Step-Down Wandler f. Dynamo

[nikolauzi]

So, habe eine kurze Skizze gemacht von dem Prinzip. Das ganze Gedöns drumherum habe ich mal weg gelassen (Standlicht, Langsamfahrtlicht, Mosfet Gleichrichter, 5.5V, etc.).
Es ist einfach ein Gegentaktdurchflußwandler mit synchronem Gleichrichter, der von einem Controller mit 100kHz/50%/Ttot=200ns angesteuert wird.
Das Übersetzungsverhältnis ist 3.5 zu 1. Somit ergibt sich am Eingang eine Spannung von 3.5*Vf der Diode, ergo ca. 11.6V. Der Dynamo fungiert als Konstantstromquelle und liefert ca. 500mA. Dadurch ergeben sich an der Diode 1.75A. Fertig
Habe eben mal das ganze ans Rad gebaut, aber bei strahlendem Sonnenschein ist das Ergebnis unscheinbar, heute Abend wird es wohl ganz anders aussehen!
Ab ca. 10km/h schaltet der Controller von Langsamfahrlicht um auf Hauptlicht und ab ca. 15km/h scheint die volle Spannung anzuliegen.

Das ganze paßt in eine kleine, längliche AP Verteilerdose aus dem Baumarkt, ist somit gut vor Feuchtigkeit geschützt.

Beim Projektionsscheinwerfer fällt allerdings die grausige Farbverteilung der XM-L auf, zum Rand hin ist die XM-L eher grünlich, in der Mitte schön weiß

Der Nikolauzi

 

[nikolauzi]

So, habe eben mal eine kleine Probefahrt gemacht, das Licht ist echt beeindruckend, obwohl bei meinem 50mm Scheinwerfer deutlich mehr Licht rauskommt, als bei dem verbauten 38mm. Die Erfahrung gab's ja schon bei den Halogenspots. Der Kleine ist aber 120gr leichter und sieht besser aus.
Die Hell-Dunkel Grenze ist sehr sauber, beim Beschleunigen blitzen die Nummernschilder in der Ferne (>150m) hell auf Dafür ist die Einstellung aber umso schwieriger, habe die Grenze mal auf ca. 40m eingestellt.
Volles Licht gab es schon bergauf, kommt also gut hin mit den 15km/h.

Insofern war das ein schneller Erfolg! Nur das Standlicht werde ich noch etwas heller machen, läuft aktuell nur mit 50%.

Die komplette Schaltung werde ich die Tage mal eingeben und mit der SW online stellen.

Der Nikolauzi

 

[Reisi0]

Danke für die Skizze. So habs ich mir schon gedacht.
Allerdings hast in deiner Argumentation etwas durcheinander gebracht. Denn ein Step-Down mit fixem Dutycycle von 1/3,5 würde das gleiche erledigen und ist damit nicht unbedingt aufwändiger.

 

[nikolauzi]

Danke für die Skizze. So habs ich mir schon gedacht.
Allerdings hast in deiner Argumentation etwas durcheinander gebracht. Denn ein Step-Down mit fixem Dutycycle von 1/3,5 würde das gleiche erledigen und ist damit nicht unbedingt aufwändiger.

Aber er wäre deutlich aufwändiger bei gleichem Wirkungsgrad umzusetzen, oder man benötigt Spezial ICs und immer noch viel Geschick beim Löten (habe ich beides). Bei mir geht sogar eine fliegende Verdrahtung, da die Schaltflanken nicht kritisch sind.
Meine Versuche mit einem Step Down waren alle deutlich schlechter vom Wirkungsgrad her Mein größter Verlustposten ist im Moment noch die Diode, um den Mosfetgleichrichter vom Rest zu entkoppeln, hatte gerade keine Schottky zur Hand.

Außerdem baut sich hier recht früh eine stabile Spannung am Eingang auf, da der Stromverbrauch unter 3.3V Ausgangsspannung gegen 0 geht, somit kann man sehr gut z.B. einen Goldcap laden.

Habe nun noch ein wenig an der LED Position rumgespielt und das Ergebnis wurde schon deutlich besser, siehe Bilder! Durch den kleineren Reflektor muß man die LED nach hinten kippen, damit die Hauptabstrahlung in den aktiven Teil hineingeht und die Justierung sehr feinfühlig vornehmen.

Den Scheinwerfer gibt es z.B. hier:
http://cgi.ebay.de/Mini-Ellipsoid-N...pt=Motorrad_Kraftradteile&hash=item5ade3e7588
Die Linse ist zwar innen blau beschichtet, läßt sich aber mit dem Fingernagel abkratzen
Das Photo ist blaustichig, weil ich nur eine blaue Wand gegenüber vom Netzteil habe

Der Nikolauzi

 

[yellow_ö]

ich schaffs einfach nicht, vernünftige Suchhits zum Atiny zu bekommen ...
ist das ein fertiger Baustein?
Oder ist das - wie ich vermute - etwas das programmiert werden kann/muss?
Womit jemand der Null Ahnung davon hat mangels Equipment und Fähigkeiten jede Schaltung damit vergessen kann?

 

[Reisi0]

Aber er wäre deutlich aufwändiger bei gleichem Wirkungsgrad umzusetzen, oder man benötigt Spezial ICs und immer noch viel Geschick beim Löten (habe ich beides).

Nein ist er nicht. Beim Gegentaktwandler muss man viel mehr berücksichtigen, der ist von Haus aus schon sehr empfindlich auf Assymetrien. Durch die fehlende Speicherdrossel (und den damit verbundenen Freilaufdioden) kann die Streuinduktivität Probleme machen und auch das Timing ist in dem Fall kritisch. Der Dutycycle muss hier immer 50% betragen und die Länge der Deadtime ist hier deutlich kritischer. Ist sie zu Kurz gibt einen Shot Through, ist sie zu lang gibts hohe Spitzenströme in den Elkos.
Anscheinend hattest du jetzt bei diesem Versuch einfach nur Glück.

Für einen Step Down sind auch keine Special ICs notwendig (die sind zumindest weniger speziell als ein HF Trafo), dafür kann man prinzipiell fast jeden synchronen Step Down verwenden (da ist die Auswahl inzwischen sehr groß). Man kann auch einen Halbbrückentreiber verwenden, wenn man den mit einem konstanten Dutycycle füttert (oder man nimmt z.B. einen IR2153, der hat schon alles integriert).

Meine Versuche mit einem Step Down waren alle deutlich schlechter vom Wirkungsgrad her Mein größter Verlustposten ist im Moment noch die Diode, um den Mosfetgleichrichter vom Rest zu entkoppeln, hatte gerade keine Schottky zur Hand.

Nur so aus Interesse: Von welchen Wirkungsgradbereich sprechen wir denn hier?
Und noch ein kleiner Tipp: Bau keine zusätzliche Diode ein, sondern ersetze die beiden P-Fets durch zwei Schottky Dioden. Das ist zum einem etwas billiger und zum anderen minimal effizienter


PS: Bitte nicht falsch verstehen, ich will deine Schaltung jetzt nicht schlecht machen. Sie hat durchaus ihre Vorteile (geringer Ein- und Ausgangsripplestrom, alle Fets GND-bezogen,...) aber wenn man diesen halben Push-Pull mit einem ungeregelten Step-Down mal komplett durchrechnet ist es eben nicht so, dass der Step Down aufwändiger wäre. Vor allem die Berechnung des Trafos ist beim Gegentaktwandler deutlich aufwändiger als die der Speicherdrossel beim Step-Down. Dafür muss man bei letzterem bei der Auslegung der Fet Treiber (hauptsächlich deren Stärke) etwas vorsichtiger sein.
Der halbe Gegentaktwandler ist in dem Fall sicherlich eine Alternative zum Step Down, ich persönlich würde aber letzteren Vorziehen, da man eben die Möglichkeit hat das "Übersetzungsverhältnis" über den Dutycycle nachträglich zu ändern. Beim Gegentaktwandler ist das durch das Übersetzungsverhältnis des Trafos fest vorgegeben und kann (ohne Speicherdrossel) nicht geändert werden.

ich schaffs einfach nicht, vernünftige Suchhits zum Atiny zu bekommen ...
ist das ein fertiger Baustein?
Oder ist das - wie ich vermute - etwas das programmiert werden kann/muss?
Womit jemand der Null Ahnung davon hat mangels Equipment und Fähigkeiten jede Schaltung damit vergessen kann?

Der Attiny13 ist ein µC, allerdings ist der nicht zwingend notwendig, man kann auch klassische PWM Controller wie z.B. TL494 oder SG3524 verwenden, wenn man deren Dutycycle fix auf 50% einstellt. Ein IR2153 würde in dem Fall auch funktionieren.

 

[manne]

ich schaffs einfach nicht, vernünftige Suchhits zum Atiny zu bekommen ...
ist das ein fertiger Baustein?
Oder ist das - wie ich vermute - etwas das programmiert werden kann/muss?
Womit jemand der Null Ahnung davon hat mangels Equipment und Fähigkeiten jede Schaltung damit vergessen kann?

Das ist ein Microcontroller, muss programmiert werden.
Zum Programmieren im Sinne von Beschreiben braucht's aber weder an Equipment noch an Fähigkeiten übermäßigen Einsatz: http://www.messerforum.net/showpost.php?p=664718&postcount=52

 

[nikolauzi]

Nein ist er nicht. Beim Gegentaktwandler muss man viel mehr berücksichtigen, der ist von Haus aus schon sehr empfindlich auf Assymetrien. Durch die fehlende Speicherdrossel (und den damit verbundenen Freilaufdioden) kann die Streuinduktivität Probleme machen und auch das Timing ist in dem Fall kritisch. Der Dutycycle muss hier immer 50% betragen und die Länge der Deadtime ist hier deutlich kritischer. Ist sie zu Kurz gibt einen Shot Through, ist sie zu lang gibts hohe Spitzenströme in den Elkos.
Anscheinend hattest du jetzt bei diesem Versuch einfach nur Glück.

Meinen inzwischen weit über 10 Jahren Erfahrung mit Schaltreglern nach, ist der Durchflußwandler in diesem Leistungsbereich weitaus unkritischer. Beim Wickeln muß man mitzählen, klar, und die Deadtime mißt man einmal aus, das war's. Hier habe ich immerhin "großzügige" 200ns
Ein Stepdown hat aber noch vieleweitere Nachteile hier, da der Dynmo eine sehr komplexe kombinierte Strom und Spannungsquelle ist. Ich brauche nur kleine Elkos für die EMV, beim Stepdown hast Du 2A Rippelstrom, der in Kombination mit dem Dynamo viel Mist macht
Außerdem sind die Verluste in den P-Kanals größer durch den hohen Strom.

Für einen Step Down sind auch keine Special ICs notwendig (die sind zumindest weniger speziell als ein HF Trafo), dafür kann man prinzipiell fast jeden synchronen Step Down verwenden (da ist die Auswahl inzwischen sehr groß). Man kann auch einen Halbbrückentreiber verwenden, wenn man den mit einem konstanten Dutycycle füttert (oder man nimmt z.B. einen IR2153, der hat schon alles integriert).

HF Trafos gibt's in allen Gößen sogar beim C o.ä.

Nur so aus Interesse: Von welchen Wirkungsgradbereich sprechen wir denn hier?

Naja, >90% mit Gleichrichter sind mal ein grober Wert, bin ja noch am Optimieren Das wird mit einem Stepdown schon eng.

Und noch ein kleiner Tipp: Bau keine zusätzliche Diode ein, sondern ersetze die beiden P-Fets durch zwei Schottky Dioden. Das ist zum einem etwas billiger und zum anderen minimal effizienter

Das ist ein Argument, aber ich will den eh noch synchronisieren, insofern passen die zwei P Kanal schon ganz gut.

PS: Bitte nicht falsch verstehen, ich will deine Schaltung jetzt nicht schlecht machen. Sie hat durchaus ihre Vorteile (geringer Ein- und Ausgangsripplestrom, alle Fets GND-bezogen,...) aber wenn man diesen halben Push-Pull mit einem ungeregelten Step-Down mal komplett durchrechnet ist es eben nicht so, dass der Step Down aufwändiger wäre. Vor allem die Berechnung des Trafos ist beim Gegentaktwandler deutlich aufwändiger als die der Speicherdrossel beim Step-Down. Dafür muss man bei letzterem bei der Auslegung der Fet Treiber (hauptsächlich deren Stärke) etwas vorsichtiger sein.
Der halbe Gegentaktwandler ist in dem Fall sicherlich eine Alternative zum Step Down, ich persönlich würde aber letzteren Vorziehen, da man eben die Möglichkeit hat das "Übersetzungsverhältnis" über den Dutycycle nachträglich zu ändern. Beim Gegentaktwandler ist das durch das Übersetzungsverhältnis des Trafos fest vorgegeben und kann (ohne Speicherdrossel) nicht geändert werden.

Der Attiny13 ist ein µC, allerdings ist der nicht zwingend notwendig, man kann auch klassische PWM Controller wie z.B. TL494 oder SG3524 verwenden, wenn man deren Dutycycle fix auf 50% einstellt. Ein IR2153 würde in dem Fall auch funktionieren.

Konstruktive Kritik ist immer willkommen
Der Trafo ist aber kein Problem, den kann man in der Leistungsklasse "Frei Schnauze" bewickeln. Der Kern ist bei weitem oversized.

Anstelle des ATTiny13 geht natürlich auch ein 3525 o.ä., der kostet aber in etwa gleich viel und man kann den ganzen Rest direkt mit rein machen (Snchrongleichrichter,etc.). Der Programmieradapter ist ein Druckerstecker + ein paar Kabel.

Probier's am Besten mal aus mit dem Step Down, ich fand die Ergebnisse mit Dynamo sehr suboptimal

Der Nikolauzi

 

[Reisi0]

Meinen inzwischen weit über 10 Jahren Erfahrung mit Schaltreglern nach, ist der Durchflußwandler in diesem Leistungsbereich weitaus unkritischer.

Baust du deine Durchflusswandler immer ohne Speicherdrossel auf? Dieser Spezialfall der unregelbaren Flusswandler ist doch recht selten. Normalerweise hat man immer auch eine Speicherdrossel sekundärseitig, dadurch ist ein Durchflusswandler prinzipell auch nur ein um einen Trafo erweiterter Step Down. Durch den Trafo wird der Schaltregler letztendlich komplexer und nicht einfacher.

Ein Stepdown hat aber noch vieleweitere Nachteile hier, da der Dynmo eine sehr komplexe kombinierte Strom und Spannungsquelle ist.

