Hallo, schaut mal in die neuste C´t vom 29.10.:

Thema: Bordnetz fürs Fahrrad...

Grüsse, Jakob

Einserseits wäre es zwar gut, wenn wir dadurch wieder weniger Bauteile benötigen würden, es hat aber auch ein paar Nachteile:

• die Leute, die einen fertigen Schaltregler auf KFZ-Adapter-Basis verwenden, haben davon gar nichts, es sei denn, sie wollen gleichzeitig auch den Überspannungsschutz haben.
  
• Genauso geht es den Leuten, die gar keinen Schaltregler haben/brauchen.
  
• Wenn mehr als ein Schaltregler eingesetzt wird (z.B. 5V USB, 6V Scheinwerfer) wäre der Überspannungs- und Unterspannungsschutz mehrfach drin - ein Unterspannungsschutz insgesamt dürfte reichen, und ein Überspannungsschutz wird für Scheinwerfer gar nicht benötigt.

Daher wäre es wohl besser, wenn der Unterspannungsschutz als separate "Baugruppe" für JensDs Schaltplan entworfen würde.


"AACircuit" ist übrigens nicht der Orginal-Poster, sondern der Name des Programms, mit dem diese ASCII-Schaltpläne gezeichnet werden. Guckst Du hier.

Grüße,
Frank

Hallo Frank,
vielen Dank für die Klarstellung zur Software, für die ASCII-Schaltpläne!

Habe mir den "Text-Schaltplan-Editor" gerade heruntergeladen und erste Versuche damit gemacht. Das Posten von Schaltplänen als Text hätte natürlich den Vorteil, dass es dem Forum im Gegensatz zu Bilder-Links, die tot sind erhalten bleibt - außerdem kann man leichter Änderungen daran machen.

Deine Argumentation für separate Baugruppen bezüglich Unterspannungs- und Überspannungssicherung leuchtet völlig ein. Mal sehen, was bei meinen Tests herauskommt.

M f G, Johann

Hallo Jakob,
vielen Dank, für Deine Info bzgl.“...neuste C´t vom 29.10...“!

@ all
Habe mir gerade die Schaltung angesehen – ist ein ganz interessantes Konzept, mit einem Schaltregler, der je nach abgegebener Spannung des Nabendynamos entweder im StepUp-, oder im Stepdown-Betrieb läuft. Auch die nachgeschaltete Ladeelektronik für NiMh-Akkus ist vermutlich recht sinnvoll und effizient.

Was die Schaltung nicht hat – und da wird der verwendete Stepup-/ StepDown-Regler mit seiner spannungsabhängigen Anpassung nicht so viel ausgleichen können – ist eine frequenzabhängige Leistungsanpassung (seriell, antiparall geschaltete Kondensatoren, vor der Gleichrichterbrücke). Außerdem ist leider auch kein Schutz vor einer Tiefentladung der Akkus berücksichtigt.

Sehr positiv ist das mitveröffentlichte Platinen-Layout, welches auch käuflich erwerbbar ist – da hat es der ungeübtere Bastler relativ leicht mit dem Nachbau...

Vielleicht sollten wir, sobald die gänzlichen Schaltungsdetails und Bauteile klar sind, auch Platinen für den Forumslader und die optionalen Sicherungs- bzw. Schaltreglerkomponenten entwickeln.

M f G, Johann

Hallo Frank,

ganz super!
ich überlege ohnehin wie ich sowas wie ein Modulsystem an Zusatzbaugruppen hinkriege...

z.B. Deine Frage nach einem externen Ladegerät hatte ja 2 mögliche und sinnvolle Antworten mit unterschiedlichen Ladebuchsenlagen. Ich überlege, ob ich in die Schaltplangrafik einfach mit z.B. Rot die Zusatzbaugruppe einmale/anhänge und in einem Abschnitt beschreibe. So könnte sich jeder einen Schaltplan nach seinen Wünschen zusammenbauen.

@Johann: einen kleinen Schaltplan für Unterspannungsabschaltung auf Relaisbasis würde ich machen, kann ich 1:1 aus meiner sicher laufenden Standlichtanlage entnehmen. Das Ding hat auch den Vorteil, daß man das Licht nicht mehr im Stand einschalten kann (ist gut gegen Schabernack ) sondern man muss mindestens ganz langsam fahren... also bewährt, einfach und gut baubar- so wie ich es mag
Wäre auch wieder so ein Modul zum dazubasteln wers möchte. Beim Grundschaltplan hab ich ja wieder möglichst stark vereinfacht wo möglich ohne Leistung zu verlieren.

@Borstelone: die c't habe ich natürlich gleich gestern im Kiosk angeschmökert. Ist ein ganz anderer Ansatz als meiner. Der Autor verwendet einen Schaltregler zur Anpassung der geschwindigkeitsabhängigen Dynamospannung. Das kenne ich ähnlich bisher von Olaf Schultz und evt. auch dem Tunecharger sowie Martin von Pilom.com, PeLu hatte das auch hier schon vorgeschlagen. Alle die das bisher umgesetzt haben haben meines Wissens unter 30km/h geringere Ladeleistungen erreicht als ich jetzt mit der neuen Version, darüber allerdings teilweise höhere. Leider hat der Autor aber keine Leistungskurve veröffentlicht, einfach nur PDA laden ist schliesslich einfach. Wenn den Lader mal jemand nachbaut möge er bitte mal eine Leistungskurve aufnehmen, wäre ein interessanter Vergleich der Konzepte.

