LED-Treiber speziell für Nabendynamo

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Moin moin,

viele Threads beschäftigen sich mit der Kette Akku-KSQ-LED. Die dort an LED-Treiber gestellten Anforderungen unterscheiden sich jedoch von denen für Nabendynamos. Der wesentliche Unterschied zwischen Akku und Dynamo is ja der, dass ersterer grob eine Konstantspannungsquelle mit variablem I und letzterer eine Konstanstromquelle mit (in Grenzen) variablem V ist. Das ist alles bekannt.

Die Quick-N-Dirty Lösung für Dynamos besteht daher darin, LEDs direkt mit möglichst niedrigem Vdrop gleichgerichtet anzuschliessen. Auch das ist alles bekannt. Diese Lösung hat jedoch nur in einem schmalen Geschwindigkeitsfenster einen guten Gesamtwirkungsgrad. Unterhalb dieser Geschwindigkeit gibt es quasi kein Licht und oberhalb steigt die in Licht umgesetzte Leistung nicht mehr an, obwohl der Dynamo bei anderer Lastcharakteristik noch mehr liefern könnte.

Hier nocheinmal einen groben Überblick über das Leistungsprofil eines gewöhnlichen Nabendynamos in Abhängigkeit von der Fahrgeschwindigkeit.

Leerlaufspannung: linear, 5km/h 5V, 10km/h 10V, 30km/h 30V
Kurzschlussstrom: plateau, 5km/h 0.5A, 10km/h 0.6A, 30km/h 0.7A
Leistung: monoton steigend: 5km/h 0.7W, 10km/h 2W, 30km/h 7W

Eine 3s-LED würde bei 10km/h anfangen zu leuchten und würde bei ~25km/h ihren maximalen Output von 6W/300lm erreichen. Natürlich könnte man noch mehr LEDs in Reihe schalten und v_min ignorieren, jedoch steigt dabei die Baugrösse bzw der bautechnische Aufwand der Lampe.

Man bräuchte eigentlich einen LED-Treiber, welcher versucht, an seinem Ausgang einen maximalen Strom einzustellen - also eine nicht-KSQ.

Eine Vorschlag (A) wäre zB die Kombination aus einem P7 Emitter und einem Dropdown-Regler. Man hätte eine einfach und kompakt konstruierte Lampe, Licht ab 7km/h und 350lm bei 30km/h und ~500lm bei 45km/h.

Ein anderer Vorschlag (B) wäre die Kombination aus einer 3s oder 4s mit einem Dropdown-Regler. Man könnte eines der schicken Selbstbaugehäuse oder einen der bekannten Chinakracher nehmen, hätte Licht ab 20km/h und ebenfalls 350lm bei 30km/h und ~500lm bei 45km/h.

Nachdenken (C) könnte man auch über die Kombination aus Stepdown-Regler auf bspw 7-8V und einem weiteren zu den Emittern passenden Regler. So hätte man ein Bordspannungsnetz welches man auch zu Pufferung als Standlicht oder bei extremer Langsamfahrt verwenden könnte. Diese Lösung halte ich aber regelungstechnisch für ziemlich komplex, und halte sie daher aussen vor.

Fragen an die Runde:

Kenn jemand LED-Regler welche man im Szenario A oder B verwenden könnte? An folgendes ist IMHO dabei zu denken:
1. Wie verhalten sie sich, wenn die Quelle nicht genug Leistung liefern kann? Schalten sie sich durch die entstehende Unterspannung ab?
2. Wie verhalten sie sich beim Einschalten? Viele KSQs müssen erst durch Tastendruck aktiviert werden.

Ich habe nach kurzer Suche diese gefunden, hat jemand damit schon Erfahrungen gesammelt?

Unter der Annahme, dass keiner der erhältlichen Regler verwendet werden kann: Besteht Interesse an der Entwicklung eines solchen Reglers oder stehe ich mit der Idee alleine?

Grüsse,
Marcus
 
Der Mehraufwand einer Regelung wird immer den Vorteilen (keine Zusatzverluste, sehr einfach) einer "direct-drive"-Lösung unterliegen. Und glaube mal nicht, dass Du aus einer Dynamobetriebenen Lampe (7W*0,8 etwa 5,5W) 500lm rausbekommst...