Die Art der Quelle ist für die Schalttopologie weniger entscheidend, das ist mehr eine Herrausforderung für die Regelung. Aber darum gehts hier nicht.

Ich brauche nur kleine Elkos für die EMV, beim Stepdown hast Du 2A Rippelstrom, der in Kombination mit dem Dynamo viel Mist macht

Leitungsgebunden hast du Recht, da reichen in deinem Fall relativ kleine Kondensatoren, aber durch die fehlende Speicherdrossel hast du dafür ein Problem bei der Abstrahlung. Bedingt durch die notwendige Totzeit gibt es einen kurzen Moment in dem alle FETs gesperrt sind. Dadurch entlädt sich der Ausgangskondensator und der Eingangskondensator wird durch den Dynamo geladen. Bei Wiedereinschalten entspricht dann das Verhältnis der Kondensatorspannung nicht mehr dem Übersetzungsverhältnis des Trafos und somit gibt es einen Ausgleichsstrom der nur von parasitären Elementen begrenzt wird. Da der Spike sehr hochfrequente Anteile beinhaltet, reicht bereits eine kurze Leiterbahn aus um zur Störantenne zu mutieren.
Der Ripplestrom eines Step-Downs ist für einen Dynamo auch kein Problem, da ja der Strom schon durch die Quelle begrenzt ist. Gerade an Stromquellen ist der Eingangskondensator ein entscheidendes Bauteil, aber der hier sowieso groß genug, schon allein um ein Flackern zu verhindern.

Außerdem sind die Verluste in den P-Kanals größer durch den hohen Strom.

Dafür sind in den meisten synchronen Reglern Bootstrap Schaltungen integriert und auch diskret sind das gerade mal 2-3 Bauteile mehr.

 

[JuergenH]

Ihr zwei, Reisi0 und Nikolauzi solltet euch zusammen setzen und eine gemeinsame Schaltung entwerfen. Mir scheint, dass bei euch eine Menge an Wissen vorhanden ist, das es wert ist, in die Tat umgesetzt zu werden.

Allein, wie ihr sachlich miteinander umgeht, ist schon toll. Weiter so!

Wenns ums Layouten von Platinen geht und deren Beschaffung, helfe ich euch gerne, wenn gewünscht.

Jürgen

 

[nikolauzi]

Baust du deine Durchflusswandler immer ohne Speicherdrossel auf? Dieser Spezialfall der unregelbaren Flusswandler ist doch recht selten. Normalerweise hat man immer auch eine Speicherdrossel sekundärseitig, dadurch ist ein Durchflusswandler prinzipell auch nur ein um einen Trafo erweiterter Step Down. Durch den Trafo wird der Schaltregler letztendlich komplexer und nicht einfacher.

Aber man spart sich das du/dt bei hohen Spannungsdifferenzen, ebenso die Hochspannungsfets. Das kann viel rausreißen, wenn sowas in Serie gehen soll.

... Leitungsgebunden hast du Recht, da reichen in deinem Fall relativ kleine Kondensatoren, aber durch die fehlende Speicherdrossel hast du dafür ein Problem bei der Abstrahlung. Bedingt durch die notwendige Totzeit gibt es einen kurzen Moment in dem alle FETs gesperrt sind. Dadurch entlädt sich der Ausgangskondensator und der Eingangskondensator wird durch den Dynamo geladen. Bei Wiedereinschalten entspricht dann das Verhältnis der Kondensatorspannung nicht mehr dem Übersetzungsverhältnis des Trafos und somit gibt es einen Ausgleichsstrom der nur von parasitären Elementen begrenzt wird. Da der Spike sehr hochfrequente Anteile beinhaltet, reicht bereits eine kurze Leiterbahn aus um zur Störantenne zu mutieren...

Paßt nicht ganz, denn die Dioden in den Mosfets (sekundär) bleiben ja aktiv. Und in 200ns wird der Eingangselko nicht relevant geladen, sind ja "immerhin" 660uF. Ich hatte bislang keine großen Probleme bei den EMV Messungen mit solchen Wandlern (Automotive Level).

...Der Ripplestrom eines Step-Downs ist für einen Dynamo auch kein Problem, da ja der Strom schon durch die Quelle begrenzt ist. Gerade an Stromquellen ist der Eingangskondensator ein entscheidendes Bauteil, aber der hier sowieso groß genug, schon allein um ein Flackern zu verhindern.

Das ist aber das Problem, beim Step Down muß der Elko sehr groß werden, da dieser mit dem Ausgangsstrom belastet wird und die Spannung nicht nennenswert einbrechen darf, da sonst der komplexe Anteil des Dynamos zur Geltung kommt. Der Durchflußwandler hat einen quasi konstanten Strom, der mit dem Übersetzungsverhältnis herabgesetzt wird.
Außerdem muß der Elko beim Stepdown sehr niederohmig sein, da sind wir wieder bei Spezialbauteilen

Ein großer Vorteil des Durchflußwandlers ist aber auch: unterhalb von ca. 11V fließt kein Strom, damit baut sich die Spannung schnell auf und man kann schon recht hohe Leistungen bei kleinen Strömen entnehmen. Beim einfach angesteuerten Stepdown wird die Quelle schon viel früher belastet. Damit ergibt sich eine eher Sinusförmige Spannung am Eingang anstelle eines beinahe Rechtecks.

Aber Du hast recht, man könnte auch einen Stepdown verwenden, allerdings wäre der Aufwand für die Regelung meiner Ansicht nach deutlich höher. Und bei mir ist das "komplexeste" Bauteil der Trafo, der Rest ist Dosenware. Das war das primäre Ziel.
Ich bin, wie gesagt, noch an einer Lösung mit Stepdown und Leistungspunktoptimierung dran, aber das könnte noch ein wenig dauern, da werde ich mit einem Tiny nicht hinkommen. Im Moment visiere ich einen DSPic an.

@Juergen: Danke für das Angebot! Hatte nämlich schon ein paar Anfragen "abwehren" müssen, da ich eher "Freiverdrahter" bin und unter chronischem Zeitmangel leide Werde mal schauen, daß ich diese Woche die Schaltung soweit rund bekomme.

Der Nikolauzi

 

[Reisi0]

Aber man spart sich das du/dt bei hohen Spannungsdifferenzen, ebenso die Hochspannungsfets. Das kann viel rausreißen, wenn sowas in Serie gehen soll.

Durch Weglassen der Speicherdrossel ändert sich weder was an der Anstiegsgeschwindigkeit (die wird hauptsächlich durch den FET Treiber bestimmt) und auch nichts an der Spannungsfestigkeit der FETs (die ist beim Push-Pull grundsätzlich 2*Uin (bzw. 2*Uout) zzgl. dem, was die durch die Streuinduktivität dazu kommt)

Paßt nicht ganz, denn die Dioden in den Mosfets (sekundär) bleiben ja aktiv. Und in 200ns wird der Eingangselko nicht relevant geladen, sind ja "immerhin" 660uF. Ich hatte bislang keine großen Probleme bei den EMV Messungen mit solchen Wandlern (Automotive Level).

In welche Anwendungen im Automotive Bereich verwendet man die ungeregelten Dinger denn (rein aus Interesse)? Ich würde bei solchen Anforderungen (ungeregelt, effizient, evtl. billig) noch eher einen Royer erwarten.

