Driver na pradnice rowerowa z podtrzymaniem zasilania

[cmsydney]

Witam
Celem mojego projektu jest wykonanie drivera led zasilanego z prądnicy rowerowej w piaście Shimano 3N20 z czasowym podtrzymaniem zasilania do zasilania ledów 1W.

Zakładam nowy temat a nie w temacie "dynamo a diody Cree" bo być możne ten projekt komuś się przyda.

Ponieważ moja wiedza nie jest wystarczająca do wykonania tego samodzielnie, proszę o pomoc, wskazówki i komentarze. Za wszystkie będę bardzo wdzięczny.

Lampki rowerowe będą następujące:
- przód - 4x 1W biała ~3.5V/350mA
- tył - 1x 1W czerwona ~2,5V/400mA
Diody mają być połączone szeregowo co daje napięcie wyjściowe ~16,5V/350mA. Z moim obserwacji diody białe jednak mają 3V przy zasilaniu ze źródła prądowego na LM317 ustawionego na 350mA. Napięcie wyjściowe będzie więc z zakresu ~14,5-16,5V. Prąd chce ustalić na max 330mA być możne z możliwością regulacji.

Charakterystyka prądnicy w dynamie jest opisana na stronie (dla shimano możne się trochę różnic ale powinno być coś podobnego):
http://www.n-s.pl/krudnik/nx30/
W moim przypadku rezystancja obciążenia wyniesie ~40-50Ohm. Napięcie wejściowe będzie więc się wahać w zakresie 0-25V zakładając, że nie jeżdżę szybciej niż 45kmph.
Zdecydowałem się na zastosowanie przetwornicy. Dlaczego? Wynika to z faktu, że chcę uzyskać stałe napięcie wyjściowe w dużym zakresie prędkości. Dodatkowo ograniczenie jest w maksymalnym prądzie wytwarzanym przez prądnicę. Prądnica wyciąga maksymalnie 500-600mA. Dlatego potrzebne jest również źródło prądowe na 330mA. Nie mogę więc wykorzystać układów z tej strony: http://www.pilom.com/BicycleElectronics ... rcuits.htm gdyż one nie mają źródła prądowego wiec przez diody płynie prąd generowany przez prądnicę. Diody muszą być wiec na min 600mA. Ja takich nie posiadam.

Pojawia się wiec pierwsze pytanie. Jaki rodzaj przetwornicy wykonać? Ja mam dwa typy: Buck-boost bądź Sepic.
Z kolei w temacie "Dynamo a siosa Cree" EdiM wykonał driver Step-Up. Ale czy to jest bezpieczne jak dynamo zacznie podawać napięcie wyższe niż przewodzenia diod? W tej konfiguracji przetwornica daje zawsze napięcie wyższe niż wejście.

Jaką zaprojektować więc przetwornicę? Buck-boost, Sepic czy Step-up?

Pozdrawiam

[Calineczka]

cmsydney, średnio widzę łączenie szeregowe przodu z tyłem. Przerwanie połączenia gdzies po drodze i nic nie świeci. Wydaje mi się, że powinny to być obwody niezależne, ew. równoległe. Daj dane diodek, przypuszczam że i większe prądy wytrzymają....

[cmsydney]

Czerwona - Vishay LittleStar VLMR71AAAC-GS08: http://www.vishay.com/docs/81707/81707.pdf
Biala - Vishay LittleStar VLMW711U2U3XV-GS08: http://www.vishay.com/docs/83229/83229.pdf
Polaczenie szeregowe wydaje mi sie optymalne by wyciagnac moc ~5-5,5W (ok. 4,8W na diody + straty na przetwornicy) jak najszybciej.
A jakie polaczenie mialoby jeszcze sens? Wg mnie rezystancja obciazenia nie powinna byc mniejsza niz 20Ohm. Jesli bedzie taka potrzeba to z tylu moge miec dwie diody czerwone.

[Pyra]

Witam

Jaką zaprojektować więc przetwornicę? Buck-boost, Sepic czy Step-up?

Buck-Boost i SEPIC, to prawie to samo, bo SEPIC jest odmianą Buck-Boost, poza tym sądzę, że step-up, raczej sensu nie ma, biorąc pod uwagę napięcia występujące na dynamie podczas szybkiej jazdy, może to być niebezpieczne zarówno dla elektroniki jak i LEDów.
Jeśłi chcesz uzyskać naprawdę stałe oświetlenie, to raczej bez jakiegoś akumulatroka się nie obejdzie i wtedy można wykorzystać konfigurację pośrednią:
Step down - aku- step up.
Jeśli natomiast mógłbyś zainstalować aku LiIon, to może by tak diody sterować niezależnymi układami AMC i połączyć to wszystko równolegle?

Pozdrawiam

[cmsydney]

Wlasnie to mnie interesowalo dlaczego EdiM zrobil Step-up:
http://sklep.ledim.pl/?misc=49

Co do akumulatorka. Nie wykluczam jego uzycia bo chce zrobic podtrzymanie. Natomiast w przypadku pradnicy chce sie uniezaleznic od akumulatora w przypadku jego uszkodzenia czy rozladowania. Dlatego pierwsza opcja to: pradnica -> buck-boost -> oswietlenie a akumulator jako dodatek do podtrzymania, nawet niekoniecznie z opcja jego doladowywania z pradnicy. Tutaj tez pytanie czy wystarczy mocy by doladowac jakikolwiek akumulator?

W tej opcji co podales Pradnica -> Step-down -> aku -> step-up w przypadku wyjecia/uszkodzenia akumulatora oswietlenie nie bedzie dzialac?

I moze jeszcze ta informacja bedzie uzyteczna. Sterownik bedzie na stale umieszczony przy rowerze. Akumulator rowniez. Jezdze rowniez zima wiec przy duzych mrozach moze dlugo nie pociagnac. To chyba tez ma znaczenie by akumulator nie byl konieczny do dzialania oswietlenia?

Dzieki i pozdrawiam

[Pyra]

Witam

Natomiast w przypadku pradnicy chce sie uniezaleznic od akumulatora w przypadku jego uszkodzenia czy rozladowania. Dlatego pierwsza opcja to: pradnica -> buck-boost -> oswietlenie a akumulator jako dodatek do podtrzymania, nawet niekoniecznie z opcja jego doladowywania z pradnicy. Tutaj tez pytanie czy wystarczy mocy by doladowac jakikolwiek akumulator?

Mocy wystarczy, jej nadmiar będzie gromadzony przy większych prędkościach a będzie pobierana przy niższych.

W tej opcji co podales Pradnica -> Step-down -> aku -> step-up w przypadku wyjecia/uszkodzenia akumulatora oswietlenie nie bedzie dzialac?

Nie, akumulator nie jest konieczny do pracy, podałem taki przykład jako zasilanie bezprzerwowe, w przypadku uszkodzenia akumulatora nie będzie podtrzymania ale układ będzie działał.

Pozdrawiam

[cmsydney]

Ok. To jakie korzysci beda z konfiguracji podanej przez ciebie w stosunku do mojej? Oczywiscie wady tez sa wazne. To co mi do glowy przychodzi. Dwie przetwornice to dodatkowe straty.
I jeszcze jedna informacja jesli ma znaczenie. Nie chce uzywac wylacznika oswietlenia tzn jade -> pali sie, nie jade -> nie pali sie (gasnie automatycznie po xx sekundach z podtrzymaniem).

Pozdrawiam.

[Pyra]

A to faktycznie lepiej będzie z jedną przetwornicą i duuuużym kondensatorem na wejściu zasilania. Akumulator by się sprawdził gdybyś miał wyłącznik. Kiedy napisałeś o podtrzymaniu, to myślałem o czymś innym niż Ty.

Ta przetwornica od Edka wydaje mi się bardzo dobrą propozycją. Tylko musisz "załadować" duży kondensator na wejściu. Kupiłem kiedyś 22 000 µF 25V i ma to chyba średnicę 30mm i wysokość około 40mm więc dużych gabarytów raczej nie ma.

Pozdrawiam

[cmsydney]

No to juz wiemy na czym stoimy Wlasnie chodzi mi o pelna automatyke i uniezaleznienie sie od akumulatorow. Wlasnie po to zainwestowalem w pradnice.

Czyli jedna przetwornica. Buck-boost czy lepiej Sepic?

A jak to wyglada z ta przetwornica step-up od EdiMa? Umozliwia podlaczenie 1-6 diod w szeregu do 0,5A. Jesli policzymy obciazenie to dostaniemy ~6-50Ohm co z charakterystyki dynama daje do ponad 20V na wejsciu. Czy zalozenie jest takie, ze 6 diod wytrzyma np. 25V?
Jaka wiec przetwornice wykonac? Buck-boost czy Step-up?

Odnosnie kondensatora wejsciowego. Czy on koniecznie musi byc o tak duzej pojemnosci? Z tego co mi sie wydaje, taki kondensator i tak nie zlikwiduje migotania przy niskich predkosciach. Czy pomiedzy 2200 czy 4700uF bedzie duza roznica?

I teraz odnosnie samego ukladu. Czy proponujesz jakis konkretny? Nie musi byc koniecznie miniaturowy. Mam dostep do nastepujacych: LT3477, MAX16832, MAX16833, MAX16834. Oczywiscie moge zakupic inne badz miec dostep do innych w pracy.
Mnie przekonuje LT3477 z uwagi na wejscie SHDN czyli moge zrobic zabezpiecznie przed otwartym wyjsciem. Warto?

Dzieki i pozdrawiam.

[Pyra]

Odnosnie kondensatora wejsciowego. Czy on koniecznie musi byc o tak duzej pojemnosci? Z tego co mi sie wydaje, taki kondensator i tak nie zlikwiduje migotania przy niskich predkosciach. Czy pomiedzy 2200 czy 4700uF bedzie duza roznica?

Ja bym się skłaniał w kierunku 10 000 - 22 000µF, wtedy będzie zauważalnie mniej przygasania.

I teraz odnosnie samego ukladu. Czy proponujesz jakis konkretny? Nie musi byc koniecznie miniaturowy. Mam dostep do nastepujacych: LT3477, MAX16832, MAX16833, MAX16834. Oczywiscie moge zakupic inne badz miec dostep do innych w pracy.
Mnie przekonuje LT3477 z uwagi na wejscie SHDN czyli moge zrobic zabezpiecznie przed otwartym wyjsciem. Warto?

Wydaje mi się, że LT3477 to bardzo dobry obiekt do doświadczeń, szczególnie podoba mi się układ ze strony 17 datasheet'a.

Pozdrawiam

[cmsydney]

Oczywiscie kondensator 10-22mF moge dac bo to nie sa wielkie koszty. Ale czy podpinajac rownolegle akumulator poprzez zwykla diode nie wyeliminuje w skutecznby sposob przygasania? Czy w tym przypadku i tak wiekszy kondensator jest wskazany?

Tez sie sklanialem ku temu ukladowi. postaram sie teraz dopasowac wartosci i dostosowac ten uklad. Wyniki przedstawie niedlugo.

Dzieki, pozdrawiam.

[Pyra]

Ale czy podpinajac rownolegle akumulator poprzez zwykla diode nie wyeliminuje w skutecznby sposob przygasania?

Bez wyłącznika akumulator Ci się głęboko rozładuje, na ile przetwornica pociągnie.
Musiał byś skombinować układ, który wykrywa napięcie na dynamie, i wtedy załącza zasilanie na przetwornicę, to by był taki automatyczny wyłącznik.

Pozdrawiam

[cmsydney]

Mam na mysli taki uklad:

Klucz bedzie sie wlaczal gdy Vpradnicy >0 a wylaczal gdy Vpradnicy =0 przez okres podtrzymania zasilania. Czy o taki klucz ci chodzilo?
Planuje rowniez wykonac to podtrzymanie przy mniejszej jasnosci oswietlenia.

Aha i jeszcze jedno zanim zaczne liczyc. Konfiguracja podlaczenia diod. Wpierw myslalem o 5 diodach szeregowo. Czy inna konfiguracja bedzie lepsza? Np. kombinacja 2 szeregi po trzy?

Dzieki, pozdrawiam.

[Pyra]

Witam
Tak taki układ z diodą ma sens i będzie się sprawował poprawnie, musisz tylko pamiętać o okresowym doładowywaniu akumulatorka, chyba, że dorobisz układ doładowujący w czasie jazdy.

Ten LT jest przystosowany do zasilania diod szeregowo, więc spokojnie możesz wszystkie tak podłączyć.
Mały problem będzie stanowić tylna dioda, gdyż kable połączeniowe stanowią poważne zagrożenie przerwania obwodu. Poza tym, 350mA w diodę na tył, to według mnie trochę dużo podejrzewam, że wystarczy ze 100mA, więc może wykombinujesz osobny sterownik do niej na mały prąd, jakieś proste źródło prądowe wystarczy.

Pozdrawiam

[cmsydney]

Tak wiem, szczegolnie akumulator bedzie obciazony przy niskich predkosciach. Ale uklad ladowania zostawmy na pozniej. Wpierw przetwornica.

Tylna diode moge spokojnie zasilic 350mA (jest ona przystosowana na 400mA). Obecnie mam ja w rowerze na ~300mAi jest ok. Odnosnie okablowania to wyglada to nastepujaco. Pradnica jest w przedniej piascie. Uklad zasilajacy prawdopodobnie umieszcze gdzies kolo tylnego bagaznika. Musze zobaczyc czy gdzies z przodu znajde miejsce bo wtedy bedzie mniej kabli przez caly rower (zasilajacy z dynama). Jesli chodzi o przerwanie obwodu to kabel moge ukryc (w ramie, pod blotnikiem) wiec ryzyko uszkodzenia jest male. Dodatkowo planuje dorobic uklad zabezpieczajacy przed otwartym wyjsciem przetwornicy wykorzystuja wejscie SHDN. Pokaze to na schemacie ponizej.

Odnosnie obliczen. Od razu zaznaczam, ze moja wiedza jest jak na razie teoretyczna i nie mialem zadnej praktyki (niestety na studiach poszedlem w innym kierunku a na ogolnym toku nie mialem). Mozliwe wiec, ze popelnie jakies podstawowe bledy. Prosze wiec o wyrozumialosc.

Z noty katalogowej wybralem dlawik 10uH na Ip=3A.
Obliczam maksymalny czas wlaczenia klucza:
ton_max = L * Ip / Uwe_max
Napiecie wejsciowe maksymalne powinno wyniesc 25V z charakterystyki dynama dla obciazenia ~50Ohm.
ton_max = 10u * 3 / 25 = 1,2us

Obliczam czas wylacznie klucza z przekladni:
toff = ton_max * Uwe/Uwy
Napiecie wyjsciowe obliczylem na 16,5V (4*3.5+2,5).
toff = 1,2u * 16,5 / 25 = 0,8us

Okres T = ton_max + toff = 1,2u + 0,8u = 2us

Czestotliwosc minimalna fmin = 1/T = 500kHz

Wybralem czestotliwosc 2x wieksza czyli 1Mhz.

Oto przerobiony schemat z noty katalogowej ze str. 17:

Parametry elementow, ktore ulegly zmnianie:
L1=10uH
R1=0,1Ohm -> z zaleznosci Rsense = 100mV/Iout, Iout ustalilem na 330mA
R2=18kOhm -> czestotliwosc pracy 1Mhz
R3=200kOhm i R4=15kOhm -> wyznaczaja napiecie wyjsciowe Uwy=-1,235*R3/R4
Dodalem rezystor R5=0,033Ohm w celu ograniczenia pradu wejsiowego na maksymalny dla dlawika.

Schemat zabezpieczenia przed otwartym wejsciem ze strony:
http://en.cnledw.com/news_detail.asp?id=3592
uklad nr 2 lub 3. Nie zamieszcam tutaj rysunkow gdyz zrodlowe sa zbyt duze.

Pozdrawiam