss und Offen die mechanische Leistung direkt, für 2 Lastwiderstände muss man sich das über den Wirkungsgrad zurück rechnen.
Kurzschluss verursacht deutlich weniger mechanische Leistung als Spannungsbegrenzung auf 5 oder 10V.
offen (10M) braucht es noch weniger mechanische Leistung
Ich bin momentan dabei meinen Reedkontakt vom Fahrradtacho durch
auswerten der Nulldurchgänge vom Nabendynamo zu ersetzen.
Mir scheint, bei jedem Stopp bricht die Versorgungsspannung vom Attiny zusammen und er beginnt wieder bei 0 zu zählen.
Und wo zeigt er das Ergebnis überhaupt an ?
Nehmen wir an, der Attiny erkennt die zusammenbechende Betriebsspannung und sichert den Zählerstand im EEPROM und du hast nur 'vergessen' das direkt vom Attiny angesteuerte LCD das ja offenbar auch mit 1.8V auskommen muss, einzuzeichnen.
Dann vergiss eine ganz Schaltung, vergiss den ganzen Aufwand, lass alle Bauteile weg.
Nutze zwischen VCC und GND neben dem Elko noch einen Shuntregler, sagen wir TL431 mit 2.5V. GND kommt direkt an einen Dynamoausgang, VCC über eine (100V Schottky) Diode und Strombegrenzung an den anderen. Um einfachsten Fall ein Widerstand, besser eine Konstantstromquelle. Der Impulseingang wird einfach über 470k davor angeschlossen. Fertig.
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+--|>|--R--+---+---+-----+
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o--+--470k----(---(---(---ATtiny=LCD
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Dynamo +-TL431 C |
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o-----------------+---+-----+
Der R darf bei 100V maximal 0.1A fliessen lassen, also 1k, würde bei 2V damit die benötigten 1mA erlauben, die Diode kostet zusätzliche 0.7V, wenn der ATtiny unter 1.8V abschaltet muss der Dynamo also 4.5V liefern. Besser wird das mit einer Konstantstromquelle. Noch besser mit einer aktiven Diode. Noch besser mit strombegrenzter idealer Diode, LM76202 hält 62V aus und lasst sich sicher auf weniger als 100mA begrenzen.
Mir scheint, bei jedem Stopp bricht die Versorgungsspannung vom Attiny
zusammen und er beginnt wieder bei 0 zu zählen.
Und wo zeigt er das Ergebnis überhaupt an ?
Hallo. Wie gesagt, wird der Reedkontakt ersetzt. Anzeige ist der Fahrradtacho selbst, kein LCD oder sonstwas. Das die Spannung zusammenbricht und neu gezählt wird macht nichts, ATtiny 10 hat keinen Eeprom.
Hier wird einzig und allein der Reedkontakt ersetzt. Der Aufbau mit Mikrocontroller bietet mir die Möglichkeit bei einem Ersatz des Dynamos oder ein anderes Fahrrad mit anderem Dynamo den ATtiny auf die Polzahl des jewiligen Dynamos umzuprogrammieren, ohne etwas an der Schaltung zu ändern.
Auch bin ich an der Auflösung selber frei, ich kann entweder die vollen 14 Nulldurchgänge zählen, oder 7, muss halt im Tacho den Radumfang anpassen.
Dann verspreche ich mir davon nebenbei weniger Stromverbrauch im Tacho selbst. Der Reedkontakt schließt für über 70ms oder mehr (je nach Position des Magneten zum Reedkontakts) bei langsamer Fahrt, bei schnellerer rechnerisch 2,5ms. Mein ATtiny schaltet immer für 2,5ms. Dem Tacho interessiert nur die steigende Flanke an den beiden Pins, also der Moment, wo beide Pins miteinander elektrisch verbunden werden. Weniger langer Stromfluss durch die Schaltkontakte vom Tacho bedeuten längere Batterielaufzeit. Bei zu langem aktivem Reedkontaktsignal schaltet der Tacho dann weg (Fahrrad abstellen mit Magnet vor Reedkontakt, z.B.).