Grüsse von
Jens.

Hallo Jens,
das ist glaube ich eine ganz gute Idee, wenn Du den relevanten Schaltplanteil Deiner Standlichanlage mal raußzeichnest - es wäre jetzt von mir sowieso die erste Handlung gewesen, mal zu sehen, wie sich das Abschalten mit einem Relais und möglichst wenig Bauteilen realisieren läßt. Die Schaltung sollte aber während des Betriebs möglichst wenig Anspuch an Strom haben!!!

M f G, Johann

Hallo,
nachdem ich auch schon seit 1 Jahr an dem Thema "arbeite", war ich sehr gespannt auf den c't Artikel. Neue Ideen zum Thema sind zwar positiv zu bewerten, aber m.E. sollte man die folgenden Nachteile nicht übersehen: 1. es eine relativ umständliche Lösung, denn je mehr Elektronik, desto mehr Fehlermöglichkeiten, 2. völlig unzureichender Überspannungsschutz, 3. Verwendung relativ exotischer Bauelemente (was auch schon andere Forumsteilnehmer festgestellt haben).

Mit diesen kritischen Statements werde ich sicherlich einigen Zorn ernten. Hierzu die folgenden Argumente:

Die Ausgangsspannung des Nabendynamo ist nicht nur von der Geschwindigkeit sondern auch von der Last abhängig. Das im c't Artikel gezeigte Diagramm gilt nur für eine konstante ohmsche Last und ist für Elektronik (einschließlich Akkulader) nicht anwendbar.
Bevor ich zum Lötkolben gegriffen habe, oder mir gar irgendwie getraut habe den PDA (bzw. GARMIN GPS) an den Nabendynamo (SON) anzuschließen, habe ich erst einmal realistische Messungen durchgeführt. Dazu bin ich zig Mal einen Berg mit einem Oszilloskop und diverser Lastschaltungen an der Lenkstange den Berg 'rauf und 'runter gefahren (ja wirklich!). Bergab können locker Spitzenspannungen von 100 Volt auftreten!!! Als Überspannungsschutz dienen in der c't Schaltung drei in Serie geschaltete Zenerdioden. Die werden aber kaum einen längeren Downhill überleben. Es dürfte bekannt sein, dass man mit einen normalen Nabendynamo - bei ausreichender Geschwindigkeit - auch 12V Scheinwerfer betreiben kann, was wohl dem Letzten die hohe Ausgangsleistung des Nabendymanos beweißt. Nach dem Tod nur einer der drei Zenerdioden (wegen Überlastung) werden die Elektronik-Chips sofort "gesprengt". Und unser Navi wird ein letztes Rauchzeichen von sich geben.

Hier ein paar Infos zur PDA Stromversorgung: Ein typischer PDA (wie z.B. YAKUMO Delta GPS) benötigt etwa 1W. Ladebeginn der integrierten Elektronik des Lithium Akkus ist etwa 4V. Die externe Versorgungsspannung des PDAs soll möglichst genau 5V betragen, aber NIEMALS mehr! Eine bereits sehr kurzzeitige Überspannung führt zum sofortigem Tod des PDAs!

Wie sieht eine sichere (und bewährte) PDA (oder GPS) Stromversorgung fürs Bike aus? Als robuster Spannungsregler reicht ein preiswerter 7805 (Gehäuse mit Metallflansch) mit entsprechendem Stützkondensator vollkommen aus. Der Spannungsregler hat einen Spannungsabfall von ca. 3V. Die somit minimal notwendige Versorgungsspannung stellt sich aber auf Grund der Characteristic des Nabendynamos bereits bei einer Geschwindigkeit von weniger als 10 km/h ein. Das bedeutet, dass ein Aufwärtswandler (wie im Artikel vorgeschlagen) überflüssig ist. Bei niedrigeren Geschwindigkeiten reicht die Ausgangsleistung des Dynamos eh nicht aus. Ein Abwärtswandler hat zwar weniger Verluste wie ein simpler 7805, aber der Dynamo liefert eh mehr Leistung als wie ein PDA benötigt, d.h. ist ebenfalls überflüssig.
Einige GPS Empfänger benötigen mehr als 5V. Statt des 7805 verwendet man dann z.B. einen 7812, was wegen der Dynamo Characteristic (sie oben) auch funktioniert, wenn auch eventuell erst ab 15 km/h. Meistens ist man sowieso schneller unterwegs.

Ein 7805 oder vergleichbare vertragen am Eingang max. 30V. Diese Spannung kann bergab leicht überschritten werden. D.h. ein zuverlässiger Überspannungsschutz ist notwendig. Wie schon oben erwähnt, eine Serienschaltung von Zenerdioden ist eine Todsünde für die Elektronik. Sicherer ist es, wenn mehrere Varistoren parallel geschaltet werden. Es verteilt sich so die Leistung und bei Ausfall eines Varistors (z.B. losvibrierte Lötstelle) bleibt eine ausreichende Schutzwirkung erhalten. Die Nennspannung der Varistoren muss deutlich unter 30V liegen (z.B. 20V).