Das ist aber das Problem, beim Step Down muß der Elko sehr groß werden, da dieser mit dem Ausgangsstrom belastet wird und die Spannung nicht nennenswert einbrechen darf, da sonst der komplexe Anteil des Dynamos zur Geltung kommt.

Hab ich ja bereits erwähnt, dass der Eingangskondensator beim Step-Down größer sein muss als bei deiner Schaltung, aber bei den Bedingungen (100kHz, Uin/Uout = 3,5, Iin = 0,5A) reichen bereits 10µ für weniger als 0,5V aus. Da würde ein Keramikkondensator ausreichen (der hätte auch keine Problem mit dem Ripplecurrent), aber in der Realität ist der Eingangskondensator doch sowieso deutlich größer, sonst würde das Licht ja flackern. Bei den dafür notwendigen Kondensator ist dann weder ESR noch Ripplecurrent ein Problem.
Der Dynamo bekommt davon übrigens überhaupt nichts mit, in dem Frequenzbereich "sieht" der eh nur den ESR des Eingangskondensator, also einen Kurzschluss.

Außerdem muß der Elko beim Stepdown sehr niederohmig sein, da sind wir wieder bei Spezialbauteilen

1. siehe oben.
2. sowohl Keramikkondensatoren als auch Low ESR Elkos sind inzwischen Standard und in jedem gut sortiertem Elektronikladen zu bekommen (und auf jeden Fall einfacher zu bekommen als ein HF-Trafo )

Ein großer Vorteil des Durchflußwandlers ist aber auch: unterhalb von ca. 11V fließt kein Strom, damit baut sich die Spannung schnell auf und man kann schon recht hohe Leistungen bei kleinen Strömen entnehmen. Beim einfach angesteuerten Stepdown wird die Quelle schon viel früher belastet. Damit ergibt sich eine eher Sinusförmige Spannung am Eingang anstelle eines beinahe Rechtecks.

Auch ein Step-Down mit konstantem Dutycycle würde nahezu eine rechteckförmige Eingangsspannung erzeugen. Allerdings ist das kein Vorteil sondern ein Nachteil. Denn die Ausgangsimpedanz des Dynamos ist zum Teil induktiv, dementsprechend nimmt die bei höheren Frequenzen zu und limitiert somit die Ausgangsleistung. Ist die Ausgangsspannung rein sinusförmig, würde die komplette Leistung über die Grundwelle und somit niedrigsten Frequenz übertragen. Ist die Ausgangsspannung allerdings verzerrt wird die Leistung nicht nur über die Grundwelle sondern auch über die Oberwellen übertragen, da dort der Ausgangswiderstand allerdings größer ist liefert der Dynamo weniger Leistung.

Aber Du hast recht, man könnte auch einen Stepdown verwenden, allerdings wäre der Aufwand für die Regelung meiner Ansicht nach deutlich höher. Und bei mir ist das "komplexeste" Bauteil der Trafo, der Rest ist Dosenware. Das war das primäre Ziel.

Welche Regelung denn, es gibt doch keine.

Ich bin, wie gesagt, noch an einer Lösung mit Stepdown und Leistungspunktoptimierung dran, aber das könnte noch ein wenig dauern, da werde ich mit einem Tiny nicht hinkommen. Im Moment visiere ich einen DSPic an.

OMG was hast du vor, wenn du solche Kaliber auffährst? Ich würd dafür wieder einen Attiny25/45/85 nehmen, hat alles was man für einen synchronen Regler braucht und genug Power für einen Regler hat er auch.

Diskret wäre das allerdings die größere Herausforderung .

 

[nikolauzi]

Durch Weglassen der Speicherdrossel ändert sich weder was an der Anstiegsgeschwindigkeit (die wird hauptsächlich durch den FET Treiber bestimmt) und auch nichts an der Spannungsfestigkeit der FETs (die ist beim Push-Pull grundsätzlich 2*Uin (bzw. 2*Uout) zzgl. dem, was die durch die Streuinduktivität dazu kommt)

In welche Anwendungen im Automotive Bereich verwendet man die ungeregelten Dinger denn (rein aus Interesse)? Ich würde bei solchen Anforderungen (ungeregelt, effizient, evtl. billig) noch eher einen Royer erwarten.

Das gilt natürlich hauptsächlich für Hochspannungsanwendungen, z.B. Direkteinspritzer, die haben dann natürlich eine Ausgangsdrossel. Da macht es einen großen Unterschied für die EMV, ob Du >>1000V/us (Boost) oder nur 100V/us (Flußwandler) im Leistungsteil hast. Von den Kosten für niederohmige 400V Fets mal ganz abgesehen.

Hab ich ja bereits erwähnt, dass der Eingangskondensator beim Step-Down größer sein muss als bei deiner Schaltung, aber bei den Bedingungen (100kHz, Uin/Uout = 3,5, Iin = 0,5A) reichen bereits 10µ für weniger als 0,5V aus. Da würde ein Keramikkondensator ausreichen (der hätte auch keine Problem mit dem Ripplecurrent), aber in der Realität ist der Eingangskondensator doch sowieso deutlich größer, sonst würde das Licht ja flackern. Bei den dafür notwendigen Kondensator ist dann weder ESR noch Ripplecurrent ein Problem.
Der Dynamo bekommt davon übrigens überhaupt nichts mit, in dem Frequenzbereich "sieht" der eh nur den ESR des Eingangskondensator, also einen Kurzschluss.

Das stimmt nicht ganz, denn da sind wir wieder beim realen Dynamo: Da hast Du einen Rippel von 0.5V/100kHz drauf, der Dynamo sieht damit auch den dynamischen Ri der Schaltung, also eine komplexe Last mit Kurzschluß und kapazitiver Last. Wie gesagt, schau Dir mal genauer die Modelle von Dynamos an, die sind ganz und garnicht ideal, geschweige denn trivial. Bei einer Idealen Stromquelle (Labornetzteil) merkt man das nicht.
Aus diesem Grunde kommst Du da nicht mit ein paar uF hin, schon probiert Um das reine Flimmern zu unterdrücken, brauchen wir hier keinen großen Elko, das ist bei 10km/h schon weg. Die von mir gewählten 660uF waren ein Griff in die große Vorratskiste, die sind eh zu groß.

2. sowohl Keramikkondensatoren als auch Low ESR Elkos sind inzwischen Standard und in jedem gut sortiertem Elektronikladen zu bekommen (und auf jeden Fall einfacher zu bekommen als ein HF-Trafo )

Spulenkernsätze gibt es, wie gesagt, überall. Draht auch.

Auch ein Step-Down mit konstantem Dutycycle würde nahezu eine rechteckförmige Eingangsspannung erzeugen. Allerdings ist das kein Vorteil sondern ein Nachteil. Denn die Ausgangsimpedanz des Dynamos ist zum Teil induktiv, dementsprechend nimmt die bei höheren Frequenzen zu und limitiert somit die Ausgangsleistung. Ist die Ausgangsspannung rein sinusförmig, würde die komplette Leistung über die Grundwelle und somit niedrigsten Frequenz übertragen. Ist die Ausgangsspannung allerdings verzerrt wird die Leistung nicht nur über die Grundwelle sondern auch über die Oberwellen übertragen, da dort der Ausgangswiderstand allerdings größer ist liefert der Dynamo weniger Leistung.