Dynamo, Gleichrichter mit guten Schottkys, 2 oder 3 serielle LEDs und gut ist. S. z.B. hier:

http://www.mtb-news.de/forum/showpost.php?p=5012558&postcount=14

Wenn Du eine effiziente Regelung bauen willst, bräuchtest Du ohnehin eine MPP (maximum power point)-Regelung. Denn dein Step-up/Step-down dreht die PWM in dem Moment, in dem der ist-Strom unter soll-Strom liegt so weit auf wie es geht. Damit zieht er die Spannung am Dynamo gnadenlos runter und Du hast weniger Leistung an der LED als im direct-drive! Es wird nicht so funktionieren, wie Du es Dir denkst, glaube mir! Ohne uC mit MPP wird das nix.

Gruß
Thomas
 
Kann Siam da nur zustimmen.
Habe mir auch ein Tagfahrlicht gebaut, Beschreibung kommt, wenn ich mal Zeit habe;)
Bei normalen Stromreglern geht das mit der hohen Stapnnung schief, die versuchen auch schon bei 3.5V am Dynamo (eine LED) 1A zu treiben und begrenzen somit auch die Spannung auf 3.5V (da nur 0.5A).
Eine einfache Möglichkeit ist es, einfach einen ungeregelten Schaltregler zubauen, d.h. Oszillator mit 50% PWM und eine Drossel mit Freilaufdiode. Bei steigender Spannung nimmt auch der Strom zu, bei einer LED hättest Du dann bei ca. 7V 0,5A Stromaufnahme und 1A an der LED. Bei meinem Dynamo ging das aber mit zwei LEDs nicht mehr, da ist ca. bei 10V Schluß mit 0.5A:(
Da müßtest Du aber auch abhängig von der Geschwindigkeit die LEDs zuschalten, sonst ist bei 10kmh noch nichts mit Licht.

Der Nikolauzi
 
Ok, dass das Verhalten der gewöhnlichen KSQs kritisch sein würde, habe ich selbst auch erwartet. Ich habe in der Zwischenzeit Taskled kontaktiert und dort eine ähnlich negative Antwort für den Boostregler Maxflex erhalten.

Deren Buckregler soll aber 'gracefully' in den ungeregelten Bereich gehen. Wenn ich eure Kommentare richtig gelesen habe, sagt ihr, dass es (trotzdem) nicht funktionieren würde. Hmm, wem soll ich glauben? Hat es mal jemand konkret probiert?

Dass ich in dem Bereich, in dem eine directdrive Lösung 'optimal' arbeitet, einen schlechteren Wirkungsgrad habe, ist ja unabdingbar. Mir ging es hier speziell um die Erweiterung des Arbeitsbereichs, also bspw viel Licht bei schneller Bergabfahrt bei gleichzeitiger Beibehaltung von 'überhaupt Licht' bei langsamer Fahrt.

Um einen Dynamo optimal auszunutzen, kommt man also nicht um eine speziell programmierte Lösung herum. Kennt ihr einen Schaltregler (muss ja nicht unbedingt als LED-Treiber deklariert sein), dessen Logik man relativ einfach austauschen kann? Wäre der im Forum viel behandelte 16.8V Halogen-Spannungsregler für so ein Projekt zu gebrauchen?

@Siam
Die Lösung mit dem 7.4V Li-Io Bordnetz finde ich sehr elegant, allerdings ist sie in der simplen Form nur mit einem vielfachen von 2 LEDs realisierbar. Was wohl aber auch nur _für mich_ ein Problem darstellt, weil ich nicht noch ein weiteres Gehäuse mit Optiken etc beschaffen möchte ;)
 
Du solltest auch bedenken, dass LEDs bei niedrigeren Strömen ganz besonders effizient arbeiten - d.h. vom Wirkungsgrad her kommst Du nie an eine direct drive Lösung ran. Die Frage die bleibt ist, ab welcher Geschwindigkeit fangen 4 in Serie geschaltete LEDs an zu leuchten und reicht Dir das Licht bei Langsamfahrt. Ersteres wäre zu testen und letzteres nur mit Akkubetrieb zu beheben.

