Ladeschaltung mit Transistorgleichrichter zur Spannungsregelung

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Entgegen meiner normalen Gewohnheit, nur Foren-Beiträge anderer Nutzer zu studieren; möchte ich doch mal mein Bastelprojekt hier erklären.;) Versuchsweise hab ich eine Ladeschaltung entworfen, die statt der Schottky-Dioden, Transistoren zur Gleichrichtung verwendet. Bei Erreichen der gewünschten Ausgangsspannung am Elko werden die oberen Transistoren (Highside) in der Brücke beim nächsten Nulldurchgang abgeschalten und bei zu niedriger Ausgangsspannung wieder eingeschalten. Die Ausgangsspannung wird also quasi durch das Schalten der Gleichrichter-Transistoren geregelt. Als Lowside-Schalter sind FETs eingebaut, ähnlich wie schon an mehreren Stellen (z.B. Fahrradzukunft 14) beschrieben. Da FETs immer eine Inversdiode haben, konnten diese nicht als Highside-Schalter verwendet werden, weil die Dynamo-Induktivität den Strom über die Inversdiode weiter treiben würde. Stattdessen sind bipolar Transistoren als Highside-Schalter verbaut, die über den Basisstrom gesteuert werden. Der Basisstrom wird über Opto-Triacs geschalten, da diese, zumindest anähernd, im Nulldurchgang wieder erlöschen. Das Schalten im (Strom)Nulldurchgang ist notwendig weil in diesem Moment keine Energie in der Induktivität des Dynamo gespeichert ist.
Die Schaltung ist auf einer gelayouteten PCB aufgebaut und wurde (zumindest grob) am SON getestet. Der Schaltungsaufwand, denke ich, ist noch erträglich; allerdings sind auch ein paar ziemlich exotische Bauteile unvermeidlich. Die Schaltung funktioniert. Ich habe mit "geregelten" Transistor-Gleichrichterausgangsspannungen von 5V, 10V oder 12,5V expermentiert. Die Spannung ist deutlich welliger, als man es von einem Längsregler oder Schaltwandler gewohnt ist. Als Option kann zur "Feinregelung" immer noch ein nachfolgender Schaltwandler bestückt werden. Durch das niederfrequente An- und Abschalten des Dynamostroms ergibt sich ein deutlich vernehmbares Geräusch des SON. Auf alle Fälle werde ich die Schaltung in nächster Zeit zum weiteren Test erstmal in das Aufrechtrad und später vielleicht in die Speedmachine einbauen.
 
AW: Ladeschaltung mit Transistorgleichrichter zur Spannungsregelung

ein Schaltbild sagt hier wahrsscheinlich mehr als viele Worte.

Ladeschaltung.png
 
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ein Schaltbild sagt hier wahrsscheinlich mehr als viele Worte.

Anhang anzeigen 44376

In dem Falle eindeutig ja. :) Sind ein paar interessante Ideen drin.

Mich überrascht etwas, dass Du da den Aufwand mit Bipolartransistoren getrieben hast. Wird das wesentlich besser als mit Dioden? Die Theorie der PSpice-Modelle sagt, dass bei 500mA an einem aufgesteuerten BD440 praktisch derselbe Spannungsabfall entsteht wie an einer MBRS360 (3A-Schottky-Diode).


