Liebes Forum

Da hier ja USB-Lader fürs Fahrrad leidenschaftlich diskutiert werden will ich kurz meine neuste Kreation vorstellen:

Ich bin bei Aliexpress über die sehr günstigen (< 3 Eur) USB Module mit KIS3R33s Schaltregler gestolpert. Sie finden sich bestimmt auch bei Ebay oder wo man sonst am liebsten China Elektronik bezieht. Offiziell konvertieren sie eine Eingangsspannung von 7 bis 24V in USB gerechte 5V mit bis zu 3A. Praktisch auch, bei den Boards ist schon eine USB Buchse angelötet, man braucht also nur noch ein Kabel in die Schraubklemmen zu klemmen und schon kanns losgehen.

Für den Betrieb am Fahrrad fehlt natürlich noch ein Gleichreichter. Aus der Grabbelkiste habe ich ein DF02S SMD Brückengleichrichter und einen 100uF/63V Elektrolytkondensator gefischt und fliegend verdrahtet an meinen Nabendynamo gehängt. Fertig ist die Konstruktion. Die Kosten kann ich nicht genau beziffern da ich die Teile aus der Kiste schon habe. Man kommt wohl unter 5 Euro weg.

Vorteile gegenüber dem Minimallader sehe ich darin, dass ein Schaltregler verwendet wird, man muss sich also hoffentlich keine Gedanken machen, dass man ein versorgtes Gerät mit Überspannung zerstört. Gegenüber anderen Lösungen sind vor allem die geringen Kosten und der einfache Aufbau hervorzuheben. Ich habe auch schon einen Minimallader fliegend aufgebaut und das war deutlich fummliger :-) Ich war eben auf einer ersten Testfahrt damit und kann folgende Leistungsdaten berichten:

Testaufbau: SON Classic, 28" Rad, Scheinwerfer aus, geladen habe ich mein Samsung A310F (2016) Smartphone. Am Steckernetzteil zieht das Handy bis zu 1.3A. Die Strommessung erfolgt mit einem "Charger doctor" und durch ablesen der Werte während der Fahrt von mir. Also keineswegs eine Präzisionsmessung :-)

Die indikator LEDs leuchtet beginnt bei etwa 5km/h zu leuchten.
Bei langsamer Fahrt, etwa 10 km/h wird etwa 200mA/4.5V geliefert.
Bei einer Geschwindigkeit von 20km/h kriege ich 500mA/5.0V.
Den maximalen Wert habe ich bei ca. 28km/h gesehen, 750mA/5.0V.

Gleichzeitiger Betrieb mit Scheinwerfer ist nicht möglich. Der Scheinwerfer (irgendein B&M Cyo älteren Baujahres) zieht die Spannung wohl zu weit runter als dass der Schaltregler noch arbeiten kann. Die Ladeschaltung ist parallel mit der Lichanlage verdrahtet.

Leistungsmässig gehört der Lader kaum zur Spitzengruppe, aber für meine Bedürfnisse völlig ausreichend: In 15 Minuten im Stadtverkehr habe ich mein Telefon von 55% auf 63% geladen. Sollte also locker an einem Reisetag das Smartphone auf 100% bringen. Leider habe ich keinen Minimallader mehr zur Hand um einen 1:1 Vergleich durchzuführen.

Ein paar Bilder vom Aufbau gibt es hier, das Modul kann man zum Beispiel hier bei aliexpress kaufen.

Ich hoffe das ich etwas Inspiration liefern konnte,
Luki

Klingt sehr vielversprechend.
Wie und wo sind genau Brückengleichrichter und kondensator zu verbinden?
Vg
Manuel

Für den Dauerbetrieb sollte zumindest noch ein Überspannungsschutz vorhanden sein.

Vom Dynamo geht die Verbindung zum Wechselstromeingang vom Gleichrichter. Der Gleichspannungsausgang wird dann mit dem Modul verbinden (Polung beachten, Positv mit Positiv). Parallel dazu der Kondensator. Ich bin zu faul es selber aufzuzeichnen aber es sollte ungefähr so aussehen: link.

Das mit dem Überspannungsschutz ist eine Überlegung wert. Aber ich glaube ich teste mal ohne noch etwas weiter und schau einfach mal ob was kaputt geht...

Im schlimmsten Fall ist das aber dann dein Handy. Bei niedriger Last und schnellen Abfahrten kann die Ausgangsspannung vom Dynamo auch schon mal höher (auf jeden Fall auch >24V) sein. Eine Zener-Diode ist doch eh schnell eingebaut.

http://i.imgur.com/UPNUxfi.png

Fremdes Bild in Link umgewandelt. Zur Erläuterung siehe hier. Es geht hier v.a. um das Bild vom Nabendynamo.

Ich frage mich ob denn ein Billigladegerät welches an 230V~ betrieben wird nicht auch den Zweck erfüllt. Ich werde es mal ausprobieren.

Interessantes Projekt. Danke für's vorstellen.
Den Fola V 5 wird es wohl nicht ersetzten können , wahrscheinlich nichtmal die 12 V-Version, aber ich finde solche "Cheap Trick"-Basteleien immer ganz witzig.
Wenn Du Lust hast, könntest Du auch mal eine Delon-Schaltung (mit sinnvoll dimensionierten Tuning-C,s) ausprobieren und die Testergebnisse hier posten. Ich erinnere mich dunkel daran, dass je höher die Eingangspannung bei diesen Schaltreglern ist, desto besser wird wohl der Wirkungsgrad. Ohne Gewähr. (Oder war das nur bei Step-UP-Wandlern so?) Hab nicht nochmal extran nachgeschaut. Auf die Z-Diode und den Glättung-C würde ich bei einem Spannungsverdoppler aber nicht verzichten.

Würde ich spannend finden.

Hallo

ich denke auf die Z-Diode kannst Du verzichten....

Du solltest mal überprüfen was für eine Spannung aus deinem Dynamo heraus kommt,
Gleich oder Wechselspannung?
(permanet erregte Generatoren (Dynamo) liefern im allgemeinen Gleichspannung....
Bei Gleichspannung kannst Du auf die Brücke verzichten.

Die Brückenschaltung bringt noch einen Spannungsabfall von rund 1,4V.
Der Lade-Elko liefert Dir in etwa den arithmetischen Mittelwert Deiner Gleichspannung (bei passender Belastung)

Der Wirkungsgrad der Schaltung liegt etwa bei 95% d.h. eine höhere Spannung bringt nix, außer die Spannung vom Dynamo liegt unter 5 Volt.
Entscheidend ist die Leistungsbilanz.

Wallfahrer

Hallo

...ich habe mich geirrt, doch Wechselspannung...Brückenschaltung muss...

Wallfahrer

Alle mir bekannten Fahrraddynamos erzeugen Wechselspannung.

Da wäre ich mir nicht so sicher. Ein unbelasteter Fahrraddynamo erzeugt ganz erhebliche Spannungen die 24V deutlich übersteigen können. Im Forumslader kommt hier als Überspannungsschutz eine Zener-Diode zum Einsatz, die zu ihrem eigenen Schutz noch mit einem draufgefrickelten Thermoschalter versehen ist. Ich würde zumindest ausprobieren, was im Überlastungsfalle passiert - ob sich die Billigplatine verabschiedet oder ob sie die Überspannung gnadenlos weiter gibt.

Ich meine, mal was von 100 V gehört zu haben.. (von JensD?)

Gruß
Thoralf

Hi,

mach noch eine Spannungsabschaltung davor die bei von mir aus 24V einen Transistor sperren lässt. Dann bist Du sicher denn im Leerlauf kann ein Dynamo schon mal 80V bringen. Der Transistor sollte ein Hochvolttyp sein so ca. 100V Sperrspannung denke ich.

Schöne Grüße Jürgen

In der Spitzenspannung bringt jeder Nabendynamo etwa 1V je km/h. Eine schnelle Abfahrt erreicht 60km/h und mehr. Wenn der Nabendynamo dann auch noch in ein kleines Laufrad eingebaut wird dann erreicht die Spannung bei der Abfahrt und im Leerlauf über 100V.

Aus meiner Sicht ist daher irgend ein Überspannungsschutz dringend erforderlich.

Viele Grüße von
Jens.

Hi,

Du kannst auch sicherstellen das das Akku nie voll ist wenn Du lädst. Dann gibt es auch keinen Leerlauf des Generators und keine hohe Spannung. Allerdings sollte dann die USB Schaltung auch vom Generator genommen werden. Denn sonst sieht die die Leerlaufspannung.

Schöne Grüße Jürgen

Hallo

bei einer Leerlaufspannung bis zu 100V ist die Z-Diode sinnvoll, und wenn man die Leistung der Z-Diode an die Dynamoleistung anpasst sollte sich dort nix zerlegen, da bei Belatung eh die Spannung unter die Z-Spannung fällt.
Und wenn man für die Brücke Schottky Dioden nimmt dann sieht es auch mit dem Spannungsabfall über der Brücke auch gut aus.

....und ja... der Dynamo ....erzeugt Wechselspannung...... !

Wallfahrer

Die Spannungsbegrenzung im Minimallader funktioniert auch über eine Zenerdiode, die allerdings gut gekühlt werden muss. Ich hatte den Lader Anfangs in der Lenkertasche mitgeführt. Bei warmem Wetter wurde das Teil so heiß, dass das Plastikgehäuse zu schmelzen begann ...

Hier würde dann z.B. ein einfacher Thermoschalter auf der Eingangsseite helfen.

Hi, noch ne Frage: Sind bei deiner Version auf der Platinenrückseite zwecks Netzteilerkennung auch Lötpunkte vorhanden, wie hier bei ca. 5:26 gezeigt und erklärt? Ist das das Modul?

Hi,

Ihr vergesst immer das eine Z Diode oder Thermoschalter nichts anders tut wie die Spannung des Generators dadurch zu verkleinern das die Energie in Wärme umgewandelt wird. Sprich Ihr verliert Sie fürs Fahren.

Deswegen bei zu hoher Spannung (Energie vom Generator) wegschalten und keine Energie mehr verbrauchen.

Schöne Grüße Jürgen

Nö, der Thermoschalter schaltet den Dynamo komplett in den Leerlauf wenn die Diode zu heiß ist. Dann ist der "Energieverlust" nahezu null.
Solange sich die Z-Diode aufheizt, wird man in der Tat einen Widerstand beim Fahren merken. Das betrifft allerdings die Situation sehr schnelen Fahrens (Abfahrt) in Kombination mit "gesättigtem" Verbraucher.
Einerseits stört mich das minimale Bremsen bei sehr hohen Geschwindigkeiten kaum, andererseits kann man bei vollem Verbraucher auch die Schaltung komplett vom Dynamo trennen - da hast du recht. Bei der Diode geht es aber darum einen Übrspannungsschutz zu haben für den Fall, dass man das Abschalten mal vergisst/übersieht.

Hi,

würde der Thermoschalter alles abschalten kühlt er schnell wieder ab und verbindet die Schaltung. Sprich es kann nicht dauerhaft die Schaltung abwerfen. Sprich er wird dauernd an und wieder abschalten.

Ein Transistor der merkt das die Spannung zu hoch ist schaltet einfach die Schaltung weg. Ist die Spannung wieder niedriger wieder zu. Sprich es wird nicht unnötig Energie in Wärme verwandelt aber die Schaltung geschützt.

Schöne Grüße Jürgen der die Bauteilkosten dafür bei ca. 2 bis 3 Euro sieht...

Der Thermoschalter ist recht träge. Ja, der schaltet irgendwann wieder scharf, aber da ist die Diode wieder abgekühlt - als Schutz funktioniert das also.
Mit den Transistorschaltungen hab ich noch nicht rumgespielt, könnte mir aber vorstellen, dass die nötige Sperrspannung von >100V ein Problem ist. Und der Transistor hat doch einen Spannungsabfall, auch das könnte für die Effektivität der Schaltung eher nachteilig sein.

Könnt ihr einem Laien da etwas erklären.

Ein Thermoschalter schaltet ab, weil Temperatur x erreicht worden ist und die Sache irgendwie brenzlig geworden ist. Je besser das Gerät eingepackt ist, desto früher ist dieser Punkt erreicht.

Der Transistor schaltet ab einer bestimmten Spannung ab. Bloß je nach Verpackung des Gerätes ist die Temperatur bei einer bestimmten Spannung unterschiedlich und schwankt damit zwischen geht noch und müsste eigentlich abgeschaltet sein.

Ein Transistor verbrät dann aber auch einiges an Leistung

Wenn der Spannungsabfall im offenen Zustand 0,7 Volt beträgt und 1 Ampere fließt habe ich ca. 25% der Nennleistung des Dynamos.

Meine mich zu erinnern, dass ein Dynamo eine Stromquelle ist und man diesen zum Abschalten auch kurzschließen kann. Der Transitor könnte also parallel geschaltet werden.

Je mehr man sich damit auseinander setzt desto mehr Fallstricke tauchen auf.

Eine Lösung mit Z- oder Suppresor-Diode, Thermoschalter und Hauptschalter sollte aber schon recht zuverlässig funktionieren.

Die Temperaturabhängigkeit der Schaltspannung ist meines Erachtens weniger das Problem, weil die geplante Ladeplatine dahinter einen Weitbereichseingang hat. Man muss ja nur verhindern, dass diese mit mehr Spannung als ausgelegt angesteuert wird. Eine mögliche Transistorschaltung -konservativ ausgelegt- sollte auch funktionieren, führt im schlimmsten Falle lediglich dazu, dass abgeschaltet wird, wo es noch nicht nötig wäre.

Hi,

Transistor Bipolar ca. 0,3V also 300mW bei 1A. Mosfet nahe nichts aber teurer. Wenn Du kurz schließt hast Du eine gute Bremse. Ev. kann man noch ein Relais nehmen. Das braucht gar nichts wenn es nicht wegschaltet und ca. 500mW wenn es wegschaltet. Das Wegschalten ist ja relativ selten.

Schöne Grüße Jürgen

Hi,
stimmt schon. Ich würde Z-Diode, Thermoschalter und einen C (u.a. zum Schaltspikes wegbügeln) eher als Notfallsicherung ansehen. Wenn alle Akkus voll sind, ist es natürlich sinnvoll, wenn man den Lader ganz abschaltet. Wenn Du einen einfach zu realisierenden Schaltungsvorschlag für den Transistorschalter hast, nur her damit.
Ich träum ja schon seit längerem davon, soetwas ohne viel Aufwand mit einem Spannungsverdoppler zu verheiraten. Die Ansteuerung der Gates ist aber wohl Bauteil- und Bastelaufwändig, wenn das Ganze ohne Z-Dioden auskommen und mit Kondensatoren kompatibel sein soll.

......
Und klar, im Leerlauf kann die Dynamospannung stark ansteigen. Unter Last kann man ihm wohl aber mehr Leistung entnehmen, wenn man mit höheren Spannungen arbeitet, weil ein Nady gerne mit dem maximal entnehmbaren Strom geizt. (Mit dem besseren Wirkungsgrad aktueller Schaltregler bei höherer Spannung hatte ich mich wohl vertan)
......
Auf jeden Fall ist das immer ein spannendes Thema.
Im Grunde geht es beim Minimallader oder beim hier vorgestellten Schaltregler ja darum, dass es relativ einfach zu basteln ist. Sonst könnte man ja direkt die 12 V Version bauen (was bei ungeübten Lötern schon mal ein-zwei Arbeitstage in Anspruch nehmen kann), oder den FoLa V 5 kaufen. Ich würde solche streichholschalchtelgroßen "Cheap-Trick" Lösungen eher als Ersatzgeräte ansehen, falls mal was ausfällt.

Hi,

nimm die Relaislösung. Ist einfach und billig. Einfach ein 12V Relais mit Wechselkontakt so schalten das wenn es anzieht die Schaltung weggeschaltet wird. In Reihe zur Spule des Relais machst Du eine Z Diode so um die 12V. Dann wird bei ca. 20 bis 22V das Relais ziehen und die Schaltung schützen. So lange die Spannung unter 12V ist fließt gar kein Strom da die Z Diode sperrt. Relais kostet so 3 Euro Z Diode 30 Cent. Eine Diode in Sperrrichtung an der Relaisspule zum Schutz gegen Induktion nicht vergessen.

Schöne Grüße Jürgen

Sicher? Soviel Ruß wird üblicherweise bei »Spannungsstabilisierungen« mit Z-Dioden nicht gemacht. Die erzeugen in der Regel nur einen so halbwegs kontrollierten Kurzschluss und heizen so die Umwelt. Andersrum funktioniert das auch nicht, bei einem Lastabwurf stünde man im Dusteren und zusätzlich würde die Spannung auf den Wert der Urspannung hochgehen, mit schönen Grüßen an die Isolation.
Eigentlich ist ein Generator nur über die Erregung zu regeln, nur mach das mal. Schleifringe will schließlich keiner und eine aktive Regelung würde möglicherweise die Schwarzstartfähigkeit kosten. Mit einer separaten Erregermaschine fange ich besser nicht an…