Conversione e stabilizzazione della tensione di uscita di un hub dinamo

Prefazione - Non so molto sull'elettronica: P

Ho ordinato un mozzo della dinamo Shimano per la mia bicicletta. Ho fatto un po 'di compiti a casa e qui ci sono le mie scoperte:

1. L'uscita della suddetta dinamo è un AC a 6 volt.

2. La tensione di uscita della dinamo non è stabile, varia in base alla velocità della dinamo.

3. Ci sono possibilità che le luci esplodano;) Il motivo è dovuto all'uscita di tensione non stabilizzata.

Sulla base di quanto sopra ho alcune domande.

1. Esiste un semplice circuito che converte l'uscita CA in CC? Ho letto di alcuni raddrizzatori a ponte, ma volevo esserne assolutamente sicuro. Inoltre, di che dimensione è il circuito, quanto facilmente è disponibile e quanto è affidabile?

2. Cosa più importante che volevo sapere, come faccio a costruire un circuito in modo che l'uscita CA fluttuante a 6 volt dalla dinamo si converta in un'uscita DC stabilizzata a 5 volt (ricaricabile tramite USB)? Ce ne sono già disponibili? Qual è il costo di tale circuito o quanto facilmente posso costruire da zero?

3. Ho letto da qualche parte che collegare un dispositivo a una sorgente di ingresso non stabilizzata (in questo caso l'uscita a 5 volt dalla dinamo al mio iPhone) farebbe saltare il dispositivo. Quindi, se non riuscissi a realizzare (o acquistare) il circuito del punto 2 sopra menzionato, posso usare l'uscita a 5 volt per caricare batterie intermedie come un caricabatterie solare agli ioni di litio di ricambio per iPhone e batterie ricaricabili AAA tramite un caricatore USB e li usi per ricaricare i miei gadget?

Non utilizzare un raddrizzatore a ponte. È inefficiente, perché sono necessarie due cadute di diodi in serie e non consente di utilizzare il telaio come massa per una lampada a corrente continua (come una moderna luce a LED per bici). Invece, considera un duplicatore di tensione

^{simula questo circuito - Schema creato usando CircuitLab}

Il "regolatore" può essere un regolatore di corrente o solo uno Zener seguito da un resistore di limite. Diversi LED in serie possono utilizzare la tensione "extra" fornita. La precisione, come l'efficienza, è meno che importante in questa applicazione.

Ho usato una batteria al piombo sigillata da 6 V come "regolatore"; il sovraccarico non sembra essere un problema e un IC regolatore a bassa caduta di tensione può garantire che l'uscita alle lampade sia stabile a 6V.

La ricarica da una fonte "5V" è possibile, ma a seconda di tali cose è meno che soddisfacente; il generatore ha tutta la potenza di cui hai bisogno.

Esiste un semplice circuito che converte l'uscita CA in CC? Inoltre, di che dimensione è il circuito, quanto facilmente è disponibile e quanto è affidabile?

Un raddrizzatore a ponte, come hai detto. È piccolo, facile da trovare e abbastanza affidabile se utilizzato secondo le specifiche. Qualsiasi distributore di elettronica li avrà. Dato che sono poco più di una disposizione specifica di quattro diodi, non è nemmeno difficile crearne uno.

Come si costruisce un circuito per convertire l'uscita CA fluttuante da 6 volt dalla dinamo in un'uscita DC stabilizzata da 5 volt (ricaricabile tramite USB)?

Qualsiasi numero di modi, ma poiché questa energia elettrica viene da te, probabilmente vuoi che sia efficiente, piccola e leggera. Ciò significa probabilmente un alimentatore switching . Non è un circuito semplice da costruire, ma come menziona pjc50 in un commento, ci sono già prodotti commerciali che lo hanno già fatto .

Ho letto da qualche parte che collegare un dispositivo a una sorgente di ingresso non stabilizzata (in questo caso l'uscita a 5 volt dalla dinamo al mio iPhone) farebbe saltare il dispositivo.

Esatto. Se il tuo dispositivo non è stato progettato per esaurire la tensione fornita da questo hub, molto probabilmente verrà danneggiato da esso. Le batterie richiedono anche un alimentatore specifico per caricarle. La tensione di alimentazione deve essere maggiore della tensione della batteria, ma non molto, altrimenti sono normalmente danneggiate. Le specifiche variano un po 'tra i diversi design della batteria, ma è un presupposto sicuro che collegare qualsiasi batteria direttamente a questa dinamo causerà cose cattive.