Ich hoffe mit meinem langatmigem Beitrag keine Fragen zum Thema offen gelassen zu haben. Auf meiner HP gibt es mehr Details dazu . Die hier beschriebene Elektronik ist "Transalp-erprobt".

Hallo k-dieter,
ich bin mir nicht so ganz sicher, ob Du Deine Emotionen bzgl. Ladegerät aus der C’t im richtigen Forum abgelassen hast – wenn ich es richtig sehe wird dieses Ladegerät hier kaum favorisiert. Wie Du hoffentlich gesehen hast haben wir hier ganz andere Lösungsansätze.

Trotzdem kann ich Deine Ansichten in einigen Punkten nicht teilen:
Zitat: „...1. es eine relativ umständliche Lösung, denn je mehr Elektronik, desto mehr Fehlermöglichkeiten...“ – Deine Aussage erscheint mir hier sehr pauschal und polemisch. Erinnert mich an den Spruch: „Jute statt Plastik...“

Bezüglich des unzureichenden Überspannungsschutzes teile ich Deine Ansicht – z. B. die drei in Serie geschalteten Z-Dioden werden eine längere Bergabfahrt vermutlich nicht aushalten und höchstwahrscheinlich durchlegieren, was den Nabendynamo allerdings mit hoher Wahrscheinlichkeit kurz schließen wird. Dies wird aber vermutlich zur Folge haben, dass die Bergab-Energie im Ohmschen Bereich des Nabendynamos umgesetzt wird und vermutlich nicht mit Rauchzeichen aus den Elektronik-Chips.

Allerdings könnte man obiges Problem damit absichern, dass man, wie im Forumslader eine Thermoabsicherung, an die Z-Dioden anbringt und damit den Dynamo, bei zu hoher Temperatur der Z-Dioden wegschaltet.

Bezüglich „...Verwendung exotischer Bauteile...“ teile ich Deine Ansicht sogar vollständig, da ich die verwendeten ICs weder bei Conrad, noch bei Reichelt finden konnte, die ja die Hauptlieferanten für Bastler sein dürften. Bei MAXIM kann man natürlich die Datenblätter der ICs ansehen – deren Werte find ich gar nicht so schlecht...

Im Besonderen stellt der Ansatz aus der C’t, entgegen Deiner Aussage, keine konstante ohmsche Last dar, da er die Last aufgrund des StepUp-/ StepDown Schaltregelverhaltens an die Spannung des Nabendynamos anpasst – ein Konzept, das sehr effizient sein dürfte, wenn es funktioniert und genügend abgesichert ist.

Dass der Nabendynamo ohne Last sehr hohe Spannungsspitzen aufbauen kann ist im Forum bekannt – ich habe z. B. ähnliche Messwerte (mit ähnlichem Equipment am Lenker wie Du) erreicht und wenn ich mich richtig erinnere auch geposted. Spitze war um die 130V... Natürlich werden deshalb die im C’t – Ladegerät verwendeten Schottkydioden (SB130 – Sperrspannung 30V) früher oder später in Sperrrichtung mehr Strom fließen lassen, als in Durchlassrichtung. Allerdings wird dies vermutlich auch nicht dazu führen, dass die Elektronik den Hut hebt und Rauchzeichen gibt – schon auch deshalb, weil bei einem ausgefallenem StepUp-/ StepDown Schaltregler keine Energie mehr über den Kondensator C6 fließen kann.

Das Konzept des Forumsladegerätes arbeitet zwar, wie schon angesprochen, auch mit einer ähnlichen Eingangsspannungsbegrenzung, aber es sichert ein Abschalten des Nabendynamos bei zu starker Erwärmung... – dafür läuft dann das Rad den Berg hinunter etwas schneller...

Darüber hinaus, selbst wenn die Elektronik Rauchzeichen gäbe und auch den Kondensator C6, im Ladegerät aus der C’t zerstören sollte, kann man sich der Pufferwirkung von NiMh-Akkus mit 2.3Ah bewusst sein. Das bedeutet, dass hier kaum eine höhere Spannung als 5.6V an den 4 Akkus entstehen wird. Trotzdem kann natürlich ein sensibler PDA unter Umständen schon bei dieser Spannung kaputt gehen.

Einen von Dir favorisierten 5V Linearregler (7805) für den PDA (Leistung ca. 1W) zu verwenden bedeutet allerdings, dass am 7805 unter Umständen, bei schneller Fahrt 3-5Watt verbraten werden müssen – im Winter sicherlich nicht schlecht, den wenn man ihn unter den Sattel einbaut hat man eine Arschheizung... Allerdings fürchte ich, dass dabei ein 7805 auch recht schnell an seine Grenzen kommen wird und dann die ICs im PDA den Hut heben und Rauchzeichen geben.

