Chuyển đổi và ổn định điện áp đầu ra của một trung tâm động lực

Lời nói đầu - Tôi không biết nhiều về điện tử: P

Tôi đã đặt hàng một trung tâm máy phát điện Shimano cho xe đạp của tôi. Tôi đã làm một ít bài tập về nhà và đây là những phát hiện của tôi về nó:

1. Đầu ra của máy phát điện nói trên là 6 volt AC.

2. Điện áp đầu ra của máy phát điện không ổn định, nó thay đổi dựa trên tốc độ của máy phát điện.

3. Có nhiều khả năng đèn sẽ sáng lên;) Lý do là vì đầu ra điện áp không ổn định.

Dựa vào những điều trên tôi có vài câu hỏi.

1. Có một mạch đơn giản để chuyển đổi đầu ra AC thành DC? Tôi đã đọc về một số chỉnh lưu cầu, nhưng muốn hoàn toàn chắc chắn về nó. Ngoài ra kích thước của mạch là gì, nó có sẵn dễ dàng và đáng tin cậy như thế nào?

2. Điều quan trọng nhất mà tôi muốn biết, làm thế nào để tôi xây dựng một mạch sao cho đầu ra AC dao động 6 volt từ máy phát điện để chuyển đổi thành đầu ra DC ổn định 5 volt (có thể sạc USB)? Có bất kỳ đã có sẵn? Chi phí của mạch như vậy hoặc tôi có thể dễ dàng xây dựng từ đầu như thế nào?

3. Tôi đã đọc được ở đâu đó rằng việc cắm thiết bị vào nguồn đầu vào không ổn định (trong trường hợp này là đầu ra 5 volt từ máy phát điện sang iPhone của tôi) sẽ làm hỏng thiết bị. Vì vậy, nếu tôi không thể đạt được trong việc xây dựng (hoặc mua) mạch 2 điểm đã đề cập ở trên, tôi có thể sử dụng đầu ra 5 volt để sạc pin trung gian như bộ sạc năng lượng mặt trời Lithium Ion dự phòng cho iPhone và pin sạc AAA thông qua bộ sạc USB và sử dụng những thứ này để sạc lên các tiện ích của tôi?

Đừng sử dụng bộ chỉnh lưu cầu. Nó không hiệu quả, vì bạn cần hai giọt diode nối tiếp và nó không cho phép bạn sử dụng khung làm mặt đất cho đèn DC (như đèn LED xe đạp hiện đại). Thay vào đó, hãy xem xét một bộ nhân đôi điện áp

^{mô phỏng mạch này - Sơ đồ được tạo bằng CircuitLab}

'Bộ điều chỉnh' có thể là bộ điều chỉnh hiện tại hoặc chỉ là Zener theo sau là điện trở giới hạn. Một số đèn LED nối tiếp có thể sử dụng điện áp 'thêm' được cung cấp. Độ chính xác, giống như hiệu quả, ít quan trọng hơn trong ứng dụng này.

Tôi đã sử dụng pin axít chì niêm phong 6V làm 'bộ điều chỉnh'; sạc quá mức dường như không phải là vấn đề và IC điều chỉnh độ rơi thấp có thể đảm bảo rằng đầu ra cho đèn là 6V ổn định.

Có thể sạc từ nguồn '5V', nhưng tùy thuộc vào những điều đó ít hơn là thỏa mãn; máy phát điện có tất cả sức mạnh bạn cần.

Có một mạch đơn giản để chuyển đổi đầu ra AC thành DC? Ngoài ra kích thước của mạch là gì, nó có sẵn dễ dàng và đáng tin cậy như thế nào?

Một chỉnh lưu cầu, như bạn đã đề cập. Nó nhỏ, dễ tìm và khá đáng tin cậy nếu được vận hành trong các thông số kỹ thuật. Bất kỳ nhà phân phối điện tử sẽ có chúng. Vì chúng ít hơn một sự sắp xếp cụ thể của bốn điốt, nên cũng không khó để tạo ra một.

Làm cách nào để xây dựng mạch để chuyển đổi đầu ra AC dao động 6 volt từ máy phát điện sang đầu ra DC ổn định 5 volt (có thể sạc USB)?

Bất kỳ cách nào, nhưng vì năng lượng điện này đến từ bạn, bạn có thể muốn nó hoạt động hiệu quả, nhỏ và nhẹ. Điều đó có thể có nghĩa là một nguồn cung cấp năng lượng chuyển đổi . Đây không phải là một mạch đơn giản để xây dựng, nhưng như pjc50 đề cập trong một nhận xét, có những sản phẩm thương mại đã làm điều đó rồi .

Tôi đã đọc được ở đâu đó rằng việc cắm thiết bị vào nguồn đầu vào không ổn định (trong trường hợp này là đầu ra 5 volt từ máy phát điện sang iPhone của tôi) sẽ làm hỏng thiết bị.

Điều đó hoàn toàn chính xác. Nếu thiết bị của bạn không được thiết kế để chạy hết điện áp được cung cấp bởi trung tâm này, thì rất có thể nó sẽ bị hỏng. Pin cũng yêu cầu một nguồn cung cấp năng lượng cụ thể để sạc chúng. Điện áp cung cấp phải lớn hơn điện áp pin, nhưng không nhiều, nếu không chúng thường bị hỏng. Các chi tiết cụ thể khác nhau một chút giữa các thiết kế pin, nhưng đó là một giả định an toàn rằng việc kết nối trực tiếp bất kỳ pin nào với máy phát điện này sẽ dẫn đến những điều tồi tệ.

Lời khuyên của tôi: vì rõ ràng từ câu hỏi của bạn rằng bạn có ít kiến ​​thức về kỹ thuật điện và những gì bạn muốn thực hiện không phải là chuyện nhỏ, hãy bám vào các sản phẩm thương mại được thiết kế để hoạt động với trung tâm đó.