Der "dumme" Stepdown verhält sich am realen Dynamo gerade anders:
Bei 3.3V setzt der Stromfluß bereits ein, dadurch wird der Spannungsanstieg gebremst. So eine Last geht eher Richtung "ohmsch" (im weitesten Sinne) und man erhält etwas sinusähnliches. Ein Durchflußwandler tendiert Richtung Z-Diode. Und eine unbelastete Spule kann da schnell eine Spannung aufbauen. Wir haben es bei der Wechselspannung ja mit einer niederfrequenten Spannung zu tun. Das darf man nicht mit den 100kHz verwechseln. Und der "Stromeintrag" geschieht ja auch nicht am Ende der Spule, sondern über die Spule verteilt. D.h. es ist eine gestückelte Induktivität. Das bestätigen auch meine Messungen.

Welche Regelung denn, es gibt doch keine.
OMG was hast du vor, wenn du solche Kaliber auffährst? Ich würd dafür wieder einen Attiny25/45/85 nehmen, hat alles was man für einen synchronen Regler braucht und genug Power für einen Regler hat er auch.

Diskret wäre das allerdings die größere Herausforderung .

Überleg Dir mal, wie Du den aktuellen optimalen Leistungspunkt erhalten würdest? Das ist bei weitem nicht mehr ein synchroner Regler, sondern die optimale Last muß zu jedem Zeitpunkt der Dynamowechselspannung neu bestimmt werden (und nicht einmal pro Periode oder gar nur abhängig von der Geschwindigkeit) aus dU/dt und dI/dt.

Aber alle Theorie ist grau, probier's aus! Ich habe für mich herausgefunden, daß der Durchflußwandler so ziemlich die optimale Lösung ist, was Einfachheit und Effizienz angeht. Reine Effizienz kommt dann später

Auf bessere und/oder einfachere Schaltungen bin ich gespannt

Der Nikolauzi

 

[Reisi0]

Das gilt natürlich hauptsächlich für Hochspannungsanwendungen, z.B. Direkteinspritzer, die haben dann natürlich eine Ausgangsdrossel. Da macht es einen großen Unterschied für die EMV, ob Du >>1000V/us (Boost) oder nur 100V/us (Flußwandler) im Leistungsteil hast. Von den Kosten für niederohmige 400V Fets mal ganz abgesehen.

Ja schön, wir reden aber von halber Push-Pull vs. Step-Down und nicht vollwertiger Gegentaktwandler vs. Step-Up.

Das stimmt nicht ganz, denn da sind wir wieder beim realen Dynamo: Da hast Du einen Rippel von 0.5V/100kHz drauf, der Dynamo sieht damit auch den dynamischen Ri der Schaltung, also eine komplexe Last mit Kurzschluß und kapazitiver Last.

Nein, nochmal, der Dynamo bekommt davon nicht viel mit. Natürlich sieht der Dynamo den Innenwiederstand der Schaltung, diese ist allerdings eben nicht konstant, sondern frequenzabhängig (genauso wie der Ausgangswiderstand des Dynamos). Bei 100kHz ist hier die Impedanz des Kondensators aber bereits im mOhm Bereich. Die Ausgangsimpedanz des Dynamos ist da allerdings min. um Faktor 100-1000 größer. Dementsprechend bekommt er von dem Ripplecurrent auch nur 1/100 bis 1/1000 mit.

Wie gesagt, schau Dir mal genauer die Modelle von Dynamos an, die sind ganz und garnicht ideal, geschweige denn trivial.

Welche Modelle meinst du? Ich weiß ja nicht welche Modelle du meinst, aber ich nutze für meine Überlegungen und ersten Berechnungen meist das von hier. Das ist sicherlich nicht perfekt, aber bisher immer ausreichend genau.

Wenn du komplexere/bessere Modelle hast, immer her damit!

Aus diesem Grunde kommst Du da nicht mit ein paar uF hin, schon probiert Um das reine Flimmern zu unterdrücken, brauchen wir hier keinen großen Elko, das ist bei 10km/h schon weg. Die von mir gewählten 660uF waren ein Griff in die große Vorratskiste, die sind eh zu groß.

Ich würd sagen der ist in dem Fall genau richtig. 10km/h entsprechen knapp 40Hz, gerade im peripheren Blickfeld ist das noch als Flimmern wahrzunehmen. Um das zu verhindern muss eben der die Differenz zwischen max. und min. Helligkeit entsprechend klein sein. Das hängt allerdings auch stark vom persönlichen Empfinden ab.

Der "dumme" Stepdown verhält sich am realen Dynamo gerade anders:
Bei 3.3V setzt der Stromfluß bereits ein, dadurch wird der Spannungsanstieg gebremst. So eine Last geht eher Richtung "ohmsch" (im weitesten Sinne) und man erhält etwas sinusähnliches. Ein Durchflußwandler tendiert Richtung Z-Diode.

Dein halber Push-Pull tendiert genau genommen nicht Richtung Z-Diode, sondern zu einer LED mit 3,5 facher Flussspannung.
Ein Step-Down verhält sich aber annähernd genau so. Es gibt einen minimalen Unterschied beim Nulldurchgang, da er da im DCM arbeitet, der Fall würde aber bei üblicher Spulenauslegung nur kurz andauern, in der Realität tritt der Fall aber gleich gar nicht auf, da der Moment vom Pufferkondensator überbrückt wird. Sobald der Strom allerdings groß genug für den CCM ist entspricht Uin = Uout/DC und ist somit identisch zum Push-Pull.

Überleg Dir mal, wie Du den aktuellen optimalen Leistungspunkt erhalten würdest? Das ist bei weitem nicht mehr ein synchroner Regler, sondern die optimale Last muß zu jedem Zeitpunkt der Dynamowechselspannung neu bestimmt werden (und nicht einmal pro Periode oder gar nur abhängig von der Geschwindigkeit) aus dU/dt und dI/dt.

Ja, viele Wege führen nach Rom, der von dir geplante ist nicht der einzige, allerdings m.M.n. einer der aufwändigeren (und genau genommen kommst auch nur in die Vororte).
Bei Eingangsfrequenzen von über 50Hz braucht man für eine Momentanwertregelung min. eine Regelbandbreite von 5kHz, d.h. Samplingfrequenzen von min. 50kHz und dementsprechend hohe PWM Frequenzen. Krasse Hardwareanforderungen, die Software ist dagegen relativ einfach.

Es geht auch anders. Hast du dir schon mal überlegt unter welchen Bedingungen man die maximale Leistung erhält? Leistungsanpassung! Man muss "nur" den Lastwiderstand dem der Quelle anpassen. Den optimalen Lastwiderstand kann man über das Ersatzschaltbild in Abhängigkeit der Geschwindigkeit berechnen, somit muss man nur noch die Abweichung zwischen Theorie und Realität ausregeln, dafür braucht man dann auch keine hohe Bandbreite mehr.
Den notwendigen Dutycycle kann man dann mit Hilfe des aktuellen Stroms und des gewünschten Lastwiderstandes errechnen.

Noch eine Möglichkeit, die mir einfällt, und auch ohne µC realisierbar ist:
Die maximale Ausgangsleistung ist im interessanten Geschwindigkeitsbereich nahezu linear zur Geschwindigkeit. Die Ausgangsleistung ist dank der relativ konstanten Flussspannung auch nahezu linear zum LED Strom. Dementsprechend ist der maximale Ausgangsstrom näherungsweise linear zur Geschwindigketi. Das könnte man nutzen, in dem man mit einem f/U-Wandler eine zur Geschwindigkeit lineare Spannung erzeugt und und damit einen Current Mode Step Down füttert. Dadurch wäre der Spitzenstrom direkt proportional zur Geschwindigkeit, wenn man die Schaltung richtig auslegt, würde man damit relativ gut den reellen MPP treffen.