Ich hatte mal eine Zeit lang drei Luxeons in Reihe geschaltet am Nabendynamo mit einem Brückengleichrichter aus Schottky-Dioden. Das Ding fing knapp über Schrittgeschwindigkeit zu leuchten an. Wenn Du auch bei Langsamfahrt viel Licht brauchst, hilft nur eine Lösung mit Akkubetrieb, wobei der Akku vom Dynamo nachgeladen wird. Ob sich der Aufwand lohnt? Aktuelle single-LED-Scheinwerfer sind schon bei Schrittgeschwindigkeit recht hell...

Hatte ich noch vergessen: Noch ein bisschen effizienter gehts mit dem MOSFET-Gleichrichter, ist hier irgendwo beschrieben, Suchfunktion benutzen...
 
Danke erstmal für euer Feedback. Zur Zeit dominieren also noch die 'einfachen' Lösungen, da der Effektivitätsgewinn der LEDs bei niedrigerem Strom und die wesentlich geringere Verlustleistung dieser Schaltungen die Nutzen/Kosten-Hürde für 'intelligentere' Lösungen sehr hoch gehängt hat.

Trotzdem werde ich mich interessehalber mal mit der uC Programmierung beschäftigen, einem Tutorial aus den candlepowerforums sei Dank. Denn für mich zählen auf längere Sicht auch noch Zusatzfunktionen wie geregelter 5V Ausgang für USB Geräte, Highpower-Modus für Abfahrten, Li-Io Pufferung für das alles, etc.
 
Zusatzfunktionen wie geregelter 5V Ausgang für USB Geräte, Highpower-Modus für Abfahrten, Li-Io Pufferung für das alles, etc.

Super Idee, vielleicht findest du noch eine Möglichkeit den Laptop und das iPhone unterwegs zu laden. Ach ja und einen USB-Kaffeewärmer würde ich dann auch noch gern anschließen, und ein Zigarettenanzünder ist dann natürlich auch ein muss.
 
@strassikowsi
danke für den Tipp/Link

Die dort verlinkte Schaltung wechselt abhängig von der Fahrgeschwindigkeit zwischen einem Spannungsverdoppler und einer Direktverbindung. Könnte man nicht stattdessen auch zwischen einer Direktverbindung und einem Stromverdoppler wechseln?
 
Man könnte sehr viel. Zum Beispiel eine geschwindigkeitsabhängige Pulsbreite einer HF-PWM ohne Regelung. Das wäre praktisch der kontinuierliche Übergang von direkt (kleine geschwindigkeit=Tastgrad 100%) zu Stromverdoppelung (Tastgrad 50%, also Iout=2Iin). Mit uC problemlos machbar, Geschwindigkeit gibt es am einfachsten über die Frequenz der Dynamospannung).

Ob das wirklich einen merklichen Vorteil gegenüber zwei LEDs in Reihe im dirct-drive gibt bezweifele ich sehr!
 
das Problem bei nem Dyno ist doch wohl, dass bei geringer Geschwindigkeit (also unter ~10 Km/h) sowohl zu wenig Spannung als auch zu wenig Strom erzeugt werden kann, als dass da mit Schaltungen was zu machen wäre
... ist jedenfalls meine Erfahrung.

Spannungsverdoppler, diverse Treiberschaltungen, Dioden-Gleichrichter, ...
am Ende war nichts auch nur näherungsweise an der Performance und Problemlosigkeit von Jürgens MOSFET-Gleichrichter dran


... zur Idee des Spannungsanschlusses: wie viele Tage wird denn am Stück damit durchgefahren, dass das einen Sinn macht? ;)
 
das Problem bei nem Dyno ist doch wohl, dass bei geringer Geschwindigkeit (also unter ~10 Km/h) sowohl zu wenig Spannung als auch zu wenig Strom erzeugt werden kann, als dass da mit Schaltungen was zu machen wäre
... ist jedenfalls meine Erfahrung....
Geht schon;) Spitzenwertgleichrichter mit Elko und z.B. einen Atmel im Low Power Mode läuft schon ab 1.8V mit wenigen uA:daumen:
Läuft bei mir 1A! (sprich: "eins ah", nicht ein Ampere;))
Die LEDs schalte ich erst nach der ersten Spannungswelle hinzu, sodaß eine Versorgung sichergestellt ist. Ist eigentlich ganz easy.