Das komplette Projekt ist sinnlos, das weiß ich selbst... Aber allein es zu haben, verstanden und gebaut zu haben ist es mir Wert.
Die Software funktioniert, Signalkonditionierung klappt, einzig die hohe Spannung im Lastfreien Fahrbetrieb bereitet mir Kummer. Und da sehe ich nun dank der Schaltung aus meinem letzten Beitrag die Lösung.
Aus jedem Projekt lernt man dazu, und eure ganzen Ratschläge sind immer hilfreich und die Rege Diskussion hier hätte ich zu anfang auch nicht erwartet, vielen Dank euch allen!
Ich habe auch einen Align T-Rex 550X RC-Helikopter, bei dem lese ich die Telemetrie aus dem Regler mit einem ATXmega32 aus und steuere mir so den Reglerlüfter anhand einstellbarer Temperaturkurven. Der Stromfluss wird auch berechnet und der Lüfter kann so Stufen höher schalten, auch wenn die Temperatur noch nicht gestiegen ist, also vorsorgliches Reglerkühlen.
Das ist genauso Unnötig, aber bei genauerer Betrachtung keine schlechte Idee :-) Nur mal so nebenbei erwähnt. Beim Modellbau gilt ja: Maximaler Aufwand bei geringem Nutzen :-D
Ich habe mir erstmal einen Deplition Mode Mosfet bestellt und probiere die Schaltung von meinem letzten Beitrag mal aus. In LTspice funktioniert das super, selbst bei 200V.
Die hohe Spannung dient bei mir als Sicherheit, bei meinem Dynamo reichen bis 45V, schneller fahre ich nicht. Das schnellste war mal Bergab mit 50Km/h und war nicht so prickelnd. Ein vors Fahrrad gelaufenes Reh und das wars, selbst mit Helm.
Mir geht es um die Verwendbarkeit mit anderen Dynamos, von denen ich nicht weiß, wie hoch die Spannung im Leerlauf bei denen ist.
Wenn ich mal ein vernünftiges Display gefunden habe, würde ich auf Li-Ion Akku mit Ladeschaltung gehen, ATXmega32, Kompass, Barometer usw...
Die Tachos die mir gefallen, also Farbdisplay und so, haben alle GPS. Bis man da losfahren kann, vergehen 30sek... dann halten die Akkus nur 15 Std... Ich finds dämlich von den Herstellern, das die rein auf GPS setzen, eine längere Waldfahrt, Tunnel oder ähnliches und der Tacho zeigt nichts mehr an. Ich würde mir Tachoabgriff und automatisches Laden des Akkus über Nabendynamo wünschen und Navigation dann über GPS. Naja, hat jeder seine Vorlieben und wünsche.
Bei mir steht momentan der Hauptgedanke den Reedkontakt los zu werden und Erkenntnisse zu sammeln, ob ich weiter an einem Projekt mit Eigenbau-Tacho denke, oder es nun nur beim Reedkontaktersatz zu belassen. Denke ich werde es dann auch dabei belassen ;-)
Anbei mein Vorschlag für eine Spannungsversorgung aus einem Fahhraddynamo. Gerade bei niederigen Drehzahlen wird Vp des Dynamos nur um die Durchlassspannung der Diode D3 reduziert. Die Bauteilewerte sind noch nicht fix.
Q1/R1/D4 begrenzen die max. Ausgangsspannung und die Ladungspumpe C1/D1/D2 sorgt für eine minimale Sättingungsspannung von Q1 bei niedriger Stromaufnahme.
Je nach Dynamo kann die max. Eingangsspannung mit D5/D6 begrenzt werden.
Zu C2 lassen sich ein Super-CAP oder ein Akku parallel schalten, wenn die Versorgungsspannung im Stillstand benötigt wird.
Ich hätte wohl auch ne Diode in Reihe, einen 1K Vorwiderstand und parallel zu GND eine LED mit passender Flussspannung und einen Elko drangelötet.
Was für'n Sackstand ;)
Läuft denn nun schon was vorzeigbares?