Die Konzepte würden allerdings nicht die absolut maximale Leistung erzeilen, denn da der Ausgangswiderstand komplex ist, müsste auch der Lastwiderstand komplex sein, das wird dann allerdings etwas komplexer.

 

[ohropax]

Verständnisfrage/Anregung/Vereinfachung

Die zitierten Dynamomodelle verstehe ich so, dass es bei gegebener konstanter Geschwindigkeit und rein ohmscher Last genau einen Lastwiderstandswert gibt, der die Ausgangsleistung maximiert. Das ist klar.

Weiter verstehe ich die Modelle so, dass es bei gegebener konstanter Geschwindigkeit und gegebener konstanter ohmscher Last genau einen Serienkapazitätswert gibt, der die Ausgangsleistung maximiert. Auch das ist klar.

Obiges bezug sich nur auf Impedanzanpassung abhängig von der Geschwindigkeit. Gibt es eine Motivation, die Impedanzanpassung auch zusätzlich noch abhängig von der Phase zu machen, wie nikolauzi postuliert hat? Ich würde dazu gerne mehr wissen, denn in den zitierten Modellen ist so etwas nicht angerissen geschweige denn in Formeln festgehalten.

Unter der Annahme, dass die phasenabhängige Anpassung gar nicht sinnvoll ist (auf deutsch: Schnapsidee), würde es denn nicht reichen, einfach beim Nulldurchgang den Serienkondensator zu wechseln, dh abhängig von der Geschwindigkeit zu wählen? Denn wie oben erwähnt, gibt es dafür einen streng monoton fallenden Idealwert. Dieses Array muss vermutlich höchstens drei oder vier Werte enthalten, ansonsten passt die Ertragssteigerung nicht mehr zum Aufwand.

Grüsse,
Marcus

 

[Reisi0]

Obiges bezug sich nur auf Impedanzanpassung abhängig von der Geschwindigkeit. Gibt es eine Motivation, die Impedanzanpassung auch zusätzlich noch abhängig von der Phase zu machen, wie nikolauzi postuliert hat? Ich würde dazu gerne mehr wissen, denn in den zitierten Modellen ist so etwas nicht angerissen geschweige denn in Formeln festgehalten.

Ja die Motivation gibt es, schau dir einfach mal das Diagramm an:

Das ist die theoretisch mögliche maximale Ausgangsleitstung (auf Grundlage des Ersatzschaltbilds), einmal mit ohmscher Anpassung, und einmal mit komplexer Anpassung. Dadurch kann man im Idealfall ca. 3W mehr rausholen.

Unter der Annahme, dass die phasenabhängige Anpassung gar nicht sinnvoll ist (auf deutsch: Schnapsidee), würde es denn nicht reichen, einfach beim Nulldurchgang den Serienkondensator zu wechseln, dh abhängig von der Geschwindigkeit zu wählen? Denn wie oben erwähnt, gibt es dafür einen streng monoton fallenden Idealwert. Dieses Array muss vermutlich höchstens drei oder vier Werte enthalten, ansonsten passt die Ertragssteigerung nicht mehr zum Aufwand.

Das wäre sicherlich eine Möglichkeit, die Frage ist allerdings auch wie man die Kondensatoren zuschaltet. Mit Relais wird man wahrscheinlich den Nulldurchgang nicht zuverlässig treffen und mit Transistoren wird die Ansteuerung auf Grund der Wechselspannung auch nicht einfach.

Ich persönlich bin der Meinung, dass sich eine komplexe Anpassung nicht lohnt, dafür ist der Aufwand zu groß für 3W.
Am sinnvollsten dürfte es sein, wenn man (wenn überhaupt) nur einen Serienkondensator verbaut, so dass man bei der zu erwartenden Durchschnittsgeschwindigkeit noch etwas mehr raus holen kann.

 

[Fempto]

Sehr interessantes Thema hier.
Ich hatte die Idee mit dem MPP eines Dynamos auch, habe diesbezüglich auch schon ein Projekt angefangen, allerdings habe ich mich für eine Step-Up Variante entschieden.

Die Regelung wird auch Geschwindigkeitsabhängig werden, die Formel hält sich einfach.
Es wird soviel Strom entnommen, das die gleichgerichtete Spannung auf die halbe Geschwindigkeit geregelt wird.
Also bei 40km/h wird auf 20V geregelt - entsprechend bei Idynamo 0,5A = 10Watt.
Das haut auch mit der blauen Linie oben hin, auch für andere Geschwindigkeiten.

Gruß Gerd

 

[nikolauzi]

...Nein, nochmal, der Dynamo bekommt davon nicht viel mit. Natürlich sieht der Dynamo den Innenwiederstand der Schaltung, diese ist allerdings eben nicht konstant, sondern frequenzabhängig (genauso wie der Ausgangswiderstand des Dynamos). Bei 100kHz ist hier die Impedanz des Kondensators aber bereits im mOhm Bereich. Die Ausgangsimpedanz des Dynamos ist da allerdings min. um Faktor 100-1000 größer. Dementsprechend bekommt er von dem Ripplecurrent auch nur 1/100 bis 1/1000 mit.

Welche Modelle meinst du? Ich weiß ja nicht welche Modelle du meinst, aber ich nutze für meine Überlegungen und ersten Berechnungen meist das von hier. Das ist sicherlich nicht perfekt, aber bisher immer ausreichend genau.

Wenn du komplexere/bessere Modelle hast, immer her damit!

Genau das ist der Punk, bei dem wir aneinander vorbeireden: die ganzen Modelle gehen von nahezu "idealen" Dynamos mit ohmschen Lasten aus. Du redest von diesen, ich von den realen, an denen ich gemessen habe.

Die ganzen Modelle sind nicht phasenbezogen, sondern rein strom-/spannungsbezogen. Die funktionieren also nur an idealen Widerständen. Ich habe leider noch kein hinreichendes PSpice Modell erzeugen können, was auch im Bezug auf die Phase korrekt ist.
Die ganzen Dynamomessungen (mit Kondensatoren, etc.) sind leider auch nicht phasenbezogen, deshalb die Idee einer phasenorientierten Leistungsoptimierung. Das bedeutet halt ein "wenig" Aufwand, aber das ist halt die Herausforderung

Meine Schaltung ist nicht umsonst quasi die erste, die effektiv am Dynamo funktioniert und eine deutliche Stromerhöhung liefert. (zumindest finde ich sonst keine, obwohl ein Stepdown einfach ist und theoretisch ja funktioniert, an meinem Laboretzteil auch!)
Wie gesagt: Mach Versuche mit Step Downs am Dynamo, Du wirst sehen, was ich meine. Dann können wir weiter reden.

Der Nikolauzi

 

[Reisi0]

Die ganzen Modelle sind nicht phasenbezogen, sondern rein strom-/spannungsbezogen. Die funktionieren also nur an idealen Widerständen. Ich habe leider noch kein hinreichendes PSpice Modell erzeugen können, was auch im Bezug auf die Phase korrekt ist.

