Fiets-dynamo gebruiken als dimmer voor lamp?

@Thevel,

Klopt, die is het. Ietsje duurder dan de Rigol1054Z, maar ook betere specs zoals SampleSnelheid van 1Gs op 2 kanalen tegelijk, en frequentie tot 100 MHz, en bovendien trigger funkties en decoderen van seriële signalen zoals I2C. Voor mij ideaal.

Dat was wel een handige vraag van shiptronic want als je nu die weerstand weghaalt/kortsluit en die 0-1V zelf toevoert kun je het daar misschien mee regelen.
Je bent dan een integratie schakeling nodig die de frequentie van de dynamo in een variabele spanning omzet.

@rwk.

Zelf een spanning aanbieden gaat niet werken. Je kunt zien wat een grillig spannings verloop over de weerstand staat. Die ga je nooit kunnen nabootsen, en waarschijnlijk wordt die gebruikt om de stroom door de leds te meten of zoiets.

Wat wel werkt is meerdere weerstanden aan pin 4 (RS) van de driver chips verbinden, en dan de andere kant van de weerstand met kleine mosfets al dan niet naar massa schakelen. Met 4 weerstanden van 25, 50, 100 en 200 Ohm kun je zo 16 niveaus instellen. De andere 3 regelaars kunnen met een enkele weerstand van 12 Ohm en mosfet al dan niet worden bijgeschakeld. Dat geeft dus 64 niveaus met 7 weerstanden en evenzoveel mosfets.

Ik zal zo wel een schema tekenen.
[edit] bij deze [/edit]

En met 2 drivers wordt het dan zo:

Maar uiteindelijk heb ik toch gekozen voor de buck converter. Die drivers laten zich wel redelijk sturen, maar helemaal uit lukt net niet. En voor een lamp die zogenaamd uit een dynamo wordt gevoed is het niet erg geloofwaardig als de lamp al een beetje oplicht als de dynamo nog stilstaat.

Met een buck controller kan ik de leds wel helemaal uitschakelen denk ik. Het schema is op zich ook simpel genoeg. De drivers in de lamp moeten dan wel losgekoppeld worden (door de jumpers te verwijderen) maar dan heb ik vrij spel.

Even nog een paar vragen voor Kneus007:
- Heb je al een dynamo? Kun je dan eens kijken wat de diameter is van het wieltje voor op de band? Dan kan ik zien hoe snel die draait afhankelijk van de snelheid.

- En kun je ook eens kijken hoeveel poolparen de dynamo heeft? Dat kun je testen door met de hand rond te draaien en dan te tellen hoe vaak de magneten het wieltje proberen vast te zetten in 1 omwenteling.

Hierbij een eerste schema van de complete regeling:

Sommige componenten moet ik nog uitrekenen.

De brugcel en de zekering zitten al in de lamp, net als de led array.

Q2 is de schakelaar van de buck converter (met L1/D3). Die wordt PWM gestuurd vanuit de IC1 Tiny13. Puls breedte en frequentie bepaalt het vermogen naar de leds. Meten van stroom hoeft niet, zolang de PWM niet al te groot wordt. Voorlopig mik ik op een PWM frequentie van max 50 kHz of zo.

Weerstand delers R7/R8 en R9/R10 zorgen ervoor dat de controller de spanningen in de gaten kan houden en dus de max puls breedte en minimum pauze kan berekenen.

Buffer Elco C5 is eigenlijk overbodig, maar zorgt wel voor een gelijkmatige stroom door de leds.

C3 is de buffer elco die zorgt voor een constante voeding van 326 VDC. Die wil ik niet hard aan de brugcel koppelen, want dan vliegen de zekeringen eruit als je de stekker plots in het stopcontact steekt. Bij inschakelen is de fet Q1 uit, en is ook de led uit, zodat C3 via R2 op spanning kan komen. Daarna schakelt de processor Q1 in en heb je geen last meer van die weerstand.

De processor wordt gevoed door een condensator-deler (C3/R1/Z1) en spannings regelaar U2. Component waarden moet ik nog uitrekenen.

Dit alles is direct verbonden met de netspanning. Dus de koppeling met de dynamo moet galvanisch gescheiden, hier met U3/U4. De processor kan dan de frequentie bepalen, en daarmee de PWM bijstellen.

Ik heb altijd wel moeite om een fet te kiezen, omdat er zoveel verschillende types zijn. Deze lijken me wel geschikt, zijn goedkoop, rds-on van 600 milliOhm, VDS Max 700V, iMax 8A, TO220. Maar misschien is een IGBT hier beter?

Misschien kan ik alles zo in de lamp inbouwen, al is er niet veel ruimte. De bestaande drivers moet ik wel helemaal loskoppelen in elk geval.

Heb ik nog iets vergeten? Opmerkingen?

Op 6 oktober 2018 23:30:10 schreef deKees:
Even nog een paar vragen voor Kneus007:
- Heb je al een dynamo? Kun je dan eens kijken wat de diameter is van het wieltje voor op de band? Dan kan ik zien hoe snel die draait afhankelijk van de snelheid.

ja ik heb twee AXA dynamo's liggen.
Eentje met een draaiwieltje van 2cm de ander een draaiwieltje van 3cm (buitenkant gemeten met schuifmaat)
beide hebben 8 poolparen (8 'tikjes' bij ronddraaien)

oja en het zijn duo dynamo's: een plus en min aansluiting en dat 2x (parallel voor en achterlicht aansluiting.

Oei, dat is nogal een verschil.

Die met 3cm geeft 300 Hz bij 30 km/uur, en die andere geeft 450 Hz bij dezelfde snelheid. Er is geen mogelijkheid om iets in te stellen als ik alles in de lamp inbouw. Dus als ik het afstel op de dynamo met 3cm, vol licht bij 30 km/u, dan krijg je met de andere dynamo al vol licht bij 20 km/u. Ik weet niet of dat een probleem is, misschien zelfs wel handig?

30 km/u fietsen is best hard. 20 km/u is ook flink doortrappen en realistischer om vol te houden.

Waarom wil je twee optocouplers gebruiken voor het signaal van de dynamo? Een enkele optocouplers en een pull-up weerstand is toch ook genoeg? Nu is het signaal in principe onbepaald wanneer de dynamo stil staat, maar de elco zorgt er wel voor dat hij niet hard gaat klapperen.

Ik ben niet helemaal overtuigd dat het overbodig is om de stroom te meten, dat ligt vooral aan de U/I curve van de LEDs, en hoeveel die onder invloed van de temperatuur veranderd. Persoonlijk zou ik een weerstand onder de MOSFET zetten om de stroom te meten, zodat je kunt voorkomen dat die bij elke PWM cycle verder stijgt een daarmee uit de hand loopt.

De keuze van L1 is ook wel interessant, daar staat ongeveer 125V overheen, en je wilt de stroomrimpel een beetje beperkt houden. Daarbij bepaald die inductie voor een groot deel hoe snel de control loop moet zijn.

Ik denk dat het wel een goede kans van slagen heeft zo, maar echt simpel is het niet. Afgezien van iets inkopen zou ik echter ook niet direct weten hoe je het veel eenvoudiger zou kunnen doen. De keuze om de microcontroller aan de gevaarlijke kant te houden maakt het ontwikkelen en debuggen wel iets moeilijker, maar die galvanisch scheiden is best lastig dus dit lijkt me de logische weg.

@SparkyGSX

Ik was niet van plan om de stroom rimpel klein te houden eigenlijk. En ook niet om een control loop in te bouwen.

Volgens mij heb ik een spoel nodig van 1800 uH die dan in 10 uS bij 85V volloopt van 0 naar 600 mA, en vervolgens in 3 uSec weer leeg loopt over de 250V van de leds. De gemiddelde stroom door de leds wordt dan 300 mA, afgevlakt door C5, en dan heb ik ruim 50W in de leds. Door de pause langer maken krijg je minder vermogen in de leds en weet je zeker dat de spoel aan het begin van elke cyclus weer vanaf 0 begint. Een control loop is dan geheel niet nodig. Er is dan geen sprake van stroom regeling door de leds, maar wel power regeling. Met de duty cycle kan ik zo instellen dat ik bijvoorbeeld 30W naar de leds stuur, en de leds kunnen dan zelf bepalen met de U/I curve hoeveel stroom en hoeveel spanning dat wordt.