Der Nikolauzi
 
Für mich gibt es genau zwei Lösungen:

(1) MOSFET-Gleichrichter: läuft bei vielen seit Jahren absolut problemlos, bei mir seit 2 1/2 Jahren und 10.000km an vier Luxeons in Reihe

(2) so etwas, was in den IQ Flys verbaut ist: ein Schaltwandler, der NICHT regelt, sondern NUR die Spannung im Verhältnis 2:1 runtertransformiert, d. h. von z. B. 24V, 0,5A auf 12V, 1A. Implementierung: 555+Mosfet+Spule.

Jürgen
 
Du solltest auch bedenken, dass LEDs bei niedrigeren Strömen ganz besonders effizient arbeiten - d.h. vom Wirkungsgrad her kommst Du nie an eine direct drive Lösung ran. Die Frage die bleibt ist, ab welcher Geschwindigkeit fangen 4 in Serie geschaltete LEDs an zu leuchten und reicht Dir das Licht bei Langsamfahrt. Ersteres wäre zu testen und letzteres nur mit Akkubetrieb zu beheben.

Ich hatte mal eine Zeit lang drei Luxeons in Reihe geschaltet am Nabendynamo mit einem Brückengleichrichter aus Schottky-Dioden. Das Ding fing knapp über Schrittgeschwindigkeit zu leuchten an. Wenn Du auch bei Langsamfahrt viel Licht brauchst, hilft nur eine Lösung mit Akkubetrieb, wobei der Akku vom Dynamo nachgeladen wird. Ob sich der Aufwand lohnt? Aktuelle single-LED-Scheinwerfer sind schon bei Schrittgeschwindigkeit recht hell...

Hatte ich noch vergessen: Noch ein bisschen effizienter gehts mit dem MOSFET-Gleichrichter, ist hier irgendwo beschrieben, Suchfunktion benutzen...

Ich habe an meinem RtW Rad vier LEDs (Seoul? - die mit der Gummilinse) in Reihe via MOSFET -Gleichrichter am SON.
Wenn die Geschwindigkeit unter 9 km/h fällt wechseln die LEDs vom leuchten zum glimmen. Oberhalb von 35-40 km/h meine ich noch eine Helligkeitssteigerung wahrgenommen zu haben, das kann aber auch am Straßenbelag gelegen haben.

Gruß
Raymund
 
Hallo,

mir geht ein Gedanke durch den Kopf, von dem ich nicht weiß, ob es ein völliger technischer Unsinn ist. Auch stundenlanges Stöbern in verschiedenen Beiträgen brachte mir keine Klarheit: Mein Winterrad verfügt über SON-Nabendynamo, IQ-Fly mit Standlicht als Scheinwerfer und einem LED-Rückstrahler DToplight XS plus. Zusätzlich würde ich gerne für die längeren Strecken außerorts den Lampenkopf einer Romisen T5 zuschalten (4 LEDs Cree Q4 in Reihe). Und das alles über den Nabendynamo. Geht das in Verbindung mit den Mosfet-Gleichrichtern? Mir wäre es absolut aureichend, wenn die Zusatzlampe ab ca. 15-20 km/h hell leuchtet.

Vielen Dank für Eure Hilfe

Udo
 
Hallo Uwe,

ich nehme an, dass deine aktuell angebauten Lampen parallel an den Nabendynamo angeschlossen sind, und dass du die neue 4s LED Lampe (per Gleichrichter) ebenfalls parallel dazu anschliessen willst.

Das wird meiner Meinung nach so einfach nicht funktionieren, da die vorhandenen Lampen die Spannung so früh nach oben begrenzen, dass auch bei hohen Tempi über die 4s LED Lampe kein Strom fliessen würde. Mit anderen Worten: Die Spannung würde nicht weit genug 'hochkommen' für die 4s LED Lampe.