Tôi có hai trong số các máy phát điện này (thực ra là Schmidts, không phải Shimanos, nhưng về mặt điện thì chúng tương đương nhau) và đã chế tạo rất nhiều đèn led.

Tôi đã tìm ra một cấu hình đồng thời dễ xây dựng, an toàn, hiệu quả và rẻ tiền. Nó đã được thử nghiệm mạnh mẽ trong sử dụng hàng ngày.

Trước hết, có một điều quan trọng cần quan tâm, từ câu hỏi của bạn: bạn muốn có đầu ra tương thích với USB. Đây có thể là một vấn đề khá lớn, vì các thiết bị điện tử yêu cầu đầu ra ổn định. Giả sử, ví dụ, bạn muốn sạc điện thoại di động khi đi xe: khi bạn dừng xe đạp, nó sẽ "tắt" sạc. Khi bạn bắt đầu di chuyển lại, nó sẽ "bật" sạc (và có thể điện thoại sẽ phát ra tiếng bíp và bật màn hình).

Vì vậy, trong trường hợp này, bạn sẽ cần một mạch phức tạp hơn, hầu hết có thể bao gồm cả pin. Tôi chưa bao giờ làm điều đó. Phill Frost đã giải thích chi tiết về nó rồi.

Bây giờ nếu bạn chỉ muốn một mạch LIGHTING, thì thiết lập hiện tại của tôi đang hoạt động rất tốt và bao gồm:

• Bộ điều chỉnh: Một diode Zener 5W / 6.8V ;
• Bộ lọc / Ổn định: Một tụ điện điện phân 16V 6800uF ;
• Bộ chỉnh lưu: Bốn điốt chỉnh lưu được lắp ráp như một cây cầu;

Với điều này, tôi nhận được một ổn định khá (trên 5 dặm một giờ ít nhất) và đầu ra 6.8V quy định mạnh. Cần có 6.8V thay vì 6V để tôi có thể nối hai đèn led trắng nối tiếp, chúng không hoạt động vì điện áp của chúng giảm xuống trên 3V một chút.

Vì đầu ra của các máy phát điện này là 6V / 3W, nên sử dụng 6.8V / 5W sẽ giữ cho điện áp được kiểm soát và mất rất ít dòng điện: phần lớn năng lượng bị tiêu hao bởi đèn LED mà bạn cắm vào.

Và vì dòng điện bị giới hạn ở mức 3W (0,5A), bạn sẽ không thổi Zener 5W ngay cả khi bạn chạy hệ thống mà không có thiết bị nào đi kèm (chỉ có tia lửa nhỏ của mỗi chu kỳ sóng thực sự trên 6V, như tôi đã kiểm tra với dao động của bạn bè).

Bạn có thể có sơ đồ SVG ở đây:

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

Và điều cuối cùng (xấu xí nhưng đáng ngạc nhiên gồ ghề và chịu được thời tiết) là dưới đây. Lưu ý rằng chỉ có điốt và tụ điện là những gì bạn muốn, nhưng tôi đã lắp ráp các đèn LED trên cùng một bảng vì sở thích cá nhân cho dự án này.

Tôi sẽ đề nghị một bộ chỉnh lưu cầu đầy đủ, theo sau là một tụ điện và mạch bước xuống (buck) DC-DC đã sẵn sàng. Bạn có thể tìm thấy nhiều cái có kích thước lớn khoảng 20x35x10mm và mỗi chiếc có giá khoảng 2-5 đô la, bao gồm vận chuyển từ Hồng Kông.

Ưu điểm của các bộ điều chỉnh buck này là chúng chỉ lấy từ nguồn năng lượng mà chúng cần, lãng phí ít nhiệt và do đó "tải" trên chân của bạn thấp đến mức bạn có thể có được.

Bất kỳ giải pháp nào khác liên quan đến điện trở (như bộ điều chỉnh Zener hoặc bộ điều chỉnh tuyến tính) sẽ kém hiệu quả hơn.

Các giải pháp khác nhau được liệt kê ở đây được giải thích trong câu trả lời này cho câu hỏi " Làm thế nào để chuyển đổi 6V AC thành 5V DC? ": Một phiên bản kỹ thuật của câu hỏi này.

Tôi vừa mới xây dựng một bộ điều chỉnh dọc theo các dòng này:

Bộ chỉnh lưu cầu KBPC104 2A 200v 470uF 100v điện phân dựa trên LM2596 từ e-bay

Nó dường như bắt đầu sạc ngay lập tức ngay cả khi bánh xe quay rất chậm và tôi có thể nghe từ trung tâm rằng nó đã được nạp đầy đủ. Trung tâm của tôi là một con đường nhỏ, vì vậy điều quan trọng là tôi có thể nhận được đầu ra ở tốc độ thấp, đặc biệt là khi tôi sẽ cưỡi trên những ngọn núi nơi đôi khi tôi sẽ đạp xe rất chậm.

Ngoài ra, pin bộ nhớ cache 22000 của tôi nhận ra điện áp ngay lập tức và bắt đầu sạc.

Bộ điều chỉnh trước đây của tôi đã sử dụng LM317 và pin bộ nhớ cache sẽ không nhận ra rằng nó có thể đang sạc vì điện áp quá chậm.

Tôi nghĩ rằng đây là một mạch tốt. Ngoài ra các bộ phận rất rẻ.

Tôi đã thử một bộ sạc Velo có thể cung cấp tới 1,5A nhưng tôi thấy rằng bánh xe phải quay rất nhanh để khiến thiết bị bật đầu ra. Tôi đã trả lại nó.