Natürlich lassen sich die von Dir favorisierten Varistoren bei Deinem Konzept auch wieder zum Zweck der Erwärmung unter den Sattel bauen und es mag ja auch sein, dass sie die daran verbratene Leistung aushalten, aber energetisch betrachtet ist das die totale Verlustschaltung – schade um die schöne Energie, die man für Licht und sonstige Möglichkeiten einsetzen könnte.

M f G, Johann

Hallo Klaus-Dieter,

hier wird Dir keiner böse sein, wir teilen im Wesentlichen Deine Einschätzung.
Auch ist Dein Ladegerät tendenziell gar nicht weit weg von unserem, aber unsere Ladeleistung ist höher (soll keine Kritik sein). Deine Überlastsicherung arbeitet auch anders als unsere, gehen werden aber beide.
Ich habe allerdings das Gefühl, das Du nicht genau weist, über welches Ladegerät wir hier diskutieren (ist bei dem Monsterfaden ja auch kein Wunder), deshalb der kleine Tip: sieh mal hier vorbei, im Moment diskutieren wir hier über die unter "Weiterentwicklung" aufgeführten Varianten und möglichst energiesparende Erweiterungen dazu.

Grüsse von
Jens.

Hallo Johann,

Schaltplan habe ich soweit fertig, braucht wie immer kaum Teile. Wollen wir die Funktion der Einschaltsperre im Stand (Antischabernack ) mit reinnehmen oder auch hier 2 Varianten ?

Die Originalschaltung nach Bergter kann ich nicht nehmen- jedenfalls nicht mit meinem Relais. Das Biest schaltet bereits bei 4V zu und fällt erst bei 1.5V wieder ab (ist etwas wenig, ich weiss )- jetzt ist mir klar, warum das Ding als Unterspannungsabschaltung nicht ging (aber es ist auch nur bei Conrad erhältlich, ich such mir erstmal ein passenderes).
Stromverbrauch: regulär betrieben würde es etwa 10mA fressen, ich strebe aber höchstens 5mA durch Unterspannung an, wäre das noch ok? Es genügt ein simples 1-poliges Kleinrelais, sind die von Omron ok? 1A wird ja auch reichen....

Weiter am Tüfteln,
Grüsse von
Jens.

Hallo Jens,

Ich wäre für beide Varianten - vielleicht kannst Du ja die Teile, die nur für die Einschaltsperre verwendet werden, in einer anderen Farbe kennzeichnen?

Grüße,
Frank

Hallo Frank,

ok, mach ich dann.
Im Moment habe ich ein ganz anderes Problem- ich hab mal Datenblätter von Kleinstrelais durchgesehen und bin darüber gestolpert, dass diese Relais bei 75% der Nennspannung schliessen müssen (ist ok), aber erst bei 10% der Nennspannung wieder öffnen müssen. Nehme ich ein 12V-Relais (so 10mA Schliessstrom) und hänge evt. noch eine Z-Diode davor (sagenwirmal 5V), dann habe ich eine sichere Schliessung erst bei 14V (eigentlich etwas spät), eine sichere Öffnung bei 6.4V (viel zu wenig!) und eine Stromaufnahme bei 12V von 5mA (ganz ok). Im Datenblatt werden andere Kleinstrelais mit je 75% Umschaltspannung genannt "single winding latching models", die werden wohl eher mit Impulsen umgeschaltet? (und es gibt sie auch gar nicht bei Reichelt )

Komm so erstmal nicht weiter,
Jens.

Hallo Johann,

eine kurze Frage zu Deinem Schaltregler-Schaltplan - hat der Kondensator am Ausgang wirklich eine Kapazität von 1500 µF?

Laut Online-Katalog und Datenblatt von Conrad ist so ein Kondensator 10x25mm groß, und hat somit wohl das Volumen von allen restlichen Bauteilen zusammen
Was hätte das für Auswirkungen, wenn man da einen Kondensator mit weniger Kapazität nimmt? In dem KFZ-Adapter, den ich auseinander gebaut habe, war an der Stelle ein Elko mit nur 220 µF - der hat dann auch eine "realistische" Baugröße.

Grüße,
Frank

Hallo Jens, hallo Frank,
bezüglich Antischabernack favorisiere ich auch eher die 2 Varianten.

Diese von Dir und Frank erörterte Relaisthematik hatte ich schon einmal – da lässt sich ziemlich viel tricksen.

Man kann z. B. ein Relais mittels Taster, über einen Widerstand einschalten und dann mal versuchen den Widerstand so groß zu machen, das es gerade nicht mehr einschaltet. Überbrückt man nun den Widerstand mit einem kleinen Elko ca. 45uF (auf Polung achten) lässt sich das Relais wieder einschalten – wenn man den Widerstand im eingeschalteten Zustand dann noch größer macht fällt es, wenn noch etwa 10% der Nennspannung am Relais anliegen ab.

Diese Kombination von Elko und Widerstand vor einem Relais kann man z. B. dazu verwenden den Stromverbrauch im eingeschalteten Zustand deutlich niedriger zu machen.

Zum Anderen lässt sich damit natürlich die Abschaltschwelle höher legen...

Ein weiterer Punkt wäre der, dass man einen Kontaktsatz des Relais dazu benutzt, dass das Relais in Selbsthaltung bleibt, bis z. B. die Spannung so niedrig ist, dass es wieder abfällt.