Viele Grüße,
Stefan
 
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Mich überrascht etwas, dass Du da den Aufwand mit Bipolartransistoren getrieben hast. Wird das wesentlich besser als mit Dioden? Die Theorie der PSpice-Modelle sagt, dass bei 500mA an einem aufgesteuerten BD440 praktisch derselbe Spannungsabfall entsteht wie an einer MBRS360 (3A-Schottky-Diode).
Mir ist schon bewußt, dass man sich bezüglich der Verlustleistung im Vergleich zur Dioden-Schaltung auf schmalen Grat bewegt. Besonders, weil auch die Verluste durch den Basisstrom (ca.20mA) in den Bauteilen hinter der Basis mit berücksichtigt werden müssen. Wegen der Abschaltmöglichkeit habe ich mich dennoch für diese etwas gewagte Lösung entschieden. Was ja auch den Vorteil bringt, dass kein nachfolgender Shuntregler zur Spannungsbegrenzung mehr notwendig ist. Momentan setze ich auf den AD136 V, dies ist ein etwas "altertümlicher" Germanium-Transistor. Leider habe ich für diesen kein Spice-Modell. Dieser hat den Vorteil, dass er die höheren Rüchwärtsspannungen an der Emitter-Basis-Strecke (PNP-Silizium-Transistor nur 5V) verträgt und einen geringen Spannungsfall hat. Den BD440 möchte ich in einer reinen 5V-Variante der Schaltung nochmal ausprobieren. Inklusive der Verluste durch den Basisstrom, denke ich kommt man etwa auf dieselbe Verlustleistung. Den Spannungsfall am AD136 V bei 500mA werde ich nochmal nachmessen.

Schöne Grüße,

Thomas
 
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Mir ist schon bewußt, dass man sich bezüglich der Verlustleistung im Vergleich zur Dioden-Schaltung auf schmalen Grat bewegt. Besonders, weil auch die Verluste durch den Basisstrom (ca.20mA) in den Bauteilen hinter der Basis mit berücksichtigt werden müssen. Wegen der Abschaltmöglichkeit habe ich mich dennoch für diese etwas gewagte Lösung entschieden.

Ich hatte bei meiner Rückfrage die Diode in den FETs vergessen. Die Idee war, das Abschalten über die FETs zu erledigen, aber das führt ja lediglich dazu, dass an denen etwas mehr Spannung abfällt...


Viele Grüße,
Stefan
 
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Die Idee war, das Abschalten über die FETs zu erledigen, aber das führt ja lediglich dazu, dass an denen etwas mehr Spannung abfällt...
Genau, bei ausgeschalteten FETs erhält man automatisch eine Dioden-Brücke :)
Als Nachtrag noch die gemessenen Spannungsabfälle bei 500mA Laststrom (zur Messung Betrieb am Netzgerät): Lowside-FET: Source-Drain: 43mV; Highside-Transsistor: Emitter-Collector: 91mV.

Grüße,

Thomas
 
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Hallo ihr
Für mich hätten eure Posting auch in Timbuktu Sprache oder in Chinesich geschrieben sein können :D. Da hätte ich genauso viel kapiert, für so was ist mein verstehstemich Modus nicht geplant gewesen :p.

Bitte nicht böse sein, wer kann einem Dummy erklären was für praktische Erkenntnisse das bei guter Funktion bringt?

Wünsche euch weiterhin so eine hohe Intelligenz von Roland
 
AW: Ladeschaltung mit Transistorgleichrichter zur Spannungsregelung

Hallo Roland, eine kurze Zusammenfassung für dich: Es geht um eine Schaltung mit der z.B. ein Handy am Dynamo aufgeladen, oder die LED-Beleutung betrieben werden kann, was ja nun nichts Neues mehr ist. Dazu wird die Wechselspannung des Dynamo in Gleichspannung umgewandelt. Besonders bei kleiner Last (wenig Stromverbrauch) kann die Gleichspannung aber zu hoch ansteigen. Um das zu verhindern hatte ich mal eine andere Methode untersucht, die verlustarm ist (keine Bauteilerwärmung). Die Diskussion ging nun darum mit welchen elektronischen Bauteilen das grundsätzlich möglich ist. Im Endeffekt geht es immer darum möglichst wenig Strom zu "verheizen" oder möglichst viel Energie aus dem Dynamo rauszuholen und ob der Aufwand dafür noch O.K. ist. Bitte verstehe, dass in ein paar Zeilen hier im Forum kein Elektronik-Kurs nachgeholt werden kann.
 
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Hallo Roland, eine kurze Zusammenfassung für dich: Es geht um eine Schaltung mit der z.B. ein Handy am Dynamo aufgeladen, oder die LED-Beleutung betrieben werden kann, was ja nun nichts Neues mehr ist. Dazu wird die Wechselspannung des Dynamo in Gleichspannung umgewandelt. Besonders bei kleiner Last (wenig Stromverbrauch) kann die Gleichspannung aber zu hoch ansteigen. Um das zu verhindern hatte ich mal eine andere Methode untersucht, die verlustarm ist (keine Bauteilerwärmung).

