Conversión y estabilización del voltaje de salida de un concentrador de dinamo

No utilice un puente rectificador. Es ineficiente porque necesita dos diodos en serie y no le permite usar el marco como conexión a tierra para una lámpara de CC (como una luz de bicicleta LED moderna). En su lugar, considere un duplicador de voltaje

^{simular este circuito : esquema creado con CircuitLab}

El 'regulador' puede ser un regulador de corriente, o simplemente un Zener seguido de una resistencia límite. Varios LED en serie pueden hacer uso del voltaje 'extra' suministrado. La precisión, como la eficiencia, es menos importante en esta aplicación.

He usado una batería de plomo-ácido sellada de 6V como 'regulador'; la sobrecarga parece no ser un problema, y ​​un IC regulador de caída baja puede garantizar que la salida a las lámparas sea de 6V estable.

Es posible cargar desde una fuente de '5V', pero depender de tales cosas es menos que satisfactorio; el generador tiene toda la potencia que necesitas.

Tengo dos de estas dinamos (en realidad Schmidts, no Shimanos, pero eléctricamente son equivalentes), y ya he construido muchas luces LED.

Descubrí una configuración que es al mismo tiempo fácil de construir, segura, eficiente y económica. Se ha probado intensamente en el uso diario.

En primer lugar, hay una cosa importante a tener en cuenta, según su pregunta: desea una salida compatible con USB. Esto puede ser un gran problema, ya que los dispositivos electrónicos requieren una salida estable. Supongamos, por ejemplo, que desea cargar su teléfono celular mientras conduce: cuando detiene la bicicleta, "apagará" la carga. Cuando comience a moverse nuevamente, "encenderá" la carga (y probablemente el teléfono emitirá un pitido y encenderá la pantalla).

Entonces, en este caso, necesitará un circuito más sofisticado, que probablemente incluya una batería. Nunca he hecho eso. Phill Frost ya lo explicó en detalle.

Ahora, si solo desea un circuito de ILUMINACIÓN, entonces mi configuración actual funciona muy bien y se compone de:

• Regulador: un diodo Zener de 5 W/6,8 V ;
• Filtro/Estabilizador: Un capacitor electrolítico de 16V 6800uF ;
• Rectificador: Cuatro diodos rectificadores ensamblados en puente;

Con esto, obtengo una salida de 6.8V bastante estable (más de 5 millas por hora como mínimo) y fuertemente regulada. Se necesitan 6,8 V en lugar de 6 V para poder conectar dos LED blancos en serie, que no funcionarán ya que su caída de voltaje es ligeramente superior a 3 V cada uno.

Dado que la salida de estas dinamos es nominalmente de 6 V/3 W, usar una de 6,8 V/5 W mantiene el voltaje controlado y pierde muy poca corriente: la mayor parte de la energía la consumen los LED que enchufas.

Y dado que la corriente está limitada a 3W (0.5A), no explotará el Zener de 5W incluso si ejecuta el sistema sin ningún dispositivo conectado (solo las chispas pequeñas de cada ciclo de onda están realmente por encima de 6V, como he comprobado con un osciloscopio de un amigo).

Puedes tener el esquema SVG aquí:

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

Y lo último (feo pero sorprendentemente robusto y resistente a la intemperie) está debajo. Tenga en cuenta que solo los diodos y el condensador son lo que desea, pero ensamblé los LED en la misma placa por preferencia personal para este proyecto.

¿Existe un circuito simple que convierta la salida de CA a CC? Además, ¿de qué tamaño es el circuito, con qué facilidad está disponible y qué tan confiable es?

Un puente rectificador, como mencionaste. Es pequeño, fácil de encontrar y bastante confiable si se opera dentro de las especificaciones. Cualquier distribuidor de electrónica los tendrá. Dado que son poco más que un arreglo específico de cuatro diodos, tampoco es difícil hacer uno.

¿Cómo construyo un circuito para convertir la salida de CA fluctuante de 6 voltios de la dinamo a una salida de CC estabilizada de 5 voltios (recargable por USB)?

De muchas maneras, pero dado que esta energía eléctrica proviene de usted, probablemente desee que sea eficiente, pequeña y liviana. Eso probablemente significa una fuente de alimentación de modo conmutado . No es un circuito simple de construir, pero como menciona pjc50 en un comentario, hay productos comerciales que ya lo han hecho .

He leído en alguna parte que conectar un dispositivo a una fuente de entrada no estabilizada (en este caso, la salida de 5 voltios de la dinamo a mi iPhone) apagaría el dispositivo.

Eso es exactamente correcto. Si su dispositivo no fue diseñado para funcionar con el voltaje suministrado por este concentrador, lo más probable es que lo dañe. Las baterías también requieren una fuente de alimentación específica para cargarlas. El voltaje de alimentación debe ser mayor que el voltaje de la batería, pero no mucho, de lo contrario se suelen estropear. Los detalles varían bastante entre los diseños de batería, pero es una suposición segura que conectar cualquier batería directamente a esta dinamo resultará en cosas malas.