Hier noch eine Möglichkeit mit Spannungsverdopplung.
C3 muss aber mindestens 220µ haben (sonst kommt keine Spannungserhöhung mehr raus bei der niedrigen Frequenz) und für die Spitzenspannung des Generators ausgelegt sein.
Q1, Q3 und Q4 müssen die doppelte Spitzenspannung aushalten.
Die Stromquelle um Q4 kann auch durch einen Widerstand mit ca. 22-33k ersetzt werden. Hat dann halt bei schneller Fahrt etwas mehr Stromverbrauch.
D1 braucht nicht besonders Spannungsfest sein. Für D3 wäre was mit geringerer Durchlassspannung gut, muss aber mindestens die Spitzenspannung aushalten. D2 ist nur ne "Angstdiode".
Ohne die Spannungsverdopplung wäre die Schaltung von msx aber einfacher. Q1 ist da aber von der Spannungsfestigkeit her vmtl. zu niedrig ausgelegt.
Ein Bild der Spannungsverläufe bei kleiner Drehzahl kann ich zeigen. Auf der µC-Platine habe ich parallel zu Vcc noch 0,1 F geschaltet. Der sorgt für genügend Nachlaufzeit bei ATtiny44 + statischem 4 x 7-Segm. LCD.
Unnötig.
Einfach einen ausgelutschten Akku (NiMH / LiIon) oder CRxxxx zur Pufferung der DC-Spannung parallelschalten. Ohne BOD braucht der µC < 1 µA. Das läuft auch im Winter 'jahrelang'.
Hallo. Ich wollte nur ein kurzes Update geben:
Heute kam mein Deplition Mode Mosfet an. Die erste Probefahrt eben war ein voller Erfolg.
Meine Eingangsspannung am LDO steigt nun nie über 4,63V an. Auch bei 3Km/h habe ich bereits 4,00V anliegen und somit genug für die Mindestspannung des MCP1703.
Dabei ist es egal, ob Licht an oder aus ist. Genau was ich wollte.
Groß Warm wird auch nichts, habe Sleep-Modus einprogrammiert und die Stromaufnahme so nochmals gesenkt, auch wenn 2mA ohne Sleep-Mode nun wirklich nicht viel ist und Sleep nicht nötig wäre.
Vielen Dank euch allen für eure Ratschläge, Platine geht nun nächste Woche in Produktion, um das Projekt abzuschließen :-)
Hallo. Kann ich machen, wenn Interesse besteht :-)
Mosfet ist ein DN3535N8-G, wegen seiner geringen Größe im SOT-89 Format habe ich mich für den entschieden, recht Teuer, aber für ein Einzelprojekt im Privatsektor voll ok. Auch die anderen Parameter schienen mir zu passen, welche sich ja nun durch die Funktion als korrekt erweisen.
Bin kein Profi im finden von korrekten Mosfets, vllt gibt es doch noch einen besseren, aber wenns Funktioniert...
Im Anhang der Schaltplan, wie die Schaltung zur Zeit als Steckbrett im Fahrrad mitfährt.
Durch die PMEG6010 Dioden kann ich bis maximal 60V als Dynamospannung verwenden, das müssten 79 Km/h entsprechen, die ich natürlich nie erreiche. Ein bisschen Reserve nach oben schien mir gut zu sein.
Platine wurde übringens bei einem Amerikanischem Hersteller (Darf man den Namen Nennen? Ist der mit den Lila Platinen) per Upgrade bereits aufs Panel gesetzt und zur Fabrik geschickt, echt Flott.
Die Schaltung gefällt mir auch ;-) Ich hätte gedacht, Du nimmst nur den JFET und legst das Gate auf GND. Da müßte sich am source-Pin eine Spannung von einigen Volt einstellen - ggf. mit einer ZD begrenzt.
Die 'Angst' vor zu hoher Eingangsspannung hätte ich nicht: ZD oder Varistor kappen die Spitzen, die nur bergab und mit Rückenwind auftreten werden. Bei 50 km/h wackelt bei meinem Rad der Rahmen und eine Vollbremsung wäre sehr riskant.
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