Предотвращение избыточного тока через регулятор Зенера, когда нагрузка системы отключена

Простейшее решение для выключателя находится между мостом и конденсатором.

Теперь в зависимости от вашей нагрузки на 6 В? LDO будет очень неэффективным.

Лучше использовать эффективный преобразователь (индексный импульсный источник питания), который видит возрастающее входное напряжение со скоростью, которое может быть преобразовано в постоянную выходную мощность, чтобы минимизировать сопротивление мощности педалей. Эти карты дешевы в Интернете.

Искать «Концевые регуляторы OKI 3»

Похоже, что у вашей системы есть один теоретический недостаток: на высокой скорости стабилитрон проводит гораздо больше энергии, чем потребляет нагрузка, и поэтому замедляет велосипед.

Однако, если вы довольны тем, как это работает, то это не проблема, которую нужно исправлять. Вы можете просто решить проблему перегрева с помощью стабилитрона большего размера, который может выдерживать тепло. Поскольку большие стабилитроны сейчас недоступны, просто используйте транзистор, например

^{смоделируйте эту схему - схема, созданная с помощью CircuitLab}

У вашей договоренности есть два больших преимущества:

• простота
• зажимает напряжение, поэтому не может получить перенапряжение

Линейный регулятор является еще одним вариантом. Вам могут понадобиться две вещи, которые немного противоречат друг другу: низкое падение напряжения и высокое максимальное рабочее напряжение.

Это грубый дискретный регулятор. Используя полевой транзистор на 60 В или 100 В и BC546, этот регулятор может выдерживать 60 или 80 В. Вы заметите, что он регулирует отрицательный вывод — вы можете заставить свой регулятор работать в любую сторону, но полевые транзисторы лучше с N полевыми выводами на отрицательной шине.

^{смоделируйте эту схему}

Возможный очень простой подход, основанный на ответе @peufeus, таков:

^{смоделируйте эту схему.} В этом случае тринистор обеспечивает собственный гистерезис, устраняя любые сложные компараторы ИС.

Я не совсем уверен, есть ли какая-то недопустимая операция, которая может произойти с состоянием подпорогового затвора на scr/triacs. Кто-то с большим опытом scr может прокомментировать.

Несколько лет назад я поставил на испытательный стенд динамо-втулку для велосипеда.

Вы можете смоделировать динамо-втулку как источник переменного тока около 500 мА с максимальным выходным напряжением, которое пропорционально скорости. Эффект «источника тока» возникает из-за того, что частота пропорциональна оборотам в минуту (и напряжению) и очень высокой индуктивности. Когда колесо вращается быстрее, напряжение холостого хода увеличивается, но частота увеличивается, а значит, импеданс из-за огромной внутренней индуктивности также увеличивается, и это увеличение импеданса означает, что ток короткого замыкания всегда примерно одинаков, примерно 500 мА, у всех об/мин.

Динамо-втулка работает на низких оборотах, поэтому у нее много оборотов. Индуктивность огромная. На самом деле он предназначен для такой работы, потому что его первоначальная цель - питать лампочку накаливания 6 В 3 Вт и зажигать ее на низких скоростях, но не сжигать ее на высоких скоростях. Таким образом, предполагается высокая индуктивность и поведение источника тока.

Генератор источника тока является естественным дополнением к шунтирующему стабилизатору, такому как стабилитрон.

Однако... вам следовало избавиться от стабилитрона и заменить его светодиодами. Зачем тратить ценную энергию в виде тепла в стабилитроне, если вместо этого можно превратить его в полезный свет? Я построил для друга простую лампу, которая выглядит точно так же, как ваша схема, за исключением того, что стабилитрон заменен двумя белыми светодиодами, которые могут выдерживать 500 мА, и последовательным резистором в несколько Ом. Это прекрасно работает. Светодиоды — это диоды, поэтому из них получаются неплохие шунтирующие регуляторы (здесь мы не ищем точности по напряжению, просто какой-то способ его ограничить).

Теперь ваш актуальный вопрос. Вы хотите использовать динамо-машину для зарядки аккумулятора или питания нагрузки, но что делать, когда аккумулятор полностью заряжен (или нагрузка отключена)? Ответ прост, но очень нелогичен: либо отключите генератор, когда он вам не нужен, либо замкните его накоротко. Последний на самом деле лучший вариант, если вы хотите управлять им с помощью микроконтроллера.

Так как ваша хабовая "динамо" (на самом деле это генератор переменного тока) ведет себя как источник тока, вы можете смело его закорачивать. Он будет рассеивать мощность RI ^ 2 внутри концентратора, при этом I = 500 мА и R около 0,5-2 Ом в зависимости от вашей динамо-машины (вы можете измерить это с помощью мультиметра). Это мизерная мощность. Он не перегревается и не тратит впустую вашу мышечную силу. Это гораздо лучший вариант, чем рассеяние тепла в стабилитроне (или другом шунтирующем регуляторе), когда рассеиваемая вами энергия исходит от ваших ног!

Если вы едете вниз по склону быстро, он может на самом деле выдать страшное напряжение разомкнутой цепи (например, 80 вольт, если вы с ума сошли по скорости... не спрашивайте, откуда я знаю...), что разрушит любую схему, разработанную кем-то, кто понятия не имеет, как динамо-втулка работает. Это включает в себя любой тип последовательного регулятора, LDO, импульсный регулятор и т. Д. Я ожидаю, что люди будут предлагать их в ответах, но они не будут работать. Ваша динамо-машина является источником тока. Если вы едете быстро, и цепь не использует весь ток, обеспечиваемый динамо-машиной, то напряжение будет расти. Когда входное напряжение возрастает, импульсный стабилизатор реагирует снижением входного тока (поскольку он эффективен). Это приводит к еще большему росту входного напряжения, пока не возникнет проблема. Когда генератор является источником тока, его естественным соответствием является шунтовой регулятор... но мы можем использовать интеллектуальный шунтирующий регулятор.

Поэтому нетехнологичным решением вашей проблемы является:

^{смоделируйте эту схему - схема, созданная с помощью CircuitLab}

Подключите динамо-машину к выпрямителю.

Затем полевой транзистор может закоротить выход выпрямителя. Выберите полевой транзистор логического уровня, если вы хотите управлять им с микроконтроллера.

Другой диод предотвращает разрядку конденсатора, когда полевой транзистор находится в проводящем состоянии.

Справа конденсатор (или батарея) получает ток динамо-машины.

Идея состоит в том, чтобы добавить компаратор (не показан на схеме) для управления полевым транзистором. Когда напряжение на крышке (или аккумуляторе) слишком высокое, включите полевой транзистор. Динамо теперь закорочено через выпрямительный мост, тратит очень мало энергии и прекращает зарядку конденсатора, предотвращая перенапряжение.

Когда напряжение на крышке слишком низкое (из-за того, что нагрузка потребляет ток) или батарея нуждается в зарядке, компаратор отключает полевой транзистор. Затем динамо-машина, выступая в роли источника тока, заряжает конденсатор (или аккумулятор) через мост и дополнительный диод.

Убедитесь, что вы добавили много гистерезиса в компаратор, чтобы полевой транзистор переключался на очень низкой частоте (несколько герц или ниже), потому что потребление энергии от динамо-машины приводит к механическому крутящему моменту, а крутящий момент, который включается и выключается, вызывает вибрацию, и вам не нужен вибрирующий руль. Переключение каждые полсекунды работает очень хорошо. Вы также можете сделать это с микро.

РЕДАКТИРОВАТЬ:

Я копался в этих старых файлах...

Индуктивность = около 150 мГн, что очень много. Она не постоянна, так как зависит от угла поворота ротора. Это генератор переменного тока с кулачковыми полюсами, поэтому длина воздушного зазора в магнитной цепи зависит от расстояния между полюсными наконечниками, которое меняется при вращении. Поэтому ожидайте, что индуктивность будет повсюду, но всегда высокой.

Внутреннее сопротивление провода = 2 Ом

Частота = 3,7 Гц на км/ч, поэтому при скорости 20 км/ч получается: 20*3,7 = 74 Гц.

Пиковое напряжение на диодном мосту и крышке без нагрузки: около 1,1 В на км/ч, то есть 22 В на 20 кМч.

...и при скорости 20 км/ч реактивное сопротивление внутренней индуктивности равно$2 \pi f L$или почти 70 Ом...

Расчет среднеквадратичного значения переменного тока по пиковому напряжению на крышке не является очевидным, поскольку форма волны даже отдаленно не является синусоидальной, плюс ее форма зависит от оборотов в минуту и ​​от того, что используется в качестве нагрузки... но вы поняли, огромная индуктивность * об/мин = импеданс увеличивается со скоростью, что создает своего рода источник тока, безопасный для короткого замыкания.

Теперь я действительно беспокоился о том же, что и Иммибис, поэтому в тот день, когда я провел этот тест ниже. Колесо раскручивается с помощью дрели, затем сверло удаляется, и на график наносится скорость по мере того, как колесо замедляется из-за сопротивления воздуха и различных резистивных нагрузок (значения в омах показаны в правом верхнем углу). Два случая «10 кОм» и «1 Ом» практически идентичны на скоростях, которые имеют значение. Его короткое замыкание создает немного большее сопротивление на низких скоростях, но если вы сравните его с другими резистивными нагрузками, такими как 20-40 Ом, которые потребляют гораздо больше энергии от источника тока, чем нагрузка 1R, вы увидите, что колесо сильно останавливается. быстрее с этими нагрузками.

Это просто график зависимости частоты от времени, сделанный с помощью звуковой карты и скрипта Python, кстати (за исключением того, что герц масштабируется до км/ч). Вы можете использовать аналогичный метод, чтобы выполнить тот же тест на своем концентраторе.

Кроме того, держать его замкнутым, а не открытым, когда он не используется, предотвратит электролиз вашего разъема, если на него попадет дождь, что, безусловно, является плюсом ...

РЕДАКТИРОВАТЬ...

Это противоречит моему практическому опыту. У меня прямо сейчас есть колесо на испытательном стенде рядом с моим столом. Если я вращаю его, подключенный к какой-то цепи, я вижу, что колесо замедляется. Если я вращаю его без нагрузки, он работает намного дольше, как будто это вообще не генераторная ступица. А вот если раскрутить на короткое замыкание, то торможение сильно выражено, поэтому этот вариант я предпочитаю не рассматривать.

Теперь это странно, поскольку я получил противоположные результаты с динохабом Shimano, может быть, у вас по-другому? Если это СЫН, то у меня его никогда не было, поэтому я не могу сказать.

Обратите внимание, что время, необходимое для полной остановки колеса, не является хорошей мерой сопротивления, поэтому вместо этого я использую время от 30 км до 10 км. Это связано с тем, что когда колесо вращается медленно, его угловой момент составляет лишь крошечную часть энергии, поэтому достаточно небольшого сопротивления, например, полватта, чтобы существенно изменить время, необходимое для его остановки... и такое сопротивление на реальном велосипеде совершенно незначительно.

Теперь, если вы хотите оставить его открытым, а не закороченным, когда нагрузка отключена (или батарея заряжена), вам понадобится другой тип схемы, но сначала убедитесь, что сопротивление при коротком замыкании действительно является проблемой, а также определите пиковое значение. напряжение на максимальной скорости, которую вы когда-либо будете использовать, чтобы выбрать правильный номинал для деталей.