Trafo für Luxeons am Dynamo

[RedmEx]

Hi,

habe nun diverse threads zum Selbstbau von Schaltungen verfolgt, die die Stromanpassung von high power LEDs an Dynamos realisieren. Viele davon gefallen mir richtig gut.
Besonders die Variante mit dem LM 2575, der den Ladestrom eines step-down converters konstant auf dem optimalen level hält, um die maximale Leistung aus dem Dynamo zu kitzeln.


Nur ist mir der elektronische Aufwand zu hoch und daher wüsste ich gern, warum niemand eine Schaltung vorstellt, die die Dynamospannung mit einem Trafo im Verhältnis 3:1 runter setzt, um dann nur mit einer einfachen Gleichrichtung entweder zur Spannungverdopplung oder als Brücke ( im besten fall auch schaltbar zwischen beiden Versionen) eine 3W Luxeon o.ä. zu versorgen.
Leider weiß ich nicht, wie so ein Trafo herzustellen ist und welchen Wirkungsgrad er bei 20 bis 100 Hz typischerweise hätte, aber es wäre eine einfache Impedanzanpassung um den Arbeitspunkt eines typischen 3W Dynamos auf ca. 12 V und 400 mA zu verschieben (natürlich sind vorher die Z-Dioden zu entfernen) und mit ca. 80 % Wirkunggrad noch knapp 4 W in die LED Beleuchtung zu pumpen.
An meinem Brückengleichrichter mit 4x SB 1020 fallen bei 1,2 A nur jeweils 0,3 V ab, so dass dieser Ausbau super simpel und möglichst effizient wäre. Leider weiss ich nur nicht, wie der Trafo zu dimensionieren ist. OK, das Wicklungsverhältnis kriege ich noch hin, aber welchen Kern und welchen Draht nehme ich, um Impedanz und Induktivität in den gewünschten bereich zu bringen ?

Danke schon mal im Voraus

Der RedmEx

 

[raymund]

Hallo,
willkommen hier im Forum.
Hast Du schon mal die Suchfunktion zum Thema Luxeon und Dynamo bemüht?
Das ist nämlich mein Lieblingsthema und wurde schon ausgiebig behandelt.

Was für einen Dynamo willst du denn verwenden?

Schau halt mal hier: http://www.mtb-news.de/forum/showthread.php?t=94068

Gruß
Raymund

 

[RedmEx]

Hi raymund,

ja das meiste hab ich schon durchforstet in diesem Forum. Meine Vorstellung von einer Fahrradbeleuchtung ist erheblich schlichter, als was ihr hier so vorstellt. Da nehm ih auch in kauf, das beim anfahren die Helligkeit schwach ist und flackert, ich will bei normaler Fahrt von 25 km/h hübsch Licht auf den Weg bringen mit meinem AXA HR Traction. Ich will nur einen Frontscheinwerfer haben und hab eine kleine helle Superflux LED in meinen Rückreflektor integriert.
Dezeit fahre ich mit der Scahltung 1 von Eberhard Haug:
http://www.led-treiber.de/html/dynamo-treiber.html
Die 1 Watt Frontscheinwerfer sind mir aber etwas zu funzelig, daher der Ansatz, eine effiziente Konvertierung zu 1A und 4 V Gleichspannung zu bauen, dann könnte man z.B. die neue Generation von high power LEDs (Z POWER) aus Korea befeuern die bis 1,4 A bei 3,7 V belastbar sind.
http://www.neumueller.com/zled/index.htm
Klein leicht und einfach will ich meine Lichtanlage bauen nach dem Motto : "keep it simple and stupid".

Aber zurück zu meiner Frage, ginge das nicht auch mit einfachen Trafos bzw. Übertragern, die man selbst mit
geringem Aufwand wickelt ?

RedmEx

 

[XLOOSER]

Hallo,

Trafos haben bei dieser Größe einen besch....enen Wirkungsgrad. auch dieser Frequenzbereich ist nicht besonders günstig für einen hohen Wirkungsgrad.

