Печать - Стабилизатор для динамовтулки

Последнюю в этом году статью посвятим стабилизатору напряжения для велосипедной динамовтулки, который позволит заряжать от неё различные USB гаджеты без опасения их испортить.
Поздравляю всех с наступающим Новым Годом! Всем удачи и исполнения желаний!
(Добавлено уточнение от 15.01.16)

Народная традиция рекомендует не оставлять на завтра, то, что можно сделать сегодня, а тем более, не оставлять это на следующий год. Поэтому последнюю статью в этом году посвятим уже несколько месяцев как появившемуся, но таи и не представленному официально, стабилизатору для питания различных USB гаджетов непосредственно от велосипедной динамовтулки.

Вещица достаточно простая, маленькая и легкая. Представляет собой обычный стабилизатор-кабель, на входе которого поставлен диодный выпрямительный мост и ограничитель напряжения. Диодный мост нужен потому, что динамовтулки имеют обычно на выходе переменное напряжение. Ограничитель напряжения защищает вход стабилизатора постоянного тока от высокого напряжения втулки, которое может быть при малом потребляемом токе и большой скорости движения – как показывает практика, напряжение доходит вольт до 40 и выше.

Фото стабилизатора.

Рис.1. Стабилизатор для динамки.

Структурная схема стабилизатора.

Рис.2. Упрощенная схема стабилизатора.

На схеме показан входной выпрямитель, последовательный ограничитель напряжения на полевом транзисторе, за ним дополнительно стоит защитный диод (стабилитрон) на 24В и далее стабилизатор постоянного тока, который имеет на выходе напряжение 5.4В на выходном USB разъеме. Максимальный выходной ток, который можно получить на выходе стабилизатора около 1.2А. Он задан внутренним ограничителем.

На самом деле, большинство распространенных втулок имеют выходной ток около 0.5А, т.е. стабилизатор мощность втулки не ограничивает.
Стабилизатор постоянного тока импульсный, его КПД около 90%, т.е. потери энергии втулки при зарядке гаджетов будут минимальны.

Стабилизатор подключается ко втулке длинным проводом. Также, как видно на Рис.2., дополнительно выведен короткий провод с точки между выходом выпрямителя и входом стабилизатора постоянного тока. Зачем?

Этот провод может служить нестабилизированным выходом постоянного тока динамовтулки. К нему можно подключить, например, мощную светодиодную фару, либо буферный аккумулятор напряжением 6В, 8.4В, 12В, который будет заряжаться от динамки. Получается эдакий аналог источника бесперебойного питания. Правда, контроль уровня заряда буферного аккумулятора в данном случае не проводится, поэтому, следить за этим придется вручную, например, измеряя напряжение на аккумуляторе. (а литиевые акк. без платы защиты, как известно, от перезаряда портятся, поэтому будьте здесь аккуратны)

Этот же короткий провод, являясь одновременно входом стабилизатора постоянного тока, может быть подключен, например, к солнечной батарее или другому источнику постоянного тока. В результате, мощность от динамовтулки будет складывается с мощностью солнечной батареи и, в итоге, мы имеем более быструю зарядку гаджетов, подключенных к USB выходу стабилизатора.

Рис.3. Пример подключения буферного аккумулятора. (вместо аккумулятора может быть подключена солнечная батарея)

Естественно, аккумулятор или солнечную батарею к промежуточному входу можно подключать и отдельно от динамовтулки. Тогда, стабилизатор постоянного тока будет питаться только от них и выдавать на свой USB разъём стабильные 5.4В при токе до 1.2А. При большем токе напряжение будет плавно снижаться, а не выключаться скачком.

Теперь о недостатках, вернее, об технических ограничениях данного стабилизатора для динамки.

Основной недостаток стабилизатора тот, что его нельзя подключать к мощным источникам переменного тока. Можно только к таким, которые не выдают ток больше пары ампер. Это практически все динамовтулки. Т.е. к мощному сетевому трансформатору стабилизатор подключать нельзя.

Это ограничение вызвано установкой относительно слаботочных диодов во входном выпрямителе (Шоттки 2А, 100В). Как известно, ток в выпрямителе у которого на выходе стоит конденсатор большой емкости, имеет импульсный характер, когда за время импульса через диод должна, образно говоря, проскочить вся мощность стабилизатора за весь полупериод колебания тока. В итоге, при среднем токе на выходе меньше 1А импульсный ток через диоды может достигать значений на порядок больших. В общем, при попытке запитать такой стабилизатор от трансформатора с напряжением 24В / 50Гц и нагрузкой на USB выходе 5 Ом, т.е. ток нагрузки был около 1А, диоды входного моста просто взорвались. ;) Так что, экспериментировать не рекомендую.

При этом если мы питаем постоянным током, даже подавая его через диоды моста, никаких негативных эффектов не наблюдается, кроме относительно небольшого нагрева диодов. Хотя, подавать постоянку лучше всё таки на промежуточный выход, будет меньше потерь на нагрев и уменьшится минимальная разница напряжений между входом и выходом (до, примерно, 0.5В). Т.е. при питании постоянным током ограничений по мощности источника нет по любому входу.

Второй особенностью является то, что при подключении стабилизатора по промежуточному входу/выходу к солнечной батарее, рекомендуется использовать солнечные батареи с рабочим выходным напряжением 6В.

Можно, конечно, подключить и 12В батарею, но поскольку в стабилизаторе отключен режим настройки на рабочую точку солнечной батареи, он будет просаживать напряжение на ней примерно до напряжения своего включения – около 5..6В, т.е. снимать с нее двое меньше мощности, чем она может дать.

Рекомендуемые модели солнечных батарей – это томские на 6, 8, 12, 16Вт с выходом 6В, либо китайские с выходом на 6В (кстати, вполне подходят китайские модули сол.бат. на 6В). Т.е. этот стабилизатор является почти полным аналогом «синего» стабилизатора-кабеля для сол.бат. 6В.

Стабилизатор упакован в термоусадку, плата покрыта лаком для защиты от влаги, однако, если уронили в воду, все же просушите его перед использованием, т.к. никакой лак не обеспечит герметичности на 100%.

Несмотря на то, что стабилизатор выделяет совсем немного тепла, при работе ему все-таки требуется хоть небольшое, но охлаждение, а именно, не засовывайте его среди мягких вещей где-нибудь в сумке, пусть к нему будет хоть какой-то доступ воздуха.

Пожалуй, всё. Приводить графики КПД, нагрузочных характеристик, нагрева и т.п., полагаю, уже излишне. Как говорится, работает и это главное.

Для справки, стоил стабилизатор для динамки на конец 2015 г. 400р, что гораздо ниже любых «буржуйских» аналогов. Цены взяты с сайта www.mobi-power.ru

---------------------------
Добавление от 15.01.16

В настоящее время практически на всех стабилизаторах на "коротком" проводе установлен стандартный круглый разъём 5.5х2.1мм. Таким образом, внешность стабилизатора для динамки почти полностью совпадает с таковой у стандартного стабилизатора-кабеля из которого просто выведен дополнительный "длинный" провод для подключения к динамовтулке.
При заказе, пока не закончилась партия без разъёмов, просто указывайте, обязательно ли нужен разъём на коротком проводе, иначе может быть выслан вариант как с разъёмом, так и без него.

---------------------------

Автор: Николай Носов 31.12.15

Все статьи на сайте разрешены к копированию, но с обязательным указанием ссылки на нас www.mobipower.ru.

Реклама: