Dwutranzystorowe, inteligentne światło postojowe do roweru.

[andrzejzis]

Wstęp
MOSFET i NPN to dwa tranzystory plus garstka towarzyszących elementów równa się, inteligentne światło postojowe do roweru.

Rowery coraz częściej wyposażone są w dynama w całości zintegrowane z piastą przedniego koła, tak zwane dynamo w piaście, które są najczęściej i najchętniej montowane w rowerach miejskich i turystycznych, ale i nie tylko, ja na przykład mam dynamo-piastę w swoim krosie. Rower na drodze publicznej, w pewnych okolicznościach jak: w nocy, w tunelu, w czasie deszczu, śniegu i mgły powinien być wyposażony w działające światła, jednakże rower dobrze oświetlony, to również posiadający światła na czas, np. wymuszonego zatrzymania na drodze a oczywistym jest, że jakiekolwiek dynamo tego nie zapewni. W efekcie zwrócenia na to uwagi, wiedziałem co będzie moim następnym projektem. Głównym jego celem jest zwiększenie widoczności i bezpieczeństwa w czasie krótkich postojów na ulicy.

Założenia projektu
Przy projektowaniu kierowałem się następującymi założeniami:
- W czasie jazdy będą świecić fabryczne lampy diodowe lub żarówkowe zasilane z dynama.
- W czasie zatrzymania rowerem, dioda LED będzie świecić jako światło postojowe.
- Dioda LED samoczynnie zgaśnie gdy rower będzie nieużywany przez około pięć minut lub, gdy wcześniej zaczniemy kontynuować przerwaną jazdę.


Zasada działania:
W czasie jazdy
Dynamo ładuje kondensatory C1 i C2 przez diody D1 i D2. Napięcie na kondensatorze C1 poprzez dzielnik napięcia podtrzyma przewodzenie tranzystora T1 w czasie ujemnych połówek napięcia z dynama. Kolektor tego tranzystora obniży napięcie na bramce tranzystora T2 do potencjału masy, w konsekwencji światło diody LED pozostanie zgaszone.

W czasie postoju
W wyniku spadku napięcia na C1, Tranzystor T1 zamknie się, kondensator C2 bez przeszkód poda napięcie na bramkę tranzystora T2, co w konsekwencji wprowadzi go w stan przewodzenia i włączy światło diody LED. Bramka tranzystora mos-fet T2 z racji swojej budowy nie przewodzi prądu i sterowana jest w przeciwieństwie do tranzystorów unipolarnych napięciem. Więc całe napięcie występujące na kondensatorze C2, mimo obecności rezystora R3, wystąpi też na bramce tranzystora T2. Rezystor R4 służy do rozładowania kondensatora C2 w pewnym niedługim czasie, np. gdy odstawimy rower. Następnie tranzystor mos-fet przy napięciu progowym bramki zacznie się powoli zamykać, a w miarę dalszego postępującego spadku napięcia na C2, wyłączy się całkowicie gasząc światło diody LED.

Wykonanie
Wszystkie elementy zmieściłem w kubaturze o wymiarach baterii paluszek R3, szczegóły wykonania podam dalej, gdy prace nad projektem będą zakończone, mam bowiem jeszcze w zanadrzu kilka pomysłów. W chwili obecnej, moje wątpliwości budzi źródło zasilania diody LED. Nie podoba mi się bowiem wizja osobnego pojemnika na trzy baterie, przypiętego gdzieś przy rowerze. Ale zostawię to na później, moje prace nad projektem nadal trwają włączając w to zarówno prace nad histerezą, jak i mój problem zasilania. Układ histerezy nie posiada i nie musi być to wadą, wręcz przeciwnie może być zaletą w takim zastosowaniu. O wszystkim będę informował i przedstawiał na bieżąco wyniki moich dalszych prac. Zapraszam wszystkich do dyskusji i wyrażania własnych opinii. Co prawda, nie ma za bardzo co oceniać, ale schemat jest tak prosty, że aż się prosi zdjęcia wykonania. Jednak jak już wspomniałem, szczegóły wykonania podam dalej, gdy prace nad projektem będą zakończone, cierpliwości. Dziękuję.

R1- 100k
R2- 22k*
R3- 1M
R4- 10M
R5- 220R (Dobrać. Prąd diody LED przy U aku. lub bat. 6V)
C1- 2,2uF*/50V
C2- 47uF*/50V
D1- 1N4002
D2- 1N5819
D3- 8V2
D4- LED
T1- BC547B
T2- BS108

P.S. Dwa nowe schematy wraz ze zdjęciami i schematem produktu finalnego, na drugiej stronie tematu.

[Strzeminator]

Wszystko fajnie i w ogóle, ale wydaje mi się, że mogłeś dodać tą konstrukcję w pierwszym temacie, tym bardziej, że idea niespecjalnie odbiega od pierwszej wersji i tamten temat również jest dość świeży.

Co do DIY, to spoko domyślam się, że jest to światło postojowe do roweru i jak mniej więcej ma to działać, ale schemat niezbyt przypadł mi do gustu, mogłeś chociaż spróbować go przerysować w byle jakim programie i zapewne wyglądałoby o wiele lepiej. Oczywiście odczytać się da, ale czasach gdzie praktycznie każdy ma dostęp do komputera można było to lepiej przedstawić niż na kartce papieru.

Tak... Skoro już zrobiłeś nowy temat, to wypadałoby tak samo wrzucić zdjęcia wykonanej konstrukcji czy może chcesz żeby oceniać schemat zawierający kilka elementów bo nie bardzo rozumiem jaką opinię można tutaj wyrazić. W poprzednim temacie też w sumie zdjęcia dałeś dopiero później, ale zamiast konstrukcji był na nich rower ze światłami.

Spoko, domyślam się, że układ działa skoro publikujesz tutaj swoje rozwiązanie, ale porównując ten opis do innych to jest niebo, a ziemia. W moim mniemaniu porządnie wykonany projekt powinien być dobrze opisany (i tutaj nie mam zastrzeżeń, bo układ jest tak prosty, że nie ma co opisywać - wszystko można wydedukować ze schematu), zawierać fotografie konstrukcji (PCB, obudowa itp.) + ew. filmik. No i nie są to jakieś specjalne wymagania. Większość ludzi opisuje tak swoje konstrukcje.

Wyrażając swoją opinię o DIY od strony teoretycznej można się np. przyczepić do wartości elementów, skomplikowania układu, zabezpieczeń, ale jakie ja mogę mieć zastrzeżenia przy układzie składającym się z kilku elementów?

Od praktycznej mógłbym skomentować, płytkę, jakość połączeń, staranność wykonania, w tym wypadku nawet nie ma czego komentować, to po co to wstawiłeś? Równie dobrze mogę sobie przerysować na kartkę układ z timerem 555 i wstawić to na forum z krótkim opisem, ale mi by było wstyd publikować coś takiego.

Nie ma co ukrywać, moja opinia jest negatywna, mam nadzieję, że moja krytyka nie zniechęci Cię do tworzenia, a wręcz na odwrót i w przyszłości lepiej przedstawisz swoją konstrukcję.

[e-lektryk]

Nie bardzo wiem jak ta Twoja konstrukcja ma działać, skoro dynamo otwiera tranzystor N-FET. Wtedy dioda świeci, gdy dynamo nie pracuje dioda przestaje świecić.

[andrzejzis]

W przyszłości mogę jedynie obiecać ostrzejsze zdjęcia narysowanych schematów.

[Syzyf]

porządnie wykonany projekt powinien być dobrze opisany (i tutaj nie mam zastrzeżeń, bo układ jest tak prosty, że nie ma co opisywać - wszystko można wydedukować ze schematu)

skoro dynamo otwiera tranzystor N-FET. Wtedy dioda świeci, gdy dynamo nie pracuje dioda przestaje świecić.

Moim zdaniem jest dokładnie na odwrót: gdy dynamo pracuje, LED nie świeci a włącza się na określony czas, dopiero, gdy dynamo się zatrzyma.
Andrzejzis - jak widzisz wyjaśnienie zasady działania układu jest niezbędną częścią projektu i dobrze by było abyś taki opis dodał, skoro zdania są rozbieżne. Bardziej czytelny schemat też by się przydał.
Poza tym układ jest fajny i pomysłowy

[Jony130]

Włączenie T1 na pewno zatka T2 a tym samy i wyłączy diody.
A kiedy włączy się T1 ? Ano gdy napięcie z dynama spowoduje wzrost napięcia na kondensatorze C1 powyżej U > (R1/R2 + 1) * Ube = 100/22 +1 * 0.5V = 2.7V tranzystor T1 na pewno będzie nasycony.
A to oznacza, że gdy dynamo pracuje diody LED nie świecą. Do uzyskania histerezy konieczne dodanie jest jeszcze jednego tranzystora.

[andrzejzis]

Dzięki Syzyf za konstruktywną krytykę. Pa za tym nie ma to jak pisać pod wpływem emocji, Strzeminator.

P.S. Po prawie roku czasu uzupełniłem braki.

[e-lektryk]

W takim razie zapytam inaczej. Co otwiera T2? Żeby T2 się całkowicie otworzył potrzebna jest różnica potencjałów 8V. Skąd więc bierze się ta różnica potencjałów? Co zasila bazę T2, gdy dynamo przestaje pracować?

[Jony130]

Czemu aż 8V, myślę że już 3V otwiera T2. Dioda Zenera jest tylko dla zabezpieczenia.

Co zasila bazę T2, gdy dynamo przestaje pracować?

C2 dostarcza tej energij. Wszak w samym T2 prąd bramki nie płynie.

[e-lektryk]

No nie wiem czemu. Może dla tego, że do pełnego otwarcia T2 jest potrzebna różnica potencjałów 8V czy nawet 10V (chociaż w dokumentacji jest napisane, że 4V). N-FET na 5V ma gate threshold voltage 1 do 2V, a ten IRFS 630 ma 2 do 4V. Z resztą ten kondensator i tak musi się po jakimś czasie rozładować.

[Jony130]

No tak C2 rozładowuje się przez R3 + R4.
I zakładając ,że kondensator naładował się do tych 8V (nie mam pojęcia ile woltów daje dynamo rowerowe). Co do 7.2V na bramce T2.
I jak widać tu na pierwszym rysunku.
http://www.taitroncomponents.com/Catalo ... IRF630.pdf
Te siedem woltów spokojnie wystarczy do pełnego otwarcia T2.

A czas świecenie diod na postoju będzie równy ok

t = 10M * 47uF * ln(7.2V/3V ) = 411s ≈ prawie 7 minut.

Chyba wystarczy?
Oczywiście brak histerezy będzie powodował, że diody będą przygasały wraz ze zmniejszeniem się napięcia na C2.

I kolega andrzejzis nie na odwrót narysował kondensatory elektrolityczne?
I ile woltów daje dynamo ? A po wyprostowaniu ile ?

[e-lektryk]

Dynamo daje 6V AC / 3W. Spadek napięcia na diodach to jakieś 0.7V na pierwszej i 0.5V na drugiej diodzie. Razem 1.2V. Uwy=(Uwe-1,2)*√2, więc 4.8*1.41=6.768V, dokładając do tego spadek napięcia 0.5V, bo mamy 0.5A, daje to 6.268V. D3 powinna być połączona z jakimś rezystorem. Z resztą dioda Zenera jest na 8V2. Mało tego, jest to prostownik jednopołówkowy z dwiema diodami połączonymi szeregowo. Nie wiem dla czego pierwsza dioda to zwykła dioda prostownicza, a nie dioda Shotsky'iego?

[Syzyf]

dokładając do tego spadek napięcia 0.5V, bo mamy 0.5A

Ten układ, to tylko "czujnik" napięcia, więc nie płynie przez niego 0,5A - taki prąd płynie przez właściwe obciążenie (żarówkę).

D3 powinna być połączona z jakimś rezystorem. Z resztą dioda Zenera jest na 8V2.

Dioda D3 jest zabezpieczona przed nadmiernym prądem rezystorem R3, włączonym szeregowo ze źródłem napięcia, czyli C2. Ona - jak rozumiem - służy tylko do zabezpieczenia bramki T2 przed przebiciem nadmiernym napięciem z prądnicy i jej napięcie może być nawet wyższe (Vgsmax=30V z noty).

Napięcia z przykładowej prądnicy w piaście przy obciążeniu Ra: http://www.enhydralutris.de/Fahrrad/Bel ... ode81.html

[andrzejzis]

I kolega andrzejzis nie na odwrót narysował kondensatory elektrolityczne?
I ile woltów daje dynamo ? A po wyprostowaniu ile ?

Przybliżone pomiary, które zrobiłem przy lekkim przeciążeniu dynamo-piasty DH3N20 są takie:
napięcie zmienne:
3V - 6km/h
4V - 8km/h
6V - 15km/h
6.5V - 24km/h
A napięcie wyprostowane:
4V - 6km/h
6V - 12km/h
7V - 15km/h
8V - 19km/h

Kolejność i wartości kondensatorów są zamierzone. Rowerem hamuje się z różnym czasem raz krótszym a raz dłuższym, w dodatku prądnica w czasie hamowania, generuje coraz niższe napięcie i z malejącą częstotliwością od około 180Hz do niemalże 5 Hz. W związku z takim specyficznym źródłem zasilania, napięcia na kondensatorach spadają. I wydaje się, że cała gra polega na tym aby C2 jak najdłużej zachowało swoje wcześniejsze napięcie do czasu zatrzymania się rowerem. Dodatkowo, zanim się zatrzymamy, C2 jest rozładowywany przez R3 i T1. Więc niech R3 będzie duży ale nie za duży by nie stworzyć niekorzystnego dzielnika z R4. Można spróbować zwiększyć obydwa rezystory lub zwiększyć C2 jak na przykład na schemacie. C1 z kolei ma zadanie podtrzymać ciągłe przewodzenie T1 w czasie gdy jedziemy rowerem. Jednocześnie C1 nie może być zbyt duży, ponieważ podtrzyma przewodzenie T1 dłużej niż jest to wymagane, rozładowując C2. A nam zależy na tym aby C2 nie rozładował się niepotrzebnie. Jeśli ktoś lubi mruganie światełka przy ruszaniu i zatrzymywaniu rowerem może zmniejszyć C1.

Myślę, że czas świecenia diody będzie różny, zależny od obciążenia dynama. Normalnie przy konserwatywno - standardowym (czyt. obojga żarówkowym) oświetleniu czas będzie krótszy. Przy oświetleniu innym np diodowym może być dłuższy, a gdy żaròwka się zepsuje, czas światła postojowego będzie jeszcze dłuższy. C2 będzie ładowany do różnych napięć i czas rozładowania będzie inny.

Przedstawiona charakterystyka dynama DH3N30, jest z wbudowanym wewnątrz zabezpieczeniem nadnapięciowym. Ja mam dynamo DH3N20 które jest "gołe i wesołe".

P.S. W miejsce T2 wstawiłem BS108.

[andrzejzis]

Nie wiem dla czego pierwsza dioda to zwykła dioda prostownicza, a nie dioda Shotsky'iego?

e-lektryk Dioda D1 ma wyższe napięcie wsteczne przebicia. Czytałem w instrukcji obsługi i eksploatacji, że moje dynamo z piastą generuje bardzo wysokie napięcie mogące porazić elektrycznie, w czasie dotykania zacisku piasty przy obracającym się kole, to nie żart, tak podaje producent w dokumentacji. Więc lepiej gdy podmucham sobie na zimne.

W Niemczech zgodnie z miejscowymi przepisami (StVZO), dynamo w piaście musi posiadać zabezpieczenie przeciwprzepięciowe, posiada je np. dynamo DH3N30. Moje DH3N20 już nie posiada. Gdybym chciał jeździć w Niemczech z moim dynamem, muszę dokupić zewnętrzne zabezpieczenie np. SM-DH10 lub analogiczny produkt. Myślę, że chodzi w tym o zwiększenie żywotności żarówek. Mnie dynamo dwa razy lekko popieściło, gdy zakręciłem kołem trzymając za szprychy, ale wtedy rower był do góry kołami i grzebałem przy zaciskach elektrycznych dynama. Myślę że te przepięcia to skutek pewnych rozwiązań konstrukcyjnych, gwarantujące określone parametry przy ogólnie niskich obrotach dynama z piastą.