 

[raymund]

Ich befürchte, daß die Leistung eines Dynamos nicht ausreicht um einen Trafo zu heizen und dann noch genug Energie für die LEDs zu liefern.

Bei meinen Lampen habe ich es auf die wohl einfachste Weise gemacht, ich habe die LEDs direkt angeschlossen, zwischen LEDs und Dynamo liegt gerade mal das Kabel.
Dynamos müssen mindestens 500mA und können bis knapp über 600mA liefern.
Das reicht zwar nicht, um die 700mA-Hochleistungsleds am Nennleistungspunkt zu betreiben, macht aber immer noch viel Licht, denn der Wirkungsgrad von LEDs sinkt mit steigender Belastung.

Um die Gesamtlichtausbeute zu erhöhen hilft nur die Vergrößerung der LED-Anzahl. Soll die Lampe nicht allzu groß werden, kann man z.B. zwei 2W-LEDs durch eine 5W LED ersetzen, die soll aus vier 1W-Chips bestehen.

Das Allerwichtigste für eine zufriedenstellende Ausleuchtung ist aber die Optik, welche noch vor die LED geschaltet werden muss. Für Luxeon LEDs gibt es inzwischen eine große Auswahl, bei den Z-Power LEDs mag ich das bezweifeln.

Gruß
Raymund

 

[Joey.deRosa]

Soll die Lampe nicht allzu groß werden, kann man z.B. zwei 2W-LEDs durch eine 5W LED ersetzen, die soll aus vier 1W-Chips bestehen.

Hi,

davon würde ich nach meinen Erfahrungen abraten, weil sich die 5W Luxeons, eben weil sie aus mehreren Einzelchips bestehen, nicht vernünftig fokussieren lassen. Zweimal 2/3W macht ungleich mehr (brauchbares) Licht als einmal 5W. Eine echte Alternative wären wohl auch dreimal 1W mit Trioptik. Passt alles in eine Lampe und sollte auch einen vernünftigen Kegel machen.

Grüße,
Joey

P.S. Ich habe jetzt doch noch meine 2 x 5W am Son durch 3 x 3W ersetzt. Jeweils mit Mobdar-Optik. Drei kleine Einzellampen, die sich unabhängig voneinander justieren lassen. Schaltung ist gleich geblieben.
Ergebnis: ))))))))

 

[raymund]

Ich ziehe die 2/3W LEDs den 5W auch vor, weil sie einfach einen besseren Wirkungsgrad haben.
eine bzw. zwei 5W-LEDs mit der neuen Carclo 4x25° "Line"-Optik könnten bei erheblich kleineren Lampenabmessungen eine ähnliche Ausleuchtung erzeugen, wie meine Lampe mit vier gefächerten 2W-LEDs.

Muss ich mal testen, habe das Zeug ja seit Wochen herumliegen.

Gruß
Raymund

 

[Joey.deRosa]

DAS nenne ich mal einen LED-Experimentierkasten! Ned schlecht...

 

[tour.ist]

LED-Kiste
hallo raymund, steigst Du jetzt doch in die Massenproduktion ein?

 

[raymund]

LED-Kiste
hallo raymund, steigst Du jetzt doch in die Massenproduktion ein?

Soviel ist das auch nicht.
Vier selektierte 5W, vier selektierte 2/3W, zwei selektierte 1W, und der Rest sind rote, grüne, blaue 1w LEDs
Dann noch ein paar MOBDAR-Optiken, unterschiedliche Carclo und Fraenlinsen mit Haltern.

Gruß
Raymund

 

[bikesteff]

Soviel ist das auch nicht.
Vier selektierte 5W, vier selektierte 2/3W, zwei selektierte 1W, und der Rest sind rote, grüne, blaue 1w LEDs
Dann noch ein paar MOBDAR-Optiken, unterschiedliche Carclo und Fraenlinsen mit Haltern.