Wo die vorhandenen Lampen die Spannung genau kappen, weiss ich nicht. Ich vermute aber, dass es in der Grössenordnung 1s+1V oder 2s+1V liegt, maximal also bei 8.5V. 4s brauchen aber mindestens 13-14V für 500mA.

Grüsse,
Marcus
 
Hallo zusammen,

ich fahre im Moment mit einer Selbstbaulampe mit 3x CREE XR-E Q5 am Nabendynamo Shimano DH-3N80 mit Jürgens genialem MOSFET-Gleichrichter.

Selbst bei niedrigen Geschwindigkeiten leuchtet die Lampe sehr gut, ab 10km bombig.

Also ich würde keine Energie in eine Überbrückung der LEDs bei niedriger Geschwindigkeit stecken, das ist absolut unnötig bei einem modernen Nabendynamo.

Gruß Manfred
 
Hallo Uwe,

ich nehme an, dass deine aktuell angebauten Lampen parallel an den Nabendynamo angeschlossen sind, und dass du die neue 4s LED Lampe (per Gleichrichter) ebenfalls parallel dazu anschliessen willst.

Das wird meiner Meinung nach so einfach nicht funktionieren, da die vorhandenen Lampen die Spannung so früh nach oben begrenzen, dass auch bei hohen Tempi über die 4s LED Lampe kein Strom fliessen würde. Mit anderen Worten: Die Spannung würde nicht weit genug 'hochkommen' für die 4s LED Lampe.

Wo die vorhandenen Lampen die Spannung genau kappen, weiss ich nicht. Ich vermute aber, dass es in der Grössenordnung 1s+1V oder 2s+1V liegt, maximal also bei 8.5V. 4s brauchen aber mindestens 13-14V für 500mA.

Grüsse,
Marcus


Danke Marcus für die Antwort,

ich überlege mir, ob ich es nicht einfach probiere. Kann jemand einschätzen, was im schlimmsten Fall passieren könnte? Meine aktuellen Lampem sind ein IQ-Fly und ein hierzu parallel geschalteter LED-Rückstrahler DToplight XS plus. Hierzu überlege ich, den Kopf der Romisen T5 - ohne weitere Elektronik - mit einem Mosfet-Gleichrichter auch parallel mittels Kurzschlußschalter zuschalten (4 LEDs Cree Q4 in Reihe).

Grüße


Udo
 
Wenn Du nichts verpolst oä wird nichts passieren.
Der Dynamo liefert nur einen bestimmten Strom (500mA), die Spannung liegt (nach oben bei ~16V begrenzt glaube ich) so hoch wie nötig um 500mA fließen zu lassen.
In Deinem Fall dürften das 6V sein wegen des IQ-Fly. Da die nicht ausreichen für vier weiße HP LED in Reihe (~4x3,2V=12,8V) leuchtet die T5 gar nicht oder nur sehr dunkel. Evtl wird auch der IQ dunkler.
Wenn, dann müsstest Du die T5 in Reihe zu dem IQ schalten, aber dafür wird vermutlich die Maximalspannung des Dynamo nicht ausreichen.
Außerdem müsstest Du dann schauen, dass das Rücklicht weiter nur zu dem IQ parallel läuft, sonst kriegt es eine zu hohe Spannung und geht evtl kaputt.
Gruß, Christof
 
Hallo,

was haltet ihr von folgendem Vorschlag: Die Elektronik vom IQ Fly komplett entfernen und die 1W-LED durch eine 3W-LED ersetzen. Die ursprüngliche Schaltung der vier LEDs der T5 belassen (2 Reihe, 2 Parallel) und den Lampenkopf per Kurzschlußschalter zuschaltbar machen (im Stadtbetrieb möchte ich ohne T5 fahren). Parallel hierzu das DToplight-Rücklicht.
Wäre dann mit ausreichender Helligkeit der T5 ab etwa 15 km/h zu rechnen? Wird die LED im IQ-Fly im Stadtbetrieb (wenn sie alleine leuchtet) ohne die ursprüngliche Elektronikregelung leiden (auf Standlicht verzichte ich bewußt)?

Danke für Eure Mithilfe


Udo
 
Hallo,

was haltet ihr von folgendem Vorschlag: Die Elektronik vom IQ Fly komplett entfernen und die 1W-LED durch eine 3W-LED ersetzen.

Nix. Ist schon ne 3W LED drin. Du gewinnst nur wenig durch das ggfs. aktuellere Binning der LED. Das Entfernen der Elektronik bedeutet Verzicht auf den Spannungsteiler/Stromverdoppler des IQ.
Und das Gehäuse wird nicht schöner durch das Öffnen...
 
Die ursprüngliche Schaltung der vier LEDs der T5 belassen (2 Reihe, 2 Parallel) und den Lampenkopf per Kurzschlußschalter zuschaltbar machen (im Stadtbetrieb möchte ich ohne T5 fahren). Parallel hierzu das DToplight-Rücklicht.
Wäre dann mit ausreichender Helligkeit der T5 ab etwa 15 km/h zu rechnen? Wird die LED im IQ-Fly im Stadtbetrieb (wenn sie alleine leuchtet) ohne die ursprüngliche Elektronikregelung leiden (auf Standlicht verzichte ich bewußt)?

Hmm, die IQ verhält sich wegen der Elektronik vermutlich ähnlich wie zwei in Reihe geschaltete Emitter. Dazu eine 2S/2P-Leuchte, das sind insgesamt 2S/3P, ohne das Rücklicht.
Grobe Vermutung: der Strom - bestenfalls 590mA - wird gedrittelt, bleiben knapp 200mA pro Strang. Da sollte schon Licht rauskommen, der Fly wird aber heller leuchten als jede der 4 anderen LEDs. Und 15 km/h sind bei 2LEDs in Serie kein Problem.
Daß das tatsächlich so funktioniert, dafür möchte ich keine Garantie übernehmen.

Gruß, pm
 
Hallo,

ich habe mal einen vereinfachten Schaltplan gezeichnet, bei dem Jürgen H.`s Mosfet-Platine verwendet wird. Ein Rücklicht bleibt zunächst außer vor. Bei Betrieb der Scheinwerfer soll die LED 1 (3-W-LED des IQ Fly - ohne Elektroniksteuerung) dauerhaft betrieben werden. Die LED 2-5 (ebenfalls 3 W) lassen sich mittels Kurzschlußschalter zuschalten, wobei jeweils 2 der 4 LEDs parallel geschaltet sind.
Bitte entschuldigt, falls ich hier grundsätzliche Fehler mache, aber meine Elektronikkenntnisse sind sehr begrenzt. Ich habe in den letzten Tagen sehr viele Beiträge aus dem Forum gelesen, aber für viele Zusammenhänge fehlt mir trotz aller Bemühungen der Durchblick.
Könnte die Schaltung im Betrieb so funktionieren, dass
1. die LED 1 bei Lichtbetrieb dauerhaft ohne Schaden zu nehmen brennt
2. die LED 2-5 nach dem Zuschalten ab ca. 15 km/h hell leuchten?
Was sollte bei der Schaltung ggfs. verbessert werden?
Gäbe es trotzdem die Möglichkeit, ein vorhandenes handelsübliches LED-Rücklicht in die Schaltung zu integrieren?


Vielen Dank für Eure Unterstützung:daumen:

Udo
 

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  • Schaltplan.pdf
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Deine Schaltung ist mir zu kompliziert ;-).
Eine Dynamolampe braucht heute nur noch eine Cree MC-E (also die 4 in 1 Variante mit separaten Pins für jede LED) und ein bissel Draht.
Je zwei LED in Reihe antiparallel schalten und fertig.

Vorteile:
nur eine Optik
ca. 7 Volt Spannung für das Rücklicht
keine Verluste durch Zusatzelektronik

Das Flackern bei niedriger Geschwindigkeit ist vermutlich nicht so störend wie bei zwei/vier EinzelLEDs.

So, noch einfacher geht's nicht!

PS: Das du den IQ-Fly mit weiteren LED so zusammenschalten kannst würde ich bezweifeln. Für Gleichspannung ist der nicht gebaut und die Empfehlung lautet wohl auch Parallelschaltung von 2 Flys statt der üblichen Reichenschaltung bei Halogenlicht. Ist aber mehr ein Bauchgefühl.
 
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