Dazu schaltet man einen Kontaktsatz (Einschalter) parallel zum Taster.

In diesem Fall schaltet das Relais bei Tastendruck ein und bleibt solange eingeschaltet, bis die Spannung auf einen bestimmten Wert abgesunken ist, den man über den Widerstand bestimmen kann.

Das wäre eigentlich schon die Unterspannungsabschaltung, die sich von den Abschaltwerten ganz gut bestimmen lässt.

Vielleicht habt Ihr ja Lust, mit dieser Trickschaltung zu tüfteln – ich habe im Moment ein paar Dinge zu erledigen, die meine Bastelzeit etwas einschränken...

M f G, Johann

Hallo Frank,
das mit den 1500uF war meine Version des 5V Schaltreglers, um damit einen PDA zu betreiben - ich wollte da auf der sicheren Seite sein...

In irgend einem Beitrag habe ich auch erwähnt, dass dies vor allem für Lichtanwendungen kaum nötig ist, da hier die Restwelligkeit wenig Rolle spielen dürfte. Es reichen da sicherlich die 220uF - wahrscheinlich sogar 100uF.

M f G, Johann

Hallo Johann,
zunächst einmal vielen Dank dafür dass Du das Thema fachlich kompetent aufgenommen hast. Ich habe mich über deine Stellungnahmen gefreut! Davon lebt ein Forum. Hier meine Stellungnahmen:

Ich beobachte den Thread schon sehr lange. Es gibt für die Aufgabenstellung sehr viele Lösungsansätze. Ziel des Forums ist doch wohl dass man unter Freunden Erfahrungen austauscht und sich gegenseitig vor Schäden schützt. Was sind Emotionen? Sicher nicht, wenn Fakten genannt werden. Unterschiedliche Erfahrungen und Meinungen sind jedoch beim Thema Elektronik normal. Wenn dabei alles so ideal und voraussehbar wäre, dann hätten wir nichts zum Diskutieren und mein Job wäre überflüssig. Jetzt aber endlich zum Topic und unserer Diskussion:

Hätte ich das mit einer Reliability Analysis belegen sollen? Weitere Argumente folgen in dieser Antwort.

Es gibt Z-Dioden und andere Z-Dioden (ein Thema der Bauform). Meistens hat man gerade die falschen erwischt. Bei meinen ersten Versuchen für eine Schutzschaltung sind die Z-Dioden hochohmig geworden (Bondig geschmolzen), mit der Folge, dass es wirklich einen Schaltregler-Chip gesprengt hat.

Ist eine von vielen Möglichkeiten. Ich suche stets möglichst kompromisslose Lösungen. Ich verwende deshalb in meiner "persönlichen Ladeschaltung" eine mehrstufige Lösung, die auch nach dem "Runterrasen" von >1000 Höhenmeter eines Alpenpasses noch (ohne Abschalten) funktionierte.

Sorry, bitte genau lesen, ich schrieb das zum "gezeigten Diagramm"

Der Tenor meines Betrags war, dass man den (relativ) aufwendigen Wandler nicht benötigt, weil sich die Spannung des Dynamos an die Last anpasst.

Ich verwende deshalb 200V Dioden und die Schutz-Varistoren (S20K30) sitzen vor dem Gleichrichter, also doppelte Sicherheit

Wenn man das Schutzkonzept so auslegt, dass die Varistoren (oder anderes) erst bei hohen Spannungen einsetzen müssen, dann bleiben die Verluste (und der Bremseffekt) vernachlässigbar. Erklärung: der Dynamo liefert auf Grund seiner mit der Drehzahl (Frequnz) steigenden Impedanz dann fast keinen Strom mehr. Kein Strom - keine Verluste! Wenn gerade kein PDA am Bike ist oder die Scheinwerfer-Akkus schon geladen sind dann wird die resultierende hohe Leerlaufspannung von einem TEMPFET abgefangen (kann über 100 V ab). Mit Last arbeitet der TEMPFET fast so wie ein idealer Schalter (RDSON 0,1Ohm). Also keine weitere "Sattelheizung".

und wenn ich keine Akkus laden will, sondern nur mein Navi spazieren fahren will?

ich erwähnte ausdrücklich den Metallflansch des 7805. Mein PDA sitzt am Bike in einer Wasserdichten Outdoor Box. Der 7805 ist auf ein zusätzlich eingebautes Verstärkungsblech geschraubt. Auch ohne diese "Sicherheitskühlung" würde er kaum warm werden. Die ungeregelte Versorgungsspannung pendelt sich bei realen Geschwindigkeíten und je nach Ladestatus des PDA Akkus zwischen 8 und 12 Volt ein. Er verbrät in dieser Applikation maximal 1,5 Watt. Womit wir auch wieder beim Thema "überflüssiger Step-Up/Step-Down Wandler" wären.

Der "antike" 7805 hat bereits einen Übertemperaturschutz, ist kurzschlußfest und kann praktisch nur mit Überspannungen (>35V) gekillt werden. Dagegen habe ich schon einen PDA Dank eines "zuverlässigen" Schaltspannungsreglers in einem fertig gekauften Adapter im Auto opfern müssen (das Teil erzeugte Spikes). Meine Emotion zum Thema "Fehlermöglichkeiten".

die Antwort darauf habe ich bereits weiter oben gegeben - ich verzeihe dir deine "Emotionen"
Ok, nichts für ungut. Ich denke dass unsere Diskussion neue Denkanstöße zur Weiterentwicklung liefern kann. Warum sollte das kein Thema des Forums sein?

MfG
Klaus-Dieter

Hallo Johann,

vielen Dank für die Tips zur Relaisansteuerung, ich probiere das aus.
Hatte jetzt früh auf dem Rad zur Arbeit ja auch ne Stunde Zeit nochmal nachzudenken und auch noch einen Ansatz gefunden, werde mich dann mit den Ergebnissen melden.
Ziel wäre für mich eine Ein/Ausschaltschwelle von 8-9V, also 0.9-1V je Zelle.

@Klaus-Dieter: wir verwenden keinen Schaltregler in der Ladeschaltung, nur so als Tip. Wir diskutieren im Moment Schaltregler im Ausgangsbereich zwischen Akkus und Geräten als Alternative zu fertig gekauften Geräteadaptern. Punkt.

Grüsse von
Jens.

Hallo Klaus-Dieter,
vielen Dank für Deine ausführliche Resonanz, die abgesehen von dem Punkt mit dem 7805, jetzt bei mir kaum noch Kritik aufkommen lässt. Werde deshalb, um es mir einfacher zu machen, auch nicht weiter auf ehedem klare Punkte eingehen. Anstatt einer „...Reliability Analysis...“ hätten mir auch schon vorgestern, Deine jetzt verwendeten Argumente gereicht, um anders auf Deinen Beitrag eingehen zu können.

Deine Ansicht, wonach mehr Elektronik mehr Fehlermöglichkeiten bietet teile ich natürlich immer noch nicht so pauschal, wie es von Dir zum Ausdruck kam.

Die Fehlermöglichkeiten stecken weniger in der Menge an Elektronik, als in den verwendeten Systematiken, vor allem an den nicht simulierten Möglichkeiten der Schnittstellen dieser Systeme – dafür, diese Möglichkeiten durchzuspielen und bewusst werden zu lassen, ist natürlich das Forum ein optimaler Raum. Im Wesentlichen auch ein Grund für mich, in diesem Forum mitzumachen.

Sehr interessant finde ich Deine Anmerkung bezüglich „...TEMPFET...“ – in diese Richtung dachte ich bis jetzt noch nicht. Wenn ich Deine Beschreibung richtig interpretiere schließt er den Nabendynamo kurz, wenn gewisse, zu sichernde Kriterien eintreten. Damit nimmt der Nabendynamo natürlich auch keine Leistung mehr aus der Fahrt – ohmscher Innenwiderstand unberücksichtigt.

Ich denke, dass ich dieses Prinzip, welches relativ verlustarm arbeiten dürfte, in Form eines Reglers, für überschüssige Energie, in meinem persönlichen Ladegerät zum Einsatz bringen werde – die Thermoabschaltung des Forumsladegerätes scheint mir zwar weitestgehend sicher und stabil, jedoch persönlich gefällt mir dabei die Temperaturthematik nicht so übermäßig. Sie blieb von mir unkritisiert, weil sie mir eine einfache Sicherungsmöglichkeit für Nichtelektroniker zu sein scheint und das sind auch die wesentlichen Kriterien nach denen sich das Forum meiner Meinung nach zu orientieren hat.

Mich persönlich störte es auch wenig, wenn ich zur Befriedigung meiner Ansprüche nach geringer Verlustleistung und hoher Sicherheit, noch einige Operationsverstärker, oder einen kleinen Controller zur Überwachung diverser Parameter einbauen müsste – für Dich ist es natürlich wieder mehr Elektronik und damit höhere Fehlermöglichkeit.

Inzwischen kann ich einschätzen, dass Deine Anlage vermutlich sehr sicher ist – das was mir daran missfällt ist die Höhe der Verlustleistung – wenn ich diese minimieren will, und dies ist meine Absicht, sehe ich keinen Weg vorbei an mehr Elektronik.

Zitat: „Der Tenor meines Betrags war, dass man den (relativ) aufwendigen Wandler nicht benötigt, weil sich die Spannung des Dynamos an die Last anpasst.“

Diese Aussage „...weil sich die Spannung des Dynamos an die Last anpasst...“ ist natürlich von mir unwidersprochen.

Da ich selbst etliche Messreihen mit Mess-Equipment am Lenker gefahren bin, ist mir allerdings aufgefallen, dass man aus einem Nabendynamo noch drastisch mehr an Leistung herauskitzeln kann, wenn man in diesen Umstand, dass sich die Spannung des Dynamos an die Last anpasst, mittels geeigneter Regelung, verschiebend eingreift. Mit einem Linearregler sehe ich hierbei keinerlei Möglichkeit – mit einem StepUp-, StepDownregler natürlich schon eher. Allerdings ist das in der C’t vorgestellte Konzept, sieht man mal von den Sicherheitslücken, welche sich nach meiner Meinung stopfen lassen, weit davon entfernt, da hierfür ein nach Kennlinie gesteuerter Schaltregler und davor eine steuerbare Phasenverschiebung zwischen Dynamo und Last erforderlich ist.