Gruß
Raymund

Hallo Raymund,

wie ich lese, bist Du noch nicht zum Testen der neuen Optiken gekommen. Ich teile übrigens gerade das Leid, welches Du um Weihnachten rum hattest - nur in Form einer Grippe. Darum habe ich auch Zeit zum lesen und schreiben.

@Joey.deRosa: Deine Meinung der schwierigeren Fokussierung der 5W teile ich. Allerdings empfand ich die wohl breitflächigere Ausleuchtung mit gleicher Optik nicht unbedingt als störend. Sicher geht dadurch auch Licht nach "oben" verloren. Hast Du es mal mit 2x2/3W + 1x5W mittig probiert? Meine 3-er Lampe liegt auch seit Weihnachten noch hier unfertig rum (Kühlkörper etc. ist alles da, nur löten und bauen müßte ich noch) aber in dieser Lampe wollte ich das mal ausprobieren. In der Mitte macht es ja durchaus Sinn, etwas mehr Licht unten und oben zu haben. Habe da auch gleich noch eine Frage an Dich: Du betreibst (oder hast betrieben) die 5W Luxeon am SON-Dynamo. Die 5W ist ja relativ empfindlich auf den optimalen Betriebspunkt hin abgestimmt (eben bei 700mA), weil das ja eigentlich 4 Einzelelemente sind, die sich abweichend vom Betriebspunkt unterschiedlich verhalten können. Hast Du zum Betrieb daher eine Konstantstromquelle verwendet, die, sofern das beim SON möglich ist, ab einer bestimmten Geschwindigkeit diesen konstanten Strom liefert? Falls nicht, könnte das die Ursache für das mehr an Licht mit der 3x3W Version sein.

Gruss,
Stefan.

P.S.: Ich fahre derzeit die 2x3W Lampe, aber eher, weil mir nach meinem ersten Wärmetest eine der 5W Lampen gestorben ist und ich seitdem über eine geeignete Kühlung bzw. wärmeabhängige Stromregelung "nachdenke". Eigentlich ist die Lösung bereits da, aber die Zeit zur Umsetzung fehlt. Man merkt tatsächlich direkt den Unterschied, dass die 3W einen kleineren Lichtkegel hat als die 5W (bei gleicher Optik). Allerdings emfinde ich sie auch in der Gesamtheit als dunkler. Trotzdem hat sie sogar für den Wald ausgereicht. Bei Schnee wars sogar richtig toll. Und so für den Weg zur Arbeit ebenso !!!

 

[bikesteff]

Hallo Ramund,

sag mal, wo finde ich eigentlich Kurven zur Leistungsabgabe über Geschwindigkeit der versch. Son Dynamos? Auf deren Seite finde ich nämlich nur Nennwerte. Ich fürchte nämlich, dass Du für Dein 4x5W Projekt einfach etwas mehr Leistung benötigst um die 5Wätter optimal auszunutzen.

Gruß,
Stefan.

P.S. Eventuell mit dem 12V 6.2W SON??

 

[Joey.deRosa]

@ bikesteff

Klar, bzgl. Fokussierung kommt es immer auf die Anwendung an. Als Ski-/Lauflampe kann ich mir eine 5 W mit ihrem Streulicht ganz gut vorstellen, am Rad langt die Reichweite nicht.

Deine Überlegung mit dem kritischeren Betriebspunkt der 5 W-Teile klingt plausibel. Das könnte auch erklären, dass ich zwischen den 5-Wättern am Son deutlich größere Unterschiede (Farbe und Lichtausbeute) fest gestellt habe als zwischen den 3-Wättern. Für 2 x 3 W plus 1 x 5 W dürfte die Spannung des Son nicht mehr ausreichen.

Meine Schaltung habe ich hier gepostet. Mittlerweile halt 3 x 3 W statt 2 x 5 W, der Rest ist gleich. Damit bin ich jetzt sehr zufrieden, wesentlich mehr lässt sich mit aktuellem Material denke ich nicht rausholen.