De 2 spanningsdelers zorgen ervoor dat de spanning over de spoel bekend is, zowel tijdens 'aan' als tijdens 'uit'. En de zelfinduktie is bekend, dus de rest kun je uitrekenen.

En de optocoupler? Bij een enkele optocoupler moet ik ook een diode antiparallel aan de ingang zetten. Dan kan ik net zo goed een tweede optocoupler inzetten, die kosten bijna niks. En met een vaste pullup weerstand heb je een minimale stroom nodig die groot genoeg is om de pullup naar beneden te trekken, wat bij een langzaam draaiende dynamo wel eens een probleem kan worden. Nu is er in het geheel geen pullup. Dat geeft ook minder stroomverbruik rond de controller. Onbepaald signaal geeft niet, het is alleen de frequentie die telt.

Op 7 oktober 2018 14:05:29 schreef deKees:
C3 is de buffer elco die zorgt voor een constante voeding van 326 VDC. Die wil ik niet hard aan de brugcel koppelen, want dan vliegen de zekeringen eruit als je de stekker plots in het stopcontact steekt.

Och, ik heb een primair switchende voeding staan die een paar honderd uF meteen op het net ramt, het enige probleem is dat de power switch zo af en toe eens vast bakt

Gewoon een NTC in serie is meer dan genoeg. Als je stromen niet te groot worden kan een gewone weerstand ook. Ik neem zomaar eens aan dat je geen honderden uF aan het ding gaat knopen.

@Sine

De leds trekken 200mA continu bij max vermogen (50W). Met 100uF krijg je dan een rimpelspanning van tegen de 20V. Vind ik al best wel veel.
Dus eigenlijk zou ik wel een grotere elco willen inzetten. Maar dat wordt wel kostbaar. Waarschijnlijk zal het wel op 100 of 200 uF blijven steken.

En de lamp heeft al een stel zekeringen ingebouwd. Die zijn niet berekend op een buffer elco, en ik wil die zekeringen wel heel houden.

Een serieweerstand van 100Ohm gaat niet werken. Dat geeft al 20V spanningsverlies bij vol vermogen en dan nog kun je inschakelpieken krijgen tot 3A.

Een NTC zou misschien wel kunnen. Dat zal ik eens bekijken..

-Edit-
Best nog wel duur die NTC thermistors. Kosten veel meer dan die mosfet (70 cent) en werkt lang niet zo goed.

Man, man, wat moeilijk toch weer allemaal!
Zoals eerder aangegeven neem een halogeen bouwlamp, kost bij een bouwmarkt bijna niets (oa bij gammel nog geen 10 euro!! )
Spannings gestuurd dimmertje ertussen en klaar..

Zoiets als backup lijkt me wel een goed idee, daar kan de TS ook gewoon zelf reserveonderdelen voor houden en zo; als dit stuk gaat heeft hij best een probleem, want dat kan hij nooit zelf repareren.

Alsnog een leuk project, dus ik ga er vanuit dat deKees dat doorzet.

@deKees: ja in discontinuous mode heb je geen closed loop control nodig. Ik had nog niet aan die spoel gerekend, een 1.8mH is best veel, maar niet onmogelijk, zeker omdat er maar 600mA gaat lopen. Aangezien de je spanning over de LEDs en de ingangsspanning meet, kun je uitrekenen wat de dutycycle mag zijn voor critical conduction mode. Als C5 weglaat, zou je na elke cycle zelfs kunnen meten of de spoel stroomloos is.

Lijkt me best een goed plan zo!

Ja inderdaad in continuous mode wordt alles anders, dan moet je inderdaad de stroom in de gaten houden en wordt de regeling ingewikkelder.

Maar dan heb je ook een veel grotere spoel nodig, of een hogere frequentie, en ook dat wordt allebei lastig.

Een geschikte spoel heb ik nog niet kunnen vinden overigens. Voorlopig kom ik op een DE1207-1000 (TME). Die is 1000uH, 800mA dus ik ga er 2 in serie zetten denk ik.

Nee, voor continuous mode kun je juist een iets kleinere spoel gebruiken, omdat je maar iets meer dan de helft van de piekstroom nodig om dezelfde gemiddelde stroom te krijgen.