Natürlich sind dabei die von Dir und im Forum angedachten Sicherungsthemen auch für mein persönliches Projekt von elementarer Bedeutung.

Zitat: „...Wenn man das Schutzkonzept so auslegt, dass die Varistoren (oder anderes) erst bei hohen Spannungen einsetzen müssen, dann bleiben die Verluste (und der Bremseffekt) vernachlässigbar...“

Das sehe ich wesentlich anders, da das verbindende Glied zwischen den hohen Spannungen und den benötigten 5V ein Linearregler ist. Bei etwa 200mA (der Strom für den PDA) wird bergab die Spannung vor dem Linearregler auf mindestens 20-30V ansteigen, bis sie von Deinen Varistoren begrenzt wird – außer die von Dir verwendete Ladeschaltung nimmt deutlich weniger Energie aus dem Dynamo, als z. B. mein derzeitiges Ladegerät, oder der Forumslader..

Na gut, ich sehe schon, wir haben verschiedene Ansprüche an ein Ladegerät – sehen wir zu, was daraus wird.

Denke zudem, dass es nicht sinnvoll ist, im „Forumsladerthread“ über kontroverse Ladetechniken zu diskutieren, da vielen Interessierten, die nur ein einfaches, sicheres und nachbaubares Ladegerät für sich haben möchten, nicht möglich ist dieser Diskusion zu folgen – natürlich gehören aber nach meiner Meinung Sicherheitsaspekte durchaus in den „Forumsladerthread“!

Vorschlag: Weiterer Austausch per PN, oder ein neuer Thread zum Thema „...kontroverse Ladetechnik...“ oder ähnlich...

M f G, Johann

Hallo Johann,

bin mittlerweile eifrig dabei, die Schaltregler zusammen zu bauen. Die Schaltregler an sich (6,1V für Scheinwerfer, 5,2V für USB) funktionieren super, auch die Sache mit der "USB-On"-LED klappt perfekt.

Sobald ich aber den Überspannungsteil dranlöte habe ich am Ausgang keine Spannung mehr. Bislang habe ich noch keinen Fehler in meiner Verdrahtung gefunden, aber ich werde da natürlich weiter prüfen. Dazu noch eine Frage zum Thyristor MCR 103. Da ich den nicht bekommen konnte habe ich den P0109-AA von Conrad genommen. Wie genau muss das Teil angeschlossen werden? Ich habe jetzt (laut P0109-Datenblatt) das Thyristor-Gate in Richtung der Diode, die Kathode an Masse und die Anode an das Gate vom IRFZ44 angeschlossen. Ist das richtig?

Grüße,
Frank

Hallo Frank,
nach Deiner Beschreibung ist er richtig angeschlossen.

Klemme mal den Tyristor am Gate des IRFZ44 ab (Widerstand nach Ubatt muss dran bleiben) und teste ob Du dann Spannung hast.

Es kann aber auch sein, das Du nur das Poti falsch eingestellt hast. Es muss für den Anfang so eingestellt sein, dass es entweder auf Links- oder Rechtsanschlag steht - der Widerstand zwischen Mittelpunkt und Masse muss ~ 0 Ohm sein.

Nachdem Du es auf 0 Ohm eingestellt hast muss für einen kurzen Moment (evtl. kannst Du da auch einen Taster einbauen) Anode zur Kathode überbrückt werden, um den Tyristor wieder frei zu schalten.

Danach kannst Du das Poti so hoch drehen, dass der Abschaltpunkt gerade noch nicht anspricht - mit dem Taster immer wieder frei schalten, wenn es angesprochen hat.

M f G, Johann

Hallo Johann,

bin mir mittlerweile relativ sicher, dass ich alles korrekt verdrahtet habe. Aber der Überspannungsteil will nicht funktionieren


Nein, Spannung habe ich dann nicht - zumindest nicht am Ausgang. Wenn ich bei abgeklemmten Gate und Poti auf Anschlag in Richtung Inp+ die 12V an den Eingang des Schaltreglers lege leuchtet die Überspannungs-LED kurz auf, wird dann schnell schwächer, und der Thyristor wird richtig heiß (bis hin zu Rauchzeichen) . Ich hoffe, dass das Teil noch lebt...
Drehe ich den Poti komplett in die andere Richtung und lege dann Spannung an bleibt der Thyristor kühl, am Ausgang ist immer noch keine Spannung. Am Eingang des Überspannungs-Teils messe ich satte 10,92V, statt der erwarten 5,2V. Bevor ich den Überspannungs-Teil drangelötet habe waren es an der Stelle exakt 5,2V. Wie kann das sein?
Ob bei der Rauchzeichenschaltung auch fast 11V am Eingang anliegen habe ich jetzt nicht gemessen, war zu sehr damit beschäftigt, die Stromversorgung zu unterbrechen


Probiert, siehe oben. Der Thyristor wird übrigens in der einen Poti-Stellung auch heiß, wenn er am Gate des IRFZ44 angeschlossen ist, hat also wohl nichts damit zu tun.