Grüße,
Joey

Nachtrag: Hier sind noch ein paar Photos. Naja, meine Bastelkünste sind bescheiden. Hauptsache, es funktioniert.

 

[raymund]

Hallo Ramund,

sag mal, wo finde ich eigentlich Kurven zur Leistungsabgabe über Geschwindigkeit der versch. Son Dynamos? Auf deren Seite finde ich nämlich nur Nennwerte. Ich fürchte nämlich, dass Du für Dein 4x5W Projekt einfach etwas mehr Leistung benötigst um die 5Wätter optimal auszunutzen.

Gruß,
Stefan.

P.S. Eventuell mit dem 12V 6.2W SON??

Hallo Stefan,

erstmal gute Besserung. Die Grippe grassiert momentan ja überall.

Da bei der antiparallelen Schaltung eigentlich immer nur ein Strang leuchtet, sind es ja nicht 4x5W, sondern nur 2x5W.

Einen leistungsfähigeren Nabendynamo gibt es leider nicht.
Von SON gibt es den Nabendynamo nur in zwei Varianten: 26/28" und 20", letzterer mit geringerer Polzahl.
Den "SamSON", der 12V-Dynamo von Schmidt, gibt es wohl nur als Prototypen.
Die einzigen 12V-Dyanmos, die es gibt sind von B&M und AUFA, beide aber Seitenläufer mit elektronischer Regelung, was sie für LED-Versuche untauglich macht.

Die Carclo-Optien habe ich zu meiner Schande noch nicht getestet, vorher wollte ich die Dynamos vermessen haben.

Bei der Konstruktion der "Carclo-Lampe" bin ich auf Schwierigkeiten gestoßen: Größe und Ausführung der Schutzgläser sowie die Befestigung der Kühlkörper.
Zudem ist die Zeit momentan etwas knapp.

Gruß
Raymund

 

[Won]

Hallo RedmEx,
warum Trafo ? Warum nicht gleich den Dynamo umwickeln ? Halb so viel Windungen, dann kriegst Du deutlich mehr Strom (und dafuer weniger Spannung). Beim Umwickeln nimmst Du am Besten gleich dickeren Draht um weniger Verluste zu haben.
Das ist die (elektrisch) einfachste Methode, denn so kannst Du den Maximalstrom auf Deine LED(s) optimieren. Und Du kannst dann sogar 2 antiparallele LEDs direkt am Dynamo betreiben, so dass Du null Elektronik dazwischen brauchst.
Nachteil: Bei niedriger Geschwindigkeit wenig bis kein Licht.
Und nicht jeder Dynamo laesst sich soweit zerlegen dass man ihn umwickeln kann. Aber bei den ganz billigen aus dem Baumarkt, die welche von unten mit 2 kleinen Schrauben geschraubt sind, geht's zum Beispiel.
Beim AXA geht's angeblich auch mit etwas Geschick.
Gruss,
Martin

 

[Won]

Ach ja, und fuer alle die ihren Dynamo nicht umwickeln wollen und die auch bei langsamer Fahrt noch Licht haben wollen, hier nochmal meine Schaltung, welche automatisch zwischen Spannungsverdoppler und Vollbruecke umschaltet.
Dafuer habe ich inzwischen auch ein PCB gemacht.
Das passende Schaltbild zum PCB und einen Bestueckungsplan gibt's auch.
Und so sieht's aufgebaut aus:

Leiterplatte ist SMD-frei und fuer Handbestueckung optimiert, alle Teile gibt's bei Reichelt, Stueckliste mach ich auch mal irgendwann...
Mehr zu dieser und anderen Schaltungen auf meiner Website (wenn sie nicht wieder down ist)
Gruss,
Martin

 

[tour.ist]

Hallo Won,
wo liegt denn der Unterschied zwischen Deiner Lösung und der MOSFET von JürgenH?

