halli-hallo,
endlich mal ein richtig interessanter thread ...
ich hab' anno '07/'08 schon mal eine selbstentworfene und -gebaute dynamo-led-beleuchtung mit µC-schaltregler in betrieb genommen. das ergebnis wurde meinem anspruch an den heiligen gral leider nicht ganz gerecht ... die suche geht also weiter:
- maximale elektrische energieausbeute
- funktioniert auch bei kleiner geschwindigkeit und ist flimmerfrei (darf nicht auf eine funktionierende/geladene batterie angewiesen sein)
- starkes standlicht, evtl. auch "taschenlampenbetrieb", wartungsfrei (keine manuelle ladung)
- usb-stromversorgung
- sonstige spielereien
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.
darüber scheinen sich ja alle einig zu sein. ^^
ich hatte einen klassischen perturbierenden MPPT versucht, aber irgendwie ist das ding immer gen dem vorgesehenen arbeitspunkt 6V/500mA gedriftet.
folglich hab' ich ein pseudo-MPPT implementiert: für jede drehzahl eine optimale primärspannung ausgemessen (bei dem speichendynamo war die kennlinie "nicht ganz" linear) und diese als steuergröße für den led-treiber genutzt. das ist natürlich nicht ganz so einfach zu handhaben wie eine direkte messung des primärstroms, weil es durch den ladeelko ein integral ist ...
mit einem aktiven mosfet-gleichrichter und optimal dimensioniertem buck-konverter kommt man bei vollast durchaus an 95% effizienz ran, bezogen auf den output des dynamos bei "phasensynchroner rechteckbelastung".
Noch etwas mehr Leistung holt man raus, wenn man Verzerrungen minimiert.
es ist recht erfreulich, daß jemand mit ahnung und messwerten diese (eigentlich ganz intuitive) hypothese auch mal bestätigt, nachdem diverse "experten" in diesem und anderen foren jede erwähnung von PFC mit recht fadenscheinigen argumenten verrissen haben ...
Die optimale Lösung erhält man allerdings, wenn man [...] zusätzlich auch noch eine [geschwindigkeitsabhängige] Phasenverschiebung realisiert
auch recht naheliegend.
ich wollte den beweis vor einem jahr erstmal theoretisch anhand von ohropax' ltspice-modellen erbringen, aber irgendwie bin ich nicht dazu gekommen. nun ja. :}
inspiriert von diesem thread bin ich jetzt mal wieder am grübeln, wie man so einen "lastformer" implementieren könnte, erstmal nur die hardware ...
es wurde ja bereits gesagt, daß der klassische ansatz - ein boost-konverter - etwas kontraproduktiv ist, weil er die spannung ja hochtreibt, und man sie folglich wieder runtertransformieren muß. andererseits machen übliche netzteile ja auch nichts anderes. die schaffen aber auch "nur" mittlerweile 90% wirkungsgrad.
eine realistische maximalgeschwindigkeit, bei der noch ein optimales ergebnis wünschenswert wäre, dürften ca. 30 km/h sein. bei nabendynamos entspricht das einem optimalen arbeitspunkt von 15Veff, also >21Vpp. das würde eine arbeitsspannung von ca. 25V für die PFC bedeuten. buck-stufen für eine so hohe eingangsspannung (insb. mit sehr kleiner ausgangsspannung) sind in dieser leistungsklasse in der tat schon einigermaßen ineffizient. meiner erfahrung nach dürften aus dem gesamtsystem kaum 85% rauszuholen sein.
um direktwandlung zu ermöglichen, wurde als alternative ein sepic-wandler vorgeschlagen. mit denen habe ich selbst noch nicht rumgespielt, aber nach dem was man so liest, dürften 90% selbst mit direktwandlung schwer werden.
mein entwurf für eine synchrone gleichrichtung (wäre für wenige leds sehr empfehlenswert) sieht auch recht abenteuerlich aus ...
man müßte auch sehen, ob die pwm-auflösung (beim at90pwm81 realistischerweise 7 bit plus 4 bit resolution enhancement wenn man mit 250khz und 3V kernspannung arbeitet) ausreichend ist, um bei hohem led-strom noch regeln zu können.
die direktwandlung impliziert, daß der anti-flacker-ladeelko am ausgang sein müßte, und recht groß. wenn man den led-strom dann auch noch direkt messen will (um z.b. trotz akkuladung noch genug helligkeit sicherzustellen), hat man u.u. ein problem, weil das system extrem langsam reagiert.
invertierende buck-boost- und cuk-konverter dürften etwas schwer zu handhaben sein, wenn man mit dem strom irgendwas machen will, außer ihn in leds zu verbraten (z.b., messen ^^).
wie ebenfalls schon erwähnt, würde eine buck-basierte pfc bei kleinen amplituden die verzerrungen durchlassen, was gerade im schrittempobereich die wirkung des ganzen "leicht" beeinträchtigen würde.
ich hab' mir auch überlegt, die pfc in den aktiven gleichrichter einzubauen. der schaltungsaufwand dafür dürfte jedoch exorbitant sein. auch dürfte die doppelt so große zahl von schnell geschalteten transistoren dem wirkungsgrad nicht gerade zuträglich sein. und das ganze wäre de-facto wieder ein buck-konverter.
folglich drängt sich die frage auf, ob der ganze zauber mit der pfc dann unterm strich tatsächlich zu einer wirkungsgradsteigerung führen würde - die leistungsgewinne durch die pfc werden von den nach meinem wissen weniger effizienten wandlern aufgefressen, und den "phasengewinn" kann man größtenteils auch durch eine festkapazität erzielen.
wenn jemand noch andere topologien auffahren kann, die mit vertretbarem schaltungsaufwand in dieser leistungsklasse konkurrenzfähige wirkungsgrade erzielen könnten, dann immer her damit.
leicht themenverwand: ich überlege, ob und wie man einen echten soft-off realisieren sollte. das problem ist ja, daß der dynamo bei realistischen geschwindigkeiten im leerlauf durchaus 50 volt wechselspannung erzeugt. nicht so einfach zu schalten. einfacher wäre die variante mit dem kurzschluss - verbrät ja auch nur max drei watt.
oder man fährt halt mit dauerlicht.
wie machen das eigentlich die kommerziellen? einfach an der spannungsbegrenzung abfackeln?
and now for something completely different ... ^^
ich bin mir nicht schlüssig, was für einen akku ich für standlicht und eine eventuelle usb-pufferung nehmen soll.
meine alte lösung hat eine ganze batterie aus 6 gold-caps (2p3s) genutzt. das ergebnis hat für 2 min recht anständiges standlicht gereicht, aber auch nur nach einer ordentlichen fahrt. für sonstige pufferungszwecke wäre das ungeeignet.
eine möglichkeit wäre ein li-
ion-akku. hat den vorteil, sehr einfach und effizient mit konstantstrom bis zu einer endspannung ladbar zu sein, und sehr wenig selbstentladung zu haben. die spannung ist auch ideal für den direktbetrieb der controller-schaltung, und ausreichend für je eine led vorne und hinten (für zwei rote leds in reihe dürfe es schon knapp werden). für einen usb-puffer müsste man einen boost-konverter ranhängen oder zwei zellen in reihe schalten (wie sinnfrei, wenn man bedenkt, daß die geräte eh wieder auf li-po-spannung transformieren ...). ein weiterer nachteil ist, daß man die dinger nicht unter 0°C laden kann - dürfte aber kaum ins gewicht fallen, insofern man nicht im winter auf zelt-tour geht.
die alternative sind ni-mh-akkus. vier davon machen praktische fast-fünf-volt. auch gibt's die teile mittlerweile recht selbstentladungsarm zu haben. nur habe ich keine ahnung, wie ich die laden soll - bei der vergleichsweise schwachen und unsteten stromversorgung und potenziell instabilen außentemperatur dürften die üblichen hochstrom-lade-algorithmen versagen. und für trickle charge dürfte der strom dann doch etwas zu groß sein. hat jemand dazu eine meinung? was macht B&M?
so, das war's erstmal. ^^
gedanken, korrekturen, hinweise auf prior art oder einfach nur funktionierende lösungen willkommen.
gruß
-- ossi
Da wird's bestimmt günstiger.
), womit ich bei ca. 16 km/h einen hervorragenden blinker hatte ... :}