Dann schau dir das Modell noch mal genauer an, und erkläre mir bitte mal, was daran nicht phasenbezogen ist (was du unter dem Begriff verstehst am besten auch). Das ist nicht nur ein einfaches DC Model (dafür bräuchte man weder eine Sinusquelle noch eine Induktivität).
Ich hab das Modell auch nicht einfach so übernommen, schon allein weil ich einen Shimano Nabendynamo hab. Schon deshalb hab ich das Modell stichprobenartig kontrolliert, nicht nur mit passiven Lasten, sondern auch mittels LEDs.
Wäre mal interessant zu wissen, mit welchem Modell du arbeitest. Denn ohne die Regelstrecke zu kennen, kann man bei deinen Anforderungen keinen vernünftigen Regler aufbauen.

Die ganzen Dynamomessungen (mit Kondensatoren, etc.) sind leider auch nicht phasenbezogen, deshalb die Idee einer phasenorientierten Leistungsoptimierung. Das bedeutet halt ein "wenig" Aufwand, aber das ist halt die Herausforderung

Ich bin mir zwar immer noch nicht sicher was du mit "phasenbezogen" meinst, aber dein Vorhaben hat durchaus einige Hacken.
Auf die Idee mit der Momentanwert MPP Regelung bin ich bei meinen ersten Überlegungen auch schon gekommen, aber ich hab die auf Grund der extremem Hardwareanforderungen gleich verworfen. Das Vorhaben hat allerdings auch prinzipielle Nachteile.
Zum einen ist damit sowieso nur eine ohmsche Anpassung möglich, und zum anderen benötigt man für eine Momentanwertregelung nicht nur einen schnellen Regler, sondern auch eine entsprechend schnelle Quelle. Bei dem Frequenzbereich, in dem dein Regler arbeiten soll, ist die Quelle aber auf Grund der Induktivität recht träge, dadurch wird der Regler letztendlich auch träge (wenn nicht sogar instabil) und die ganze Arbeit mit dem schnelle Regler war umsonst.
Außerdem sollte dir auch klar sein, dass der Step Down für eine perfekte Anpassung die vollkommen falsche Topologie ist. Der funktioniert nur, wenn die Eingangsspannung größer als die Ausgangsspannung ist.
Mit einem Pufferkondensator (zur Unterdrückung des FLimmerns!) hinterm Gleichrichter kann man auch nicht arbeiten, weil der ansonsten die komplette Schaltung von der Quelle entkoppelt wird.

 

[nikolauzi]

So, nun mal ein wenig Butter bei die Fische:
Habe eine Runde mit dem Oszi am Lenker gedreht, in Zeiten von IPhone und Navi ist das nicht mehr gar so extrem auffällig, dennoch wurde ich argwöhnig beäugt von den Nachbarn
Es hat sich gezeigt, daß sich schon ab ca. 15km/h (kein Tacho am Rad) ein Strom durch die LED einstellt, der von 1.2..1.5A mit den Polen des Dynamos schwingt. Die Erklärung, warum der Strom so "niedrig" ist, ist recht einfach:
der Goldcap wurde noch geladen (ca. 50mA) und das Rücklicht braucht auch noch ca. 50mA. D.h. es stehen 400mA zur Verfügung. 400mA*3.5=1400mA -> Paßt also ganz gut.

Die Spannung des Dynamos (vor dem Gleichrichter) hat fast eine Rechteckform, lediglich durch das frühe Einsetzen der Ladung des Goldcaps nach dem Spannungswechsel ist die steigende Flanke anfangs abgeflacht und steigt von 5.5V bis 12V fast linear an.
Das ist genau das Problem, daß sich mit einem "dummen" Stepdown ergeben wird durch den früher einsetzenden Stromfluß, es steht weniger Leistung zur Verfügung, da die Spannung langsam ansteigt.
Daraus resultiert auch die Schwingung des LED Stroms zwischen 1.2 bis 1.5A. Ist der Goldcap voller, wird die Amplitude der Schwingung geringer, der Strom konstanter.

Der Schaltplan ist auch fast fertig, ich muß nur noch ein paar Bauteile raussuchen, einen kleineren Übertragerkern habe ich mir vom C besorgt, den werde ich kommende Woche testen. Die Schaltung an sich ist aber recht übersichtlich.

Ein paar (eher unschöne) Ansichten meines Aufbaus habe ich auch angefügt. Der Controller und der Gleichrichter (der ist nicht im Bild) sind modular, d.h. steckbar, um mehr Freiheiten zu haben.
Ein Varistor ist zum Schutz der Schaltung drin, da ich den Scheinwerfer steckbar gemacht habe.

@Reisi0
Mit phasenbezogen meine ich, daß die Modelle mit einem idealen Widerstand als Last ganz nett sind, bei komplexen Lasten aber nichts taugen, da dann U und I nicht in Phase sind.
Da klafft die Simulation und die Messung arg auseinander.
Ich benutze im Moment kein PSpice Modell, sondern eins im Kopf, resultierend aus den Messungen, die ich gemacht habe. Das ist aber nicht einfach in eine Formel zu packen, dafür bräuchte ich mal Zeit

Und ein Stepdown kann für eine MPP Regelung schon ganz gut sein, dann hängt halt viel an der Regelung ab. Einen kleinen Teil unter 3V verschenkt man halt. Und einen Pufferelko am Gleichrichter braucht's nicht unbedingt, wenn man, wie beim Durchflußwandler, den Dynamo dazu bringt, ein Rechteck zu liefern, dann hat man nur extrem kurze Zeiten, in denen keine Spannung anliegt.

Der Nikolauzi

 

[JuergenH]

Nikolauzi,

wenn man den Schaltplan von dir anschaut, muss man feststellen, dass es fast nicht einfacher geht. Nur eins: Wozu dient der Mosfet am LM317? Soll er zu niedrige Spannungen blockieren?

Mein Angebot steht nach wie vor für die Mithilfe für ein Layouten deiner Schaltung.

Jürgen

 

[Reisi0]

Mit phasenbezogen meine ich, daß die Modelle mit einem idealen Widerstand als Last ganz nett sind, bei komplexen Lasten aber nichts taugen, da dann U und I nicht in Phase sind.
Da klafft die Simulation und die Messung arg auseinander.

Wenn du bei realen Messungen keinen Phasenversatz bei komplexen Lasten hast, dann hat du falsch gemessen. Komplexe Lasten rufen eben mal Phasenverschiebungen hervor.

Ich muss anscheinend nochmal klarstellen ,dass ich dieses Modell nicht einfach blind übernommen habe. Ich hab das sehr wohl mittels Messungen verifiziert, schon deswegen, da ich keinen Novatec Dynamo besitze sondern nur einen Shimano DH3N70. Das Modell aus der Auswertung passte aber auch bei dem Dynamo sehr gut. Natürlich hab ich dann nicht nur mit ohmschen Lasten getestet, sondern das Modell auch mittels LEDs, Gleichrichterschaltungen und Serienkondensatoren überprüft. Das Resultat war eben, dass die Daten die das Modell lieferte bis ca. 25-30km/h sehr gut mit der Realität übereinstimmt (obenrumm liefert das Modell etwas zu wenig) und die Abweichungen in den Ungenauigkeiten des Messaufbaus (Messungen mittels einfachen Tachos und Akkuschrauber- bzw Handantriebs) untergeht.