 

[Won]

Hallo tour.ist,
der MOSFET Gleichrichter minimiert den Spannungsabfall ueber den Gleichrichterdioden einer Vollbruecke. Bei Schottky ist dieser 2x 0,3 V = 0.6 V, bei Silizium sogar 2x 0.7 V = 1.4 V, mit dem MOSFET-Teil annaehernd null.
Mit dem MOSFET Gleichrichter erreicht man, dass die LEDs bei etwas niedrigerer Geschwindigkeit leuchten.

Im Gegensatz zum MOSFET Gleichrichter erzeugt meine Schaltung einen Boost bei niedriger Geschwindigkeit, indem sie den Gleichrichter in einen Spannungsverdoppler umschaltet. Bei hoher Geschwindigkeit arbeitet der Gleichrichter aber normal, wodurch ich eine maximale Lichtleistung wie der MOSFET Gleichrichter erreiche.

Geh' mal von 3 LEDs aus, von denen jede 3.2 V Schwellspannung hat. Das sind 9.6 V insgesamt.
Grob gerechnet, mit dem MOSFET-Gleichrichter muss der Dynamo also 9.6 V - 0 V = 9.6 V aufbringen damit die LEDs leuchten.
Mit meiner Schaltung muss der Dynamo ungefaehr 9.6V/2 + 2*0.3V = 5.4 V aufbringen.
Also, bei langsamer Fahrt mehr Licht (= frueher Licht) und gleiche Leistung bei hoher Geschwindigkeit

Du kannst meine Schaltung auch so einsetzen, dass sie gleiche Performance bei niedriger Geschwindigkeit und mehr Licht bei hoher Geschwindigkeit macht:
Der MOSFET Gleichrichter laesst sich mit bis zu 4 LEDs noch sinnvoll betreiben (wenn man nie langsam faehrt).
Meine Schaltung koennte bei gleicher Geschwindigkeit 8 LEDs treiben und daher bei steigender Geschwindigkeit mehr Licht machen als der MOSFET Gleichrichter mit seinen 4 LEDs.

Ich habe mit dem Gedanken gespielt, auch einen synchronen Gleichrichter / Verdoppler zu integrieren. Nur dabei gewinne ich so wenig, dass ich schliesslich doch darauf verzichtet habe.

Gruss,
Martin

 

[tour.ist]

Hallo Martin,
falls ich das denn recht verstehe, ist das eine gute Lösung für die Stadt und den dunklen Wald ( wie üblich am kastrierten AXA? ), wie gross wird denn das Kästchen etwa, was nimmst Du als Behälter und wo wird er montiert, und ach ja , der finanzielle Aufwand?
Vielen Dank
Armin

 

[Won]

Die Leiterplatte ist 55 x 35 und passt in der Breite in eine schmale, rechteckige Aufputz-Verteilerdose. In der Laenge und in der Hoehe ist noch reichlich Platz uebrig. Das ganze sieht bei mir im Moment so aus:

Ich habe mein bisheriges Ruecklichtkonzept belassen, aber es wirkt ziemlich unaufgeraeumt. Werde bei Gelegenheit die LEDs des Ruecklichts mit in die Verteilerdose rein machen und dafuer die LEDs gleich auf der Leiterplatte vorsehen.
Habe auch schon mal daran gedacht, eine schmalere und laengere Leiterplatte zu machen, welche man von unten in den Gabelschaft reinschieben kann. Das waere dann optimal fuer alle, die den Dynamo vorn haben (Nabendynamo).
Als Scheinwerfer habe ich den bewaehrten Edelstahl-Zuckerstreuer mit 3-fach Fraen Kollimator und Fahrradschlauch-Gummiarmierung:

Mein Dynamo ist der Dymotec6, der AXA liefert etwas mehr Strom und daher muessen wohl die Widerstandswerte etwas angepasst werden.
Die Kosten: So richtig teuer sind die 3 LEDs des Scheinwerfers und der 3-fach-Kollimator. Die Leiterplatte hat 31.40 fuer 6 Stueck gekostet, mit Bohren und verzinnen. Ohne Bohren und Verzinnen waeren es EUR 10 fuer die 6 Stueck gewesen.
Die elektronischen Bauteile sind alles Standardteile. Bis auf die Anschlussleiste (-.39 bei Reichelt), den MOSFET (-.46) und die Schutzdiode (-.28) hat man das meist in der Bastelkiste. Das Gehaeuse fuer die Elektronik war sowas um die -.50 bei Praktiker oder Obi.
Gruss,
Martin

 

[tour.ist]

Kompliment, schöne Bilder

 

[RedmEx]

Warum nicht gleich den Dynamo umwickeln ? Halb so viel Windungen, dann kriegst Du deutlich mehr Strom ...

Hi Won,
du scheinst Erfahrung damit zu haben, ich erinnere mich, dass du den Vorschlag schon mal bei der Blindstromkompensation gemacht hast. Wieviele Windungen hat den so ein Dynamo typischerweise ? Das Modell, das ich zerlegen konnte, erlaubt maximal das Entfernen von Windungen, nicht aber das neu Wickeln, da die Klauen die Wicklung fest umschliessen. Ich schätze da sind so ca. 150 Windungen mit 0,4 mm Draht drauf, dann müsste ich so etwa 70 davon abwickeln ?!?

Es grüßt ein nachdenklicher RedmEx

 

[Won]

Hallo RedmEx,
ja, das ist bei vielen Dynamos in der Praxis kompliziert. Bei meinem aufschraubbaren Supermarktdynamo fuer EUR 3,45 ist der obere Teil des Klauenkäfigs einfach in den unteren Teil eingepresspasst. Man kann ihn rausklopfen, die Spule bequem umwickeln, dann wieder reinpressen. Irgendwie geht jeder Dynamo auseinander, denn er ging ja auch mal zusammen. Fuer die Muehe funktionierts aber am Ende viel besser als es mit einem Trafo machbar waere.

Bei unveraendertem Magnetkreis bedeutet halbe Windungszahl = halbe Spannung = doppelter Strom. Wie beim Trafo.
Nimm am Besten gleich dickeren Draht, oder nimm den alten Draht doppelt. So dramatisch viele Windungen sind's nicht. Wenn's gar nicht anders geht dann wickle einfach nur ab und probier alle paar Windungen aus, wo Du beim Strom zu liegen kommst. Das ist die Schaltung, den Kondensator ueberbrueckst Du erstmal:

Bei optimaler Dimensionierung ist der maximal erreichbare Strom das, was die LEDs grade noch verkraften koennen. Der Strom ist ab einer bestimmten Geschwindigkeit konstant, diese Geschwindigkeit musst Du bei der Messung natuerlich erreichen. Die erforderliche Geschwindigkeit steigt natuerlich mit reduzierter Windungszahl.

Gruss,
Martin

 

[mr.pi]

hallo,

wie schnell müsste man denn bei jürgenh's mosfet und 26" rädern fahren um mit einem kastrierten axa 3x seoul anzutreiben?

der pi

 

[RedmEx]

...
wie schnell müsste man denn bei jürgenh's mosfet und 26" rädern fahren um mit einem kastrierten axa 3x seoul anzutreiben?

Hi Pi,

wie ist es dir denn gelungen, diesen fred aus der Versenkung zu holen ? RESPEKT !
Also zu deiner Frage: Ich habe an meinem Stadtrad genau diese Konstellation und es leuchtet bei Schritttempo noch nicht, ab 10 km/h sieht man grad was und ab 15 km/h wird's hell. Der Raddurchmesser ist bei Seitenläufern übrigens egal, da sie über die Mantelfläche direkt speed in Umdrehungen umsetzen, anders als bei Nabendynamos.

Der RedmEx