[Bericht gewijzigd door SparkyGSX op maandag 8 oktober 2018 22:50:00 (37%)

Zo, weer een stuk verder.

Onderdelen uitgezocht en besteld. Moest hier en daar de keuze aanpassen vanwege beschikbaarheid. De Fets waren niet op voorraad, en de buffer elco's zijn ook een maatje dikker dan ik had gewild. Inmiddels is alles binnen en kan ik gaan bouwen.

Ook is de software voor de controller geschreven. Dat was nog wel even een puzzel om in die AtTiny13 met een enkele 8-bit timer zowel de 50 kHz Pwm als de frequentiemeting van de dynamo te regelen. Maar ook dat is gelukt. Maar de controller zit vol, en ik moet de spanningen nog meten. Dus toch maar omschakelen naar een grotere controller : AtTiny85.

Het schema is ook iets aangepast. De spanning over de leds ligt redelijk vast volgens mij, dus ik kan beter de ingangs-spanning op de 5V regelaar in de gaten houden. Dan kan de controller afschakelen voordat de voeding wegvalt.

Hierbij de update van het schema:

Vandaag alles in elkaar gesoldeerd en gaan testen. En helaas, het werkt niet. De condensator voeding voor de processor werkt niet als de massa achter de brugcel zit. Dom...

En ik heb heb weinig ruimte op de print, dus een trafotje past er niet op. Wat nu?

De schakeling trekt niet veel stroom, je zal C1 dus kunnen vervangen door een vermogens weerstand, R1 laat je uiteraard vervallen.
Als je de 78L05 vervangt door een zuinig type dan zal het vermogen van die weerstand <1W zijn denk ik, valt dus mee.

Op 17 oktober 2018 21:27:17 schreef deKees:
Vandaag alles in elkaar gesoldeerd en gaan testen. En helaas, het werkt niet.

Hebt je het niet eerst op een Bread board gezet dan om te testen?,altijd doen bij zoiets.

Volgens mij moet het wel kunnen met een tweede condensator naar de andere fase.

De processor trekt ongeveer 10 mA, samen met de regelaar. De spanning op de buffer elco is 325V, dus een serie weerstand moet 310 Volt wegwerken. Bij 10 mA dus iets van 2K7, 4 Watt. Die heb ik even niet liggen.

En een breadboard werkt niet. De draden van de diodes, en de condensatoren zijn veel te dik, en de spoelen zijn SMD. Dus een protoboard solderen geeft meer kans op succes.

Een tweede condensator heb ik geprobeerd. Dat werkt wel een beetje, maar ik krijg dan toch niet genoeg stroom, dus dat wordt het ook niet.

Voorlopig even getest met een 9V batterijtje, om te zien of de rest werkt. Ik heb een vaste PWM frequentie van 50 kHz, en de minimum pulse breedte is 100 nS. Dat geeft 0.5 Watt in de LEDs en toch al behoorlijk veel licht. Helemaal uit gaat ook goed: alles donker.

De spanning over de leds verandert met het aangeleverde vermogen.

   0.5 W --> 213 V
   1.0 W --> 217 V
   5.0 W --> 225 V
  11.0 W --> 231 V
  19.0 W --> 237 V
  22.0 W --> 239 V
  37.0 W --> 246 V 

Op 17 oktober 2018 22:37:37 schreef SparkyGSX:
Volgens mij moet het wel kunnen met een tweede condensator naar de andere fase.

Dat wilde ik ook posten, maar ik zag daar toch maar vanaf.

Ik heb het nog even in een simulatie gegooid, en volgens mij moet het prima werken met een enkel condensator, maar de condensator moet wat groter. Voor 10mA heb je volgens mij minimaal 1uF nodig, en ik zou R1 kleiner maken om de dissipatie te beperken; met 1k stookt die ~1.7W weg, als je naar 100 ohm gaat is dat nog maar 240mW.

Het kan ook met 330nF en 1k per fase, als je de diode en zenerdiode ook dupliceert. In dat geval heb je dus 1k voor de initiële stroom bij het opstarten en transients op het net, met een dissipatie van 130mW elk, maar dat kost dus 4 onderdelen extra (condensator, weerstand, diode en zenerdiode).

[Bericht gewijzigd door SparkyGSX op donderdag 18 oktober 2018 12:48:00 (31%)