Und ein Stepdown kann für eine MPP Regelung schon ganz gut sein, dann hängt halt viel an der Regelung ab. Einen kleinen Teil unter 3V verschenkt man halt. Und einen Pufferelko am Gleichrichter braucht's nicht unbedingt, wenn man, wie beim Durchflußwandler, den Dynamo dazu bringt, ein Rechteck zu liefern, dann hat man nur extrem kurze Zeiten, in denen keine Spannung anliegt.

Wenn du nur eine Rechteckspannung willst, dann nimm einfach einen fetten Pufferkondensator hinterm Gleichrichter, das Ergebnis ist dann das Gleiche.
Allerdings holt man damit nicht die maximale Leistung raus. Für maximale Leistung muss man drei Dinge beachten (und das ist jetzt durch Messungen bestätigte Theorie).
Am meisten bringt es, wenn man die Last der Geschwindigkeit anpasst. Der Dynamo kann bei höheren Geschwindigkeiten mehr Leistung liefern, wenn man ihn denn lässt. Das erreicht man, in dem man die Last mit zunehmender Geschwindigkeit erhöht.
Noch etwas mehr Leistung hohlt man raus, wenn man Verzerrungen minimiert. Das ist im einfachen Fall ein ohmscher Widerstand. Dadurch ist Strom- und Spannungsverlauf immer direkt proportional zueinander, was die Oberwellenschwingungen reduziert. Kann man einfach testen, in dem man einen Widerstand (so im Bereich 20-30 Ohm) über einen Brückengleichrichter anschließt und die Ausgangsleistung einmal ohne und einmal mit Pufferkondensator (möglichst groß) misst. Ohne Kondensator stehen ca. 10-15% mehr Leistung zur verfügung.
Die optimale Lösung erhält man allerdings, wenn man nicht nur einen ohmschen Widerstand nachbildet, sondern zusätzlich auch noch eine Phasenverschiebung realisiert, welche den induktiven Anteil des Dynamo Innenwiderstand kompensiert. Der einfachste Fall ist hierfür der bereits bekannte Serienkondensator, der funktioniert allerdings nur bei einer bestimmten Geschwindigkeit, eine geschwindigkeitsabhängige Anpassung wird deutlich schwieriger.

 

[nikolauzi]

...Nur eins: Wozu dient der Mosfet am LM317? Soll er zu niedrige Spannungen blockieren?...

Der sorgt dafür, daß der Goldcap auf 5.5V geladen wird, sich aber nicht entladen kann, wenn Uin<Uout Eine Diode ist zu undefiniert, um den Cap voll auszunutzen.

@Reisi0: das Problem ist gerade, daß du mit einer getakteten Elektronik nicht mehr mit konventionellen Phasenbeziehungen arbeiten kannst. Bei "einfachen" Lasten, z.B. R,D,C geht das prima.
Gerade das habe ich ja gemessen, es waren komplexe Phasenbeziehungen (im Verlauf einer Periode, nicht über verschiedene Drehzahlen!), die die Modelle nicht berücksichtigen...
Bei Deinen Leistungsoptimierungen gehst Du von passiven Lasten aus. Hier haben wir eine aktive.
Immer noch meine Aufforderung: mach einen Versuch mit Stepdown.

Der Nikolauzi

 

[Fempto]

Mir ist mal eine Idee gekommen, wie man die komplexe Last entschärfen könnte. Eine PFC-Schaltung verwenden wie bei grossen Lasten im Netz.
Die Wirkungsweise entspräche hier der einem Step-up.
Ein Vorteil wäre hier auch der direkte Anschluss an einen MOS-FET-Gleichrichter da hier dann auch nichts zurückfliesst.

Natürlich ist beim Dynamo die Ausgangsform weit weg vom Sinus, aber das kann man sicher mit einer Tabelle per uC einigermassen nachbilden.
Wenn man die Dauer der letzten Halbperiode misst, und diese für die folgende zu regelnde einsetzt (die ändert sich ja nur wenig) ,kommt man möglicherweise ziemlich gut hin.

Der uC braucht in diesem Fall nicht mal so viel Rechenleistung, für die schnelle Regelung ist der Komperator zuständig.
Eine Beschreibung (englisch) dieses Verfahrens findet man hier:
http://www.iisb.fraunhofer.de/de/arb_geb/pub_les/01_03.pdf

Wäre das einen Versuch wert?

Gruß Gerd

 

[Reisi0]

@Reisi0: das Problem ist gerade, daß du mit einer getakteten Elektronik nicht mehr mit konventionellen Phasenbeziehungen arbeiten kannst. Bei "einfachen" Lasten, z.B. R,D,C geht das prima.

Natürlich geht das, nur spielt sich eben nicht alles auf einer Frequenz ab, sondern auf mehreren. Aber das wird von dem Modell auch berücksichtigt. Wenn nicht, müssten auch schon bei den Versuchen mit Gleichrichtern, Pufferkondensatoren und LEDs versagen, da dort durch die Verzerrungen ebenfalls hochfrequente Anteile erzeugt werden.

Gerade das habe ich ja gemessen, es waren komplexe Phasenbeziehungen (im Verlauf einer Periode, nicht über verschiedene Drehzahlen!), die die Modelle nicht berücksichtigen...
Bei Deinen Leistungsoptimierungen gehst Du von passiven Lasten aus. Hier haben wir eine aktive.
Immer noch meine Aufforderung: mach einen Versuch mit Stepdown.

Kein Angst, das ist das Erste was ich machen werden, wenn ich wieder daheim bin.
Allerdings machen deine "Erklärungen" eben keinen Sinn. Bei Schaltungen mit Gleichrichtern, Pufferelkos und LEDs (was bei weitem keine passive Last mehr darstellt!) funktioniert das Modell einwandfrei, sobald man aber die LED durch einen Schaltregler ersetzt soll das auf einmal nicht mehr funktionieren? Das macht einfach keinen Sinn, da der Pufferkondensator schon 99% der Sauerreien durch den Schaltregler wegblockt.
Diese Probleme müssten dann bei deiner aktuellen Schaltung auch auftreten, wenn auch in abgeschwächter Form, da da ebenfalls hochfrequente Anteile auftauchen, einerseits durch die Schaltfrequenz (eingangsseitig ist das Verhalten identisch zu einem Buck bzw. Buck-Boost Regler mit 96%!) andererseits durch die rechteckförmige Eingangsspannung.

Wie sah denn deine Step-Down Schaltung aus, evtl. wars ja nur eine Regelschwingung oder ein Resonanzeffekt?

@Fempto:
Das ist eigentlich genau das was ich im letzten Beitrag mit "Verzerrungen minimieren" gemeint hab. Man müsste theoretisch sogar noch einen Schritt weiter gehn und eine Phasenverschiebung einbauen und somit eine Serienkapazität vortäuschen, mit welcher der induktive Anteil des Dynamos kompensiert wird.

Ein Step-Up ist aber eher ungeeignet, da hier die die Ausgangsspannung dann höher sein müsste als die max. Eingangsspannung. Dann bräuchte man nur nochmal einen weiteren Regler um die Spannung wieder zu reduzieren. Man kann das PFC-Prinzip allerdings z.B. auch mit einem Inverter oder Sepic realisieren, dann hätte man das Problem nicht.
Mit einem Step-Down gehts prinzipiell auch, allerdings sind die Ergebnisse natürlich nicht ganz optimal, da es beim Nulldurchgang Verzerrungen gibt.