Convertir y estabilizar el voltaje de salida de un concentrador de dinamo

Prefacio - No sé mucho sobre electrónica: P

He pedido un centro de dinamo Shimano para mi bicicleta. He hecho un poco de tarea y aquí están mis hallazgos al respecto:

1. La salida de la dínamo mencionada anteriormente es una CA de 6 voltios.

2. El voltaje de salida de la dinamo no es estable, varía según la velocidad de la dinamo.

3. Hay posibilidades de que las luces exploten;) La razón se debe a la salida de voltaje no estabilizado.

Basado en lo anterior tengo algunas preguntas.

1. ¿Existe un circuito simple que convierta la salida de CA a CC? He leído sobre algunos rectificadores de puente, pero quería estar absolutamente seguro al respecto. Además, ¿de qué tamaño es el circuito, con qué facilidad está disponible y qué tan confiable es?

2. Lo más importante que quería saber, ¿cómo construyo un circuito para que la salida de CA fluctuante de 6 voltios de la dinamo se convierta en una salida de CC estabilizada de 5 voltios (con carga USB)? ¿Hay alguno disponible? ¿Cuál es el costo de dicho circuito o con qué facilidad puedo construir desde cero?

3. He leído en alguna parte que enchufar un dispositivo a una fuente de entrada no estabilizada (en este caso, la salida de 5 voltios de la dinamo a mi iPhone) se apagaría el dispositivo. Entonces, si no pude lograr construir (o comprar) el circuito del punto 2 mencionado anteriormente, ¿puedo usar la salida de 5 voltios para cargar baterías intermedias como un cargador solar de iones de litio de repuesto para iPhone y baterías recargables AAA a través de un cargador USB y utilizar estos para cargar mis gadgets?

No use un puente rectificador. Es ineficiente, porque necesita dos caídas de diodos en serie, y no le permite usar el marco como tierra para una lámpara de CC (como una luz de bicicleta LED moderna). En cambio, 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 que importante en esta aplicación.

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

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

¿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. Como son poco más que una disposición específica de cuatro diodos, tampoco es difícil hacer uno.

¿Cómo construyo un circuito para convertir la salida de CA fluctuante de 6 voltios de dínamo a una salida de CC estabilizada de 5 voltios (con carga USB)?

De muchas maneras, pero dado que esta energía eléctrica proviene de usted, es probable que 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 pjc50 menciona en un comentario, hay productos comerciales que ya lo han hecho .

He leído en alguna parte que enchufar un dispositivo a una fuente de entrada no estabilizada (en este caso, la salida de 5 voltios de la dinamo a mi iPhone) se 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 se dañe. Las baterías también requieren una fuente de alimentación específica para cargarlas. El voltaje de suministro debe ser mayor que el voltaje de la batería, pero no demasiado, de lo contrario, generalmente están dañados. 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: como se desprende de su pregunta que tiene poco conocimiento en ingeniería eléctrica y que lo que quiere lograr no es trivial, adhiérase a productos comerciales diseñados para trabajar con ese centro.

Tengo dos de estos dínamos (en realidad Schmidts, no Shimanos, pero eléctricamente son equivalentes), y ya he construido muchas luces led.

Imaginé una configuración que es al mismo tiempo fácil de construir, segura, eficiente y económica. Ha sido probado intensamente en el uso diario.

En primer lugar, hay una cosa importante a tener en cuenta, desde 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, mi configuración actual funciona muy bien y está compuesta por:

• Regulador: un diodo Zener de 5W / 6.8V ;
• Filtro / Estabilizador: Un condensador electrolítico de 16V 6800uF ;
• Rectificador: Cuatro diodos rectificadores ensamblados como un puente;

Con esto, obtengo una salida bastante estable (por encima de 5 millas por hora al menos) y fuertemente regulada de 6.8V. Se necesitan 6.8V en lugar de 6V para poder conectar dos leds blancos en serie, lo que no funcionará ya que su caída de voltaje es ligeramente superior a 3V cada uno.

Dado que la salida de estas dinamos es nominalmente de 6V / 3W, el uso de 6.8V / 5W mantiene el voltaje controlado y pierde muy poca corriente: la mayoría de la energía es drenada por los LED que conecta.

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

Puede tener el esquema SVG aquí:

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

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

Sugeriría un puente rectificador completo, seguido de un condensador y un circuito CC-DC (buck) ya preparado. Puede encontrar muchos de 20x35x10mm de tamaño y cada uno cuesta entre 2 y 5 dólares, incluido el envío desde Hong-Kong.

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

Cualquier otra solución que implique 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 6V CA a 5V CC? ": Una versión técnica de esta pregunta.

Acabo de construir un regulador en este sentido:

KBPC104 2A 200v Puente rectificador 470uF 100v electrolítico Convertidor reductor 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 cargada. Mi hub es un SON-delux, por lo que es importante que pueda obtener resultados a baja velocidad, especialmente porque estaré montando en las montañas donde a veces estaré montando muy lentamente.

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

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

Creo que este es un buen circuito. También las partes eran muy baratas.

Probé un cargador Velo que puede suministrar hasta 1.5A, pero descubrí que la rueda tenía que girar muy rápido para que la unidad activara la salida. Lo devolví.