Evite el exceso de corriente a través del regulador Zener cuando la carga del sistema está apagada

La solución más simple para un interruptor de apagado es entre el puente y el capacitor.

¿Ahora dependiendo de su carga a 6 V? El LDO será muy ineficiente.

Mejor es un convertidor eficiente (SMPS reductor) que ve una entrada de voltaje creciente con la velocidad, que se puede convertir en una salida de potencia constante para minimizar el arrastre de la potencia del pedal. Estas tarjetas son baratas en la web.

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El sistema que tiene parece tener un inconveniente teórico: a alta velocidad, el zener conduce mucha más energía de la que usa la carga, por lo que reduce la velocidad de la bicicleta.

Sin embargo, si está satisfecho con la forma en que funcionó, entonces este no es un problema que deba solucionarse. Simplemente podría solucionar el problema del sobrecalentamiento con un zener más grande que pueda soportar el calor. Como los grandes zeners no están disponibles ahora, solo use un transistor, por ejemplo

^{simular este circuito : esquema creado con CircuitLab}

Su arreglo tiene dos grandes ventajas:

• sencillez
• sujeta el voltaje, por lo que no puede tener sobretensión

Un regulador lineal es otra opción. Es posible que desee 2 cosas que entren en conflicto un poco: voltaje de caída bajo y voltaje de funcionamiento máximo alto.

Este es un regulador discreto crudo. Usando un fet de 60V o 100V y BC546, este regulador puede soportar 60 u 80V. Notará que regula en el cable negativo: puede hacer que su regulador funcione en cualquier lado, pero los pies son mejores con N pies en el riel negativo.

^{simular este circuito}

Un posible enfoque muy simple basado en la respuesta de @peufeus es este:

^{simule este circuito} En este caso, el SCR proporciona una histéresis inherente, lo que elimina cualquier disposición compleja del comparador de circuitos integrados.

No estoy totalmente seguro de si hay algún tipo de operación no válida que pueda ocurrir con la condición de puerta de subumbral en scr/triacs. Alguien con más experiencia en scr podría comentar.

De hecho, puse un eje de dínamo de bicicleta en el banco de pruebas hace unos años.

Puede modelar una dinamo de cubo como una fuente de corriente CA de aproximadamente 500 mA con un voltaje de salida máximo que es proporcional a la velocidad. El efecto de "fuente de corriente" se debe a que la frecuencia es proporcional a las rpm (y al voltaje) y la inductancia muy alta. Cuando la rueda gira más rápido, el voltaje del circuito abierto aumenta, pero la frecuencia aumenta, lo que significa que la impedancia debido a la gran inductancia interna también aumenta, y este aumento en la impedancia significa que la corriente de cortocircuito es siempre la misma, aproximadamente 500 mA, en absoluto. rpm.

Una dinamo de buje funciona a bajas revoluciones, por lo que tiene muchas vueltas. La inductancia es enorme. En realidad, está diseñado para funcionar así, porque su propósito original es alimentar una bombilla incandescente de 6V 3W y hacer que se encienda a baja velocidad, pero no quemarla a alta velocidad. Por lo tanto, la alta inductancia y el comportamiento de la fuente actual son todos intencionados.

Un generador de fuente de corriente es una combinación natural para un regulador de derivación, como un zener.

Sin embargo ... lo que debería haber hecho es deshacerse de su zener y reemplazarlo con LED. ¿Por qué desperdiciar energía valiosa como calor en un zener cuando puedes convertirla en luz útil? Construí una luz simple para un amigo, que se parece a su esquema, excepto que el zener se reemplaza con 2 LED blancos que pueden manejar 500 mA y una resistencia de unos pocos ohmios en serie. Funciona muy bien. Los LED son diodos, por lo que son reguladores de derivación decentes (no buscamos precisión en el voltaje aquí, solo alguna forma de limitarlo).

Ahora, tu pregunta real. Desea usar la dinamo para cargar una batería o alimentar una carga, pero cuando la batería está completamente cargada (o la carga está apagada), ¿qué hacer? La respuesta es simple, pero muy contraria a la intuición: desconecte el generador cuando no lo necesite o protéjalo. Esta última es en realidad la mejor opción si desea controlarlo con un microcontrolador.

Dado que su "dínamo" de concentrador (en realidad es un alternador) se comporta como una fuente de corriente, puede cortocircuitarlo de manera segura. Disipará energía RI^2 dentro del hub, con I=500mA y R alrededor de 0.5-2 ohm dependiendo de su dínamo (puede medirlo con un multímetro). Esta es una pequeña cantidad de poder. No se sobrecalentará y no desperdiciará su fuerza muscular. ¡Esta es una opción mucho mejor que disipar el calor en un zener (u otro regulador de derivación) cuando la energía que disipa proviene de sus piernas!

Si va cuesta abajo rápido, en realidad puede generar voltajes aterradores en un circuito abierto (como 80 voltios si está loco con la velocidad máxima ... no pregunte cómo lo sé ...) que destruirá cualquier circuito diseñado por alguien que no tiene idea de cómo un la dinamo de buje funciona. Esto incluye cualquier tipo de regulador en serie, LDO, regulador de conmutación, etc. Espero que la gente los sugiera en las respuestas, pero no funcionarán. Su dínamo es una fuente de corriente. Si conduce rápido y el circuito no usa toda la corriente proporcionada por la dinamo, entonces el voltaje aumentará. Cuando aumenta el voltaje de entrada, un regulador de conmutación responde reduciendo la corriente de entrada (porque es eficiente). Esto hace que el voltaje de entrada aumente aún más, hasta que ocurre un problema. Cuando el generador es una fuente de corriente, su combinación natural es un regulador de derivación... pero podemos usar un regulador de derivación inteligente.

Por lo tanto, una solución de baja tecnología a su problema es:

^{simular este circuito : esquema creado con CircuitLab}

Conecte la dinamo a un rectificador.

Entonces, un FET puede acortar la salida del rectificador. Seleccione un FET de nivel lógico si desea controlarlo desde un micro.

Otro diodo evita que el capacitor se descargue cuando el FET está conduciendo.

A la derecha, un capacitor (o batería) recibe la corriente de la dínamo.

La idea es agregar un comparador (que no se muestra en el esquema) para controlar el FET. Cuando el voltaje es demasiado alto en la tapa (o la batería), encienda el FET. El dínamo ahora está en cortocircuito a través del puente rectificador, desperdicia muy poca energía y deja de cargar la tapa, lo que evita la sobretensión.

Cuando el voltaje en la tapa es demasiado bajo (porque la carga está consumiendo corriente) o la batería necesita cargarse, el comparador apaga el FET. Luego, la dínamo, actuando como fuente de corriente, carga el capacitor (o batería) a través del puente y el diodo adicional.

Asegúrese de agregar mucha histéresis en el comparador, de modo que el FET cambie a una frecuencia muy baja (unos pocos hercios o menos) porque extraer energía de la dínamo da como resultado un par mecánico, y el par que se enciende y se apaga es vibración, y no quieres manubrios que vibren. Cambiar cada medio segundo funciona muy bien. También puedes hacer esto con un micro.

EDITAR:

Busqué en estos archivos antiguos...

Inductancia = aproximadamente 150 mH, que es enorme. No es constante, ya que depende del ángulo del rotor. Es un alternador de polos de garra, por lo que la longitud del entrehierro en el circuito magnético depende de la distancia entre las piezas polares que varía durante el giro. Así que espere que la inductancia esté por todas partes, pero siempre alta.

Resistencia interna del cable = 2 ohmios

Frecuencia = 3,7 Hz por km/h, por lo que a 20 km/h obtienes: 20*3,7 = 74 Hz

Pico de voltios en un puente de diodos y tapa sin carga: alrededor de 1,1 V por km/h, por lo que 22 V a 20 kMh

...y a 20 km/h la impedancia reactiva de la inductancia interna es$2 \pi f L$o casi 70 ohmios...

No es obvio calcular el RMS de CA a partir del voltaje máximo en la tapa, ya que la forma de onda no es ni remotamente sinusoidal, además su forma depende de las rpm y de lo que se usa como carga... pero entiendes la idea, gran inductancia * rpm = la impedancia aumenta con la velocidad, lo que crea una especie de fuente de corriente que es segura para acortar.

Ahora, en realidad me había preocupado por lo mismo que Immibis, así que en el pasado realicé esta prueba a continuación. La rueda se hace girar con un taladro, luego se retira el taladro y se traza la velocidad a medida que la rueda se desacelera debido al arrastre del aire y varias cargas resistivas (los valores en ohmios se muestran en la esquina superior derecha). Los dos casos "10 kOhm" y "1 ohm" son casi idénticos a velocidades importantes. Ponerlo en cortocircuito crea un poco más de resistencia a bajas velocidades, pero si lo compara con otras cargas resistivas como 20-40 ohmios que queman mucha más energía de una fuente de corriente que la carga 1R, verá que la rueda se detiene mucho. más rápido con estas cargas.

Esto es solo un diagrama de frecuencia vs tiempo hecho con una tarjeta de sonido y un script de python por cierto (excepto que los hercios se escalan a km/h). Puede usar un método similar para hacer la misma prueba en su concentrador.

Además, mantenerlo en cortocircuito en lugar de abierto cuando no esté en uso evitará que su conector se electrolice si cae lluvia sobre él, lo que definitivamente es una ventaja...

EDITAR...

Ahora bien, esto contradice mi experiencia práctica. Resulta que ahora mismo tengo una rueda en un banco de pruebas al lado de mi escritorio. Si lo hago girar conectado a algún circuito, puedo ver que la rueda se desacelera. Si lo hago girar sin carga, funciona mucho más tiempo, casi como si no fuera un centro generador. Pero si lo hago girar en cortocircuito, la desaceleración es muy pronunciada, por lo que prefiero no considerar esta opción.

Ahora que es raro, ya que obtuve los resultados opuestos con un dynohub shimano, ¿tal vez el tuyo es diferente? Si es un HIJO, nunca tuve uno, así que no puedo decirlo.

Tenga en cuenta que el tiempo que se tarda en detener la rueda por completo no es una buena medida de la resistencia, es por eso que estoy usando el tiempo de 30k a 10k en su lugar. Esto se debe a que cuando la rueda gira lentamente, su momento angular es solo una pequeña cantidad de energía, por lo que una pequeña cantidad de arrastre como medio vatio es suficiente para marcar una gran diferencia en el tiempo que tarda en detenerse... y este tipo de arrastre es completamente insignificante en una bicicleta real.

Ahora, si desea dejarlo abierto en lugar de en cortocircuito cuando la carga está apagada (o la batería está cargada), necesitará otro tipo de circuito, pero primero asegúrese de que el arrastre cuando esté en cortocircuito sea realmente un problema, y ​​también determine el pico voltaje a la velocidad máxima que usará para elegir la clasificación correcta para las piezas.