Probiert (zumindest in der einen Richtung, in der der Thyristor nicht gekocht wird) - kein Effekt, immer 0V am Ausgang, LED leuchtet nicht.

Hast Du noch irgendwelche Ideen, was ich falsch gemacht haben könnte? Ansonsten werde ich morgen Abend versuchen beim lokalen Elektronik-Dealer einen MCR 103 oder einen gleichwertigen Ersatz zu bekommen (sicherheitshalber, falls der P0109 hinüber ist). Dann werde ich den Überspannungs-Teil nochmal von Grund auf neu löten - vielleicht wird's dann besser...

Grüße,
Frank

Hallo Frank,
sorry, aber das verflixte Bauteile sparen hat Dir jetzt wahrscheinlich den Tyristor zerlegt - es muss unbedingt noch in Reihe zur D1 ein Widerstand von etwa 1-5 kOhm, weill es sonst das Poti und den Tyristor zerstört, wenn das Poti mit dem Mittelpunkt auf die Betriebsspannung kommt. Hängt allerdings ein wenig von der Leistungsfähigkeit Deines Netzteiles ab...

Das Poti soltest Du auch überprüfen.

Der Tyristor lässt sich mit einem Vielfachmessinstrument im ausgelöten Zustand auch testen - schreibe gleich noch etwas dazu.

M f G, Johann

Den Tyristor kannst Du folgendermaßen messen:
Im nicht angeschlossenen Zustand muss er zwischen Anode und Kathode hochohmig sein - und zwar in beiden Richtungen. Also einmal mit Plus (vom Messinstrument) auf der Anode und mit Minus auf der Kathode und dann umgekehrt.

Mit Plus vom Messinstrument an der Anode und mit Minus an der Kathode kannst Du eine weitere Messung machen - nehme Krokodilklemmen dazu. Wenn Du nun ganz kurz eine Verbindung zwischen Anode und Gate herstellst muss das Instrument eine Diode in Durchlassrichtung messen und zwar so lange, bis Du Anode und Kathode kurz überbrückst. Danach muss der Tyristor in Durchlassrichtung wieder hochohmig sein.

Das Poti zu testen müsstest Du eigentlich selbst können.

Des weiteren solltest Du den Schaltregler überprüfen - möglicherweise ist er auch defekt - das kann trotzdem er eine Kurzschlusssicherung hat passieren, wenn ihm bei hohem Stromfluss die Eingangsspannung wegbricht - das ist mir passiert, als sich meine Akkus tief entladen hatten. Ich hatte davon berichtet.

M f G, Johann

PS
Denke auch, dass es besser ist, wenn Du für weitere Versuche einen Widerstand, etwa 100 Ohm zwischen Schaltregler Plus Ausgang und dem Überspannungsabschalter legst - dann kann nichts mehr abbruzzeln...

Hallo Johann,

Danke für Deine Tips. Ich habe jetzt die wahrscheinliche Ursache gefunden - trotz mehrfacher Überprüfung war letztendlich doch etwas falsch verdrahtet - ich hatte tatsächlich Gate und Source des IRFZ44 vertauscht .


Tja, wenn ich ein vernünftiges Messgerät hätte könnte ich das wohl machen. Habe aber nur so ein sehr einfaches Multimeter. Bei Anode und Kathode scheint der Messbereich (2000 K) nicht auszureichen, wenn ich Gate und Anode messe fängt der Widerstand bei ca. 100K an und wird dann schnell größer bis > 2000K. Keine Ahnung, ob das ein "Lebenszeichen" ist.
Der lokale Händler hatte aber was passendes da, einen "BRX49" (0,75 EUR), welcher bis auf die "Peak Repetitive Off-State Voltage" (400V statt 300V) mit dem BRX48 übereinstimmt, und der wiederum soll laut der Vergleichstabelle des Händlers dem MCR103 entsprechen. Und auf dem Gehäuse des Teils steht P0102-DA - mit dem P0109-AA lagst Du also gar nicht mal sooo schlecht!


Tja, so richtig gesund scheint der tatsächlich nicht mehr zu sein - die Ausgangsspannung liegt ohne Überspannungs-Teil immer noch bei > 11V (gut, dass ich mit dem Multimeter teste und nicht mit dem MP3-Player ). Also hat's den MC34063 wohl zerrissen. Gut, dass ich einen mehr als nötig bestellt habe...

Grüße,
Frank

Hallo Frank,
dann hoffe ich mal, dass Du den IRFZ44 jetzt richtig dran hast. Wenn man die Aufschrift auf dem IRFZ44 lesen kann, ist Drain in der Mitte, Gate links davon und Source rechts davon - nur zur Information: Drain und das Metallplättchen des IRFZ44 sind intern miteinander verbunden - Kurzschlussrisiko...

Nachdem gar kein Strom kam hätte ich eigentlich auch daran denken können, dass da etwas vertauscht war – aber jeder selbst gefundene Fehler erweitert die eigenen Kenntnisse...

Zum Tyristor messen tut es ein einfaches Messinstrument völlig, wie für die meisten Messanwendungen.

Zum Messen von Transistoren, Dioden und Tyristoren stellt man das Instrument auf Diodