Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik USB-Lader am Nabendynamo


von Michael K. (charles_b)


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Ich denke darüber nach, am Nabendynamo eine Ladestation fürs Navi 
anzuschließen, damit man das Dings auch mal während der Fahrt nachladen 
kann.

Unter

http://fahrradzukunft.de/11/steckdose-unterwegs/

wird das recht ausführlich diskutiert, am interessantesten ist eine 
Minimal-Lösung bei der folgendes steht:

...versucht der »Minimal«-Lader nur das allernötigste für den Zweck 
»USB-Spannung« aufzuwenden: Ein Brückengleichrichter aus 4 
Schottky-Dioden, ein Glättungs-Kondensator und eine 5,1 Volt/ 5 Watt 
Zenerdiode. Zusammen mit einer USB-Doppelbuchse und einem Kühlblech für 
die Zenerdiode wird das ganze mit Epoxidharz in ein kleines 
Kunststoffgehäuse platziert. Fertig ist das Ladegerät für nur 5 €. Als 
Variante für mehr Strom bei mittlerem Tempo wird ein nicht-polarisierter 
Kondensator mit 330 µF in eine der Nabendynamo-Zuleitungen platziert.

Das einzige was mich irritiert, ist der Kondensator 330 µF in der 
Zuleitung.

Wie sorgt dieses Teil für mehr Leistung bei geringerem Tempo?

Ansonsten, vielleicht gibts ja auch andere Vorschläge oder schon fertige 
Projekte, die ihr empfehlen könnt.

von Dennis S. (bzzzt)


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Er bildet mit der Induktivität des Dynamos einen Schwingkreis.
Der Kondensator ist so gewählt, dass bei 10-15 km/h die 
Spannungsüberhöhung am größten ist. Dort liegt die Resonanzfrequenz.

Nachteilig ist, dass du Nabendynamo und Kondensator unter 10 km/h kaum 
belasten kannst, ohne dass die Spannung zusammenbricht. Die Leistung 
steigt dafür um 10 km/h sehr schnell an und ist bei 15-20 km/h höher als 
ohne Reihenkondensator.

Ich kann dir (natürlich :-D) mein Fahrradstandlicht empfehlen:
http://www2.informatik.hu-berlin.de/~dschneid/elektronik/projekte/standlicht/
Bzw. allgemein einen 5V-Schaltregler.
Dessen Vorteil ist vor allem, dass du nicht die ganze Energie in der 
Z-Diode oder einem Linearregler verbrätst und damit auch nachts die 
Beleuchtung am Fahrrad gleichzeitig mit Strom versorgen kannst.
Die Beleuchtung muss dafür aber hinter dem Schaltregler hängen.

von Volt A. (elektronik)


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Wäre ein Stepup-Stepdown Wandler nicht besser/effektiver als Kondensator 
und Z-Diode?

Eventuell könnte man auch noch den Gleichrichter als Spannungsverdoppler 
schalten.

Dann mit Stepup auf z.B. 20 V hoch (mit pufferung auf 20 V) und mit 
Stepdown wieder runter auf stabile 5 V.
Statt Stepup-Stepdown könnte man auch einen Inverter auf -5V verwenden.
Um sowohl bei kleineren als auch größeren Eingangsspannungen als 5V 
stabile 5V zu bekommen.

von Harald W. (wilhelms)


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Volt Ampere schrieb:
> Wäre ein Stepup-Stepdown Wandler nicht besser/effektiver als Kondensator
> und Z-Diode?
>
> Eventuell könnte man auch noch den Gleichrichter als Spannungsverdoppler
> schalten.
>
> Dann mit Stepup auf z.B. 20 V hoch (mit pufferung auf 20 V) und mit
> Stepdown wieder runter auf stabile 5 V.

Warum so aufwändig? Der Dynamo kann auch so 20V liefern.
Gruss
Harald

von Dennis S. (bzzzt)


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Harald Wilhelms schrieb:
> Volt Ampere schrieb:
>> Wäre ein Stepup-Stepdown Wandler nicht besser/effektiver als Kondensator
>> und Z-Diode?
>>
>> Eventuell könnte man auch noch den Gleichrichter als Spannungsverdoppler
>> schalten.
>>
>> Dann mit Stepup auf z.B. 20 V hoch (mit pufferung auf 20 V) und mit
>> Stepdown wieder runter auf stabile 5 V.
>
> Warum so aufwändig? Der Dynamo kann auch so 20V liefern.

Genau das ist es: Zu viel Aufwand. :-) In jedem Wandler geht Leistung 
verloren.

Der Dynamo liefert bei normaler Fahrt über 6 V in der Konfiguration mit 
Kondensator, 20 V jedoch wohl nur bei geringer Last.
Man nagle mich nicht drauf fest, aber mit Licht und GPS-Gerät bei voller 
Beleuchtung hatte ich wohl so 7—8 V hinterm Gleichrichter bei ca. 20 
km/h gemessen. Dabei habe ich insgesamt mindestens 500 mA aus dem 
Schaltregler gezogen.