Il mio consiglio: poiché dalla tua domanda emerge che hai poca conoscenza dell'ingegneria elettrica e che cosa vuoi realizzare non è banale, segui i prodotti commerciali progettati per funzionare con quell'hub.

Ho due di queste dinamo (in realtà Schmidts, non Shimanos, ma elettricamente sono equivalenti), e ho già costruito molte luci a led.

Ho immaginato una configurazione che fosse allo stesso tempo facile da costruire, sicura, efficiente ed economica. È stato testato intensamente nell'uso quotidiano.

Prima di tutto, c'è una cosa importante da tenere a mente, dalla tua domanda: vuoi un'uscita compatibile USB. Questo può essere piuttosto un problema, poiché i dispositivi elettronici richiedono un'uscita stabile. Supponiamo, ad esempio, che si desideri caricare il cellulare durante la guida: quando si ferma la bici, "si spegne" la ricarica. Quando ricomincerai a muoverti, "accenderai" la ricarica (e probabilmente il telefono emetterà un segnale acustico e accenderà il display).

Quindi, in questo caso, avrai bisogno di un circuito più sofisticato, molto probabilmente comprendente una batteria. Non l'ho mai fatto. Phill Frost lo ha già spiegato in dettaglio.

Ora, se vuoi solo un circuito di ILLUMINAZIONE, la mia configurazione attuale funziona molto bene ed è composta da:

• Regolatore: un diodo Zener da 5 W / 6,8 V ;
• Filtro / stabilizzatore: un condensatore elettrolitico 16V 6800uF ;
• Raddrizzatore: quattro diodi raddrizzatori assemblati come un ponte;

Con questo, ottengo un'uscita abbastanza stabile (almeno 5 miglia all'ora) e regolata in modo nitido a 6,8 V. Sono necessari 6,8 V anziché 6 V in modo che io possa collegare due LED bianchi in serie, che non funzioneranno poiché la loro caduta di tensione è leggermente superiore a 3 V ciascuno.

Poiché l'uscita di queste dinamo è nominalmente 6 V / 3 W, l'utilizzo di un 6,8 V / 5 W mantiene la tensione controllata e perde pochissima corrente: la maggior parte dell'energia viene scaricata dai LED che si collegano.

E poiché la corrente è limitata a 3 W (0,5 A), non si brucerà lo Zener 5 W anche se si esegue il sistema senza alcun dispositivo collegato (solo le piccole scintille di ciascun ciclo d'onda sono effettivamente sopra i 6 V, come ho verificato con un oscilloscopio di un amico).

Puoi avere lo schema SVG qui:

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

E l'ultima cosa (brutta ma sorprendentemente robusta e resistente alle intemperie) è sotto. Nota che solo i diodi e il condensatore sono ciò che desideri, ma ho assemblato i LED sulla stessa scheda a causa delle preferenze personali per questo progetto.

Suggerirei un raddrizzatore a ponte completo, seguito da un condensatore e un circuito step-down (buck) DC-DC già pronto. Puoi trovarne molti che sono grandi circa 20x35x10mm e ognuno costa circa 2-5 dollari, spedizione inclusa da Hong Kong.

Il vantaggio di questi regolatori buck è che prendono dalla fonte solo l'energia di cui hanno bisogno, sprecando poco in calore, e quindi il "carico" sulle gambe è il più basso possibile.

Qualsiasi altra soluzione che coinvolga resistori (come un regolatore Zener o un regolatore lineare) sarà meno efficiente.

Le diverse soluzioni elencate qui sono spiegate in questa risposta alla domanda " Come convertire 6 V CA in 5 V CC? ": Una versione tecnica di questa domanda.

Ho appena costruito un regolatore in questo senso:

KBPC104 Raddrizzatore a ponte 2A 200v 470uF 100v convertitore buck elettrolitico basato su LM2596 da e-bay

Sembra che inizi a caricarsi immediatamente anche con una rotazione molto lenta della ruota e dal mozzo posso sentire che è completamente caricato. Il mio hub è un SON-delux, quindi è importante che riesca a ottenere un output a bassa velocità, in particolare perché guiderò in montagna dove a volte andrò molto lentamente.

Inoltre, la mia batteria cache 22000 riconosce immediatamente la tensione e inizia a caricarsi.

Il mio precedente regolatore utilizzava un LM317 e la batteria cache non riconosceva che si stava caricando probabilmente perché la tensione aumentava troppo lentamente.

Penso che questo sia un buon circuito. Anche le parti erano molto economiche.

Ho provato un caricabatterie Velo in grado di fornire fino a 1,5 A ma ho scoperto che la ruota doveva girare molto velocemente per far accendere l'unità in uscita. L'ho restituito.