Und wenn ich noch ergänzen darf: Die auch freundlich zum Dynamo ist.
Man könnte ja auch einfach mitten in der Halbwelle abschalten. Das führt aber nicht nur zu lästigen Spannungsspitzen, die der Überspannungsschutz auffangen muss, sondern auch zu hörbarem Klicken im Dynamo. Jedenfalls höre ich das beim SON, wenn ich einen Axa Luxx70 plus dranhänge und an dessen USB-Buchse nicht viel Strom gezogen wird. Das deutet auf ziemlich ruckartige Bewegungen innen im Dynamo hin. Ob die wirklich auf Dauer schädlich sind, weiß ich nicht, ein gutes Gefühl habe ich aber nicht dabei.

Die Diskussion ging nun darum mit welchen elektronischen Bauteilen das grundsätzlich möglich ist. Im Endeffekt geht es immer darum möglichst wenig Strom zu "verheizen" oder möglichst viel Energie aus dem Dynamo rauszuholen und ob der Aufwand dafür noch O.K. ist.

Die 43mV und 91mV klingen auf jeden Fall sehr gut. Danke für's Nachmessen!


Viele Grüße,
Stefan
 
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Hallo Hoamfahrer

Ich danke dir, das ist ja klar. Aber ich muss leider zugeben beim lesen der postings hatte ich das Gefühl im Kopf als wäre er nicht bereit die komplizierten Wörter zu verarbeiten. Und einen Kursus hier zu veranstalten bringt bei mir sowieso nichts mehr, da ich ein U60 bin. Natürlich ist es klar das hier im Forum unter Garantie ein U70 vertreten ist der das mit Freude liest, es kapiert und das ganze vielleicht sogar noch besser ausbaut. Aber es ist halt so bei mir wie es ist.

Und noch mal vielen Dank für die Erklärung und wünsche dir das du es schafst deine Schaltung zu perfektionieren. Und ich könnte mir vorstellen das die Elektroniker so manches schon zusammen gebaut haben was es auf dem normalen Markt nicht zu kaufen gibt, ich erinnere nur an den Forumslader komplett im Fahrradrahmen eingebaut. Für den der es gemacht hat sicher eine kleinigkeit, aber für mich auserhalb meiner Möglichkeit.

Wünsche was und viele Grüße Roland
 
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Die auch freundlich zum Dynamo ist.
Man könnte ja auch einfach mitten in der Halbwelle abschalten. Das führt aber nicht nur zu lästigen Spannungsspitzen, die der Überspannungsschutz auffangen muss, sondern auch zu hörbarem Klicken im Dynamo.

Perfekt wäre es wenn man immer exakt den Nullpunkt des Stroms treffen würde: Kein Strom -> keine Energie -> keine Überspannung -> keine Verluste -> kein Klicken und damit freundlich zum Dynamo. Grundsätzlich sehe ich keinen Widerspruch zwischen geringen Verlusten und Freundlichkeit zum Dynamo. Die Schwierigkeit liegt eher in der perfekten Umsetzung.

@Roland: Danke für deine Hinweise. Ich werde versuchen wenn möglich so allgemein verständlich wie möglich zu bleiben und das "Fach-Chinesisch" zurückzudrängen. :)
Grüße,
Thomas
 
AW: Ladeschaltung mit Transistorgleichrichter zur Spannungsregelung

@Roland: Danke für deine Hinweise. Ich werde versuchen wenn möglich so allgemein verständlich wie möglich zu bleiben und das "Fach-Chinesisch" zurückzudrängen. :)
Grüße,
Thomas

Hallo Hoamfahrer

Ich glaube ich kann damit sowieso nichts anfangen :confused:, ob du Chinesich oder sonst wie schreibst. Ich lese nur gerne die Selbstbauberichte und denke: "S****** das du damit nichts anfangen kannst". Und deine Selbstbauten?? Reden wir nicht drüber, ihr habt alle meine Bewunderung. Ich bin zwar gelernter Metaller, aber Elektrik ist eine andere Sache. Und schreib ruhig weiter so, hinterher gibst wieder schimpfe:ironie:. Ich hoffe das war jetzt deutlich mit der Grafik.

Mit einem freundlichen Gruß Roland


P.S. Entschuldige mich dafür das du dich mit sowas wie mich abgeben mußtest.
 
AW: Ladeschaltung mit Transistorgleichrichter zur Spannungsregelung

Ein Update zum aktuellen Stand des Projekts:
Die Schaltung ist inzwischen im Sattelrohr des Up verbaut und ist dort im Alltagseinsatz. Die Kabel sind im Rahmen verlegt, was ein ganz schönes Gefummel war die da durch zu fädeln.;) In der vorhandenen LED-Beleuchtung (LUMOTEC IQ Fly senso plus und Seculite plus) wurden die Gleichrichterdioden ausgelötet, da diese Funktion ja nun von der Schaltung übernommen wird. Die anfänglich erwähnten leichten Geräusche betrachte ich inzwischen als völlig unkritisch, da die normalen Windgeräusche eh viel stärker sind. Störender finde ich eher, dass zum Start der Stromversorgung immer die Taste S1 gedrückt werden muß.
Der Schalter S2, zum Umschalten zwischen verschiedenen Spannungen, wurde vor dem Einbau wieder abgelötet und durch Brücken ersetzt (ich brauche momentan nur eine Spannung). Ebenso habe ich den Schaltwandler U2 wieder ausgelötet, da für die Beleuchtung und zum Laden des alten Handys die grobe Spannungsregelung auf 5V durch den Transistorgleichrichter schon ausreicht.
Vielleicht mache ich mir ja noch Gedanken über eine Schaltungsvariante, die auch ohne Tastendruck anläuft.:)

Thomas

Anhang anzeigen 46084
_PCB bottom.jpg
 
AW: Ladeschaltung mit Transistorgleichrichter zur Spannungsregelung

Beim Anhang 46084, hat das Hochladen wohl nicht geklappt:eek: ; deshalb nochmal:

_PCB top.jpg

Wobei dies ja die interessantere Seite der PCB ist.
 
Nachdem das Projekt sich inzwischen weiterentwickelt hat, hole ich diesen Thread nochmal hervor.
Seit ungefähr einen halben Jahr ist die neue Version der Ladeschaltung am Troytec im Einsatz. Die Baugruppe befindet sich im Lenkervorbaurohr. Die LED findet sich in einer schon vorhandenen Gewindehülse im Rahmen. Immer wenn Energie vom Dynamo an den Ausgangselko geliefert wird, leuchtet diese. Ohne Last blinkt diese nur alle ca. 10s einmal kurz auf; es muss nur der Eigenverbrauch der Schaltung gedeckt werden. Bei leichter Last wird wegen des Regelprinzips mehrmals pro Sekunde eingeschaltet und die LED flackert. Bei großer Last leuchtet die LED andauernd.

Die wesentlichen Weiterentwicklungen sind:
  • der Lader muss nicht mehr über eine Taste gestartet werden, sondern ist bei ausreichender Geschwindigkeit ständig betriebsbereit
  • USB-Buchse auf der PCB drauf
  • Einsatz des USB-Ladecontrollers TPS2511
  • Längs-Elko zum Kompensieren der Dynamo-Induktivität, wie das schon oft vorgeschlagen und umgesetzt wurd
Die Baugruppe ist aus drei kleinen PCBs aufgebaut um noch auf das Rohrformat zu kommen. Die Haupt-PCB, huckepack drauf eine kleinere PCB mit dem Doppelschichtkondensator (=Ausgangselko) und senkrecht dazu die PCB mit dem bipolarem Längs-Elko.
DSC00465.JPG DSC00748.JPG DSC00416.JPG DSC00706.JPG DSC00423.JPG DSC00417.JPG
 
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