Mi consejo: dado que es evidente a partir de su pregunta que tiene poco conocimiento en ingeniería eléctrica, y lo que quiere lograr no es trivial, apéguese a los productos comerciales diseñados para funcionar con ese concentrador.

Sugeriría un puente rectificador completo, seguido de un condensador y un circuito reductor (reductor) DC-DC listo para usar. Puede encontrar muchos que miden aproximadamente 20x35x10 mm y cada uno cuesta alrededor de 2-5 dólares, incluido el envío desde Hong-Kong.

La ventaja de estos reguladores de buck es que toman de la fuente solo la energía que necesitan, desperdiciando poco en calor y, por lo tanto, la "carga" en sus piernas es la más baja posible.

Cualquier otra solución que involucre resistencias (como un regulador Zener o un regulador lineal) será menos eficiente.

Las diferentes soluciones enumeradas aquí se explican en esta respuesta a la pregunta " ¿Cómo convertir 6 V CA a 5 V CC? ": una versión técnica de esta pregunta.

Acabo de construir un regulador a lo largo de estas líneas:

Rectificador de puente KBPC104 2A 200v 470uF 100v convertidor reductor electrolítico basado en LM2596 de e-bay

Parece comenzar a cargarse de inmediato, incluso con una rotación muy lenta de la rueda y puedo escuchar desde el cubo que está completamente cargado. Mi buje es un SON-delux, por lo que es importante que pueda obtener rendimiento a baja velocidad, especialmente porque estaré montando en las montañas, donde a veces lo haré muy despacio.

Además, mi batería de caché 22000 reconoce el voltaje de inmediato y comienza a cargarse.

Mi regulador anterior usaba un LM317 y la batería caché no reconocía que se estaba cargando probablemente porque el voltaje aumentaba demasiado lentamente.

Creo que este es un buen circuito. Además, las piezas eran muy baratas.

Probé un cargador Velo que puede suministrar hasta 1,5 A, pero descubrí que la rueda tenía que girar muy rápido para que la unidad activara la salida. Lo devolví.

Para maximizar la eficiencia en esta situación, el circuito proporcionado por Whit3rd es el indicado. Seleccionó los diodos Schottky porque tienen una caída de voltaje de polarización directa baja y un circuito duplicador de voltaje porque solo implica colocar una caída de voltaje de diodo entre la entrada de CA y la salida de CC. Un puente rectificador estándar tiene una caída de voltaje de polarización directa de diodo de unión de silicio de alrededor de 0,6 V y pone 2 de ellos en serie, por lo que saca 1,2 V de la salida relativamente modesta de 6 V o más de la dínamo. Sin embargo, el doblador de voltaje termina con un voltaje bastante alto, que debe reducir y la forma más eficiente de hacerlo es usar un convertidor de voltaje de modo conmutado, como el MT3608, que está disponible a un costo mínimo conectado con los inductores. , etcétera, en una pequeña placa de circuito que tiene un voltaje de salida ajustable por un potenciómetro y una eficiencia superior al 90%. Los reguladores de voltaje y corriente no funcionan de la misma manera que una fuente de alimentación conmutada y proporcionan una salida regulada mediante el uso de caídas en las que el voltaje de entrada debe ser mayor que el voltaje de salida y el regulador fija el voltaje de salida en una amplia gama de voltaje de entrada con el mismo flujo de corriente en el regulador. Eso significa que si, por ejemplo, el voltaje de entrada es de 12 V y el voltaje de salida es de 6 V, la mitad de la energía se disipará en forma de calor en el regulador. Se aplican consideraciones similares a los reguladores actuales. y proporcione una salida regulada mediante el uso de caída en la que el voltaje de entrada debe ser mayor que el voltaje de salida y el regulador fija el voltaje de salida en un amplio rango de voltaje de entrada con el mismo flujo de corriente hacia el regulador. Eso significa que si, por ejemplo, el voltaje de entrada es de 12 V y el voltaje de salida es de 6 V, la mitad de la energía se disipará en forma de calor en el regulador. Se aplican consideraciones similares a los reguladores actuales. y proporcione una salida regulada mediante el uso de caída en la que el voltaje de entrada debe ser mayor que el voltaje de salida y el regulador fija el voltaje de salida en un amplio rango de voltaje de entrada con el mismo flujo de corriente hacia el regulador. Eso significa que si, por ejemplo, el voltaje de entrada es de 12 V y el voltaje de salida es de 6 V, la mitad de la energía se disipará en forma de calor en el regulador. Se aplican consideraciones similares a los reguladores actuales.