Eh jemand nach Step-up/down am Eingang fragt: Ich habe mir vorher den 
c't-Artikel „Strom auf'm Rad“ (Heft 23, 2007) angeschaut. Dort wird ein 
Step-up-down-Wandler verwendet, allerdings mit miserablem Wirkungsgrad. 
Zumal der Step-Up-Modus durch die verkorkste Schaltung kaum funktioniert 
(Einschaltschwelle zu hoch, lieferte nicht einmal 500 mA an 5 V 
Ausgangsspannung am Labornetzteil).
Der Fall, dass der Dynamo < 6 V liefert, tritt zu selten auf, um den 
Aufwand zu rechtfertigen. Daher reicht hinter dem Gleichrichter ein 
Step-Down-Wandler.

von Michael K. (charles_b)


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Wäre es nicht wichtig, dass das GPS-System nur genau die 5 V bekommt?

Wenn ich also langsam fahre und es sind 3 V, ist das vielleicht gar 
nicht so gut für das GPS.

Dass die Z-Diode für eine Begrenzung auf 5 V sorgt ist schon klar, aber 
das ist ne Begrenzung nach OBEN. Sinnvoll wäre doch auch eine Begrenzung 
nach unten, so dass man z. B. einen Korridor von 4,9 bis 5,1 V hat.

Hab mal mit nem 78xx gearbeitet, aber da weiß ich auch nicht was der bei 
versorgungsseitiger Unterspannung macht.

Oder gibts elektronische Relais, die erst bei genau 5 V anziehen?

von Fralla (Gast)


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>Oder gibts elektronische Relais, die erst bei genau 5 V anziehen?
Es gibt Schaltregler ICs mit kofigurierbarem Over- und Undervoltage- 
Lockout....

Auch an Buck-Boost denken, der kann auch bei Uin<5V stabile 5V 
bereitstellen. Das auf GND Bezogen -5V rauskommen sollte ja egal sein.

Da setzt man Nabendynamos ein, redzuziert die Masse der Fahrräder usw, 
und dann Energie an einer Zenerdiode/Linearregler verheizen find ich 
dumm. Daher Schaltregler!

MFG

von Michael K. (charles_b)


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Fralla schrieb:
>>Oder gibts elektronische Relais, die erst bei genau 5 V anziehen?
> Es gibt Schaltregler ICs mit kofigurierbarem Over- und Undervoltage-
> Lockout....

Könntest du mir einen IC-Typ nennen, damit ich nen Aufschlagpunkt beim 
Suchen habe? Danke.

> Auch an Buck-Boost denken, der kann auch bei Uin<5V stabile 5V
> bereitstellen. Das auf GND Bezogen -5V rauskommen sollte ja egal sein.

Muss ich mich erst schlau machen, da ich selten Elektroniksachen 
bastele.

> Da setzt man Nabendynamos ein, redzuziert die Masse der Fahrräder usw,
> und dann Energie an einer Zenerdiode/Linearregler verheizen find ich
> dumm. Daher Schaltregler!
>
> MFG

Andererseits wollen die Leute mit dem Fahrrad etwas Trimdich-Sport 
machen, pumpen aber die Reifen dermaßen auf, dass sie fast von alleine 
rollen.

Insofern wäre ein möglicher Wärmeverlust jetzt nicht sooo tragisch.

von Fralla (Gast)


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>Könntest du mir einen IC-Typ nennen, damit ich nen Aufschlagpunkt beim
>Suchen habe? Danke.
>Muss ich mich erst schlau machen, da ich selten Elektroniksachen
>bastele.
Sponatan fällt mir da der LM2578A mit Lockout ein. Er lässt sich als 
Buck, aber auch als Buckboost (kann also zb von 3V bis 30V die 5V 
machen) betreiben. Wichtig ist, die Spannungsfestigkeit am Eingang bis 
maximal 50V.
Dieser ist schon alt und aufgrund des bipolaren Transistors garantiert 
nicht besonders Effizient. Jedoch sehr simple und für Anfänger geeignet. 
Die Linearreglervariante wird er aber immer noch um vielfaches schlagen, 
beonders wenn man schnell fährt.


Deutlich moderner und effizienter, jedoch komplizierter wäre ein 
http://cds.linear.com/docs/Datasheet/31151f.pdf .
Der Kann die Spannung auch größer und kleiner machen, inventiert jedoch 
nicht (was egal ist) Topologie ist eine Kaskadierung von Buck und Boost. 
Sind dann vier Fets intern, jedoch aufgrund der Synchrongleichrichtung 
effizienter als eine(1) Stufe mit Dioden.
Das Teil ist deutlich komplizierter was Funktion und Regelung betrifft. 
Das Datenblatt ist zwar extrem gut, und hilft viel für einen 
erfolgreichen Aufbau, trotzdem würde ich das nur jemandem mit etwas SMPS 
Erfahrung empfehlen.

Mit dem erstgenannten Baustein, wird deutlich einfacher und der reicht 
schon.

>Andererseits wollen die Leute mit dem Fahrrad etwas Trimdich-Sport
>machen, pumpen aber die Reifen dermaßen auf, dass sie fast von alleine
>rollen.
Ja, dann muss man eben weiter und schneller fahren und die gleiche 
Energie zu verbrennen.

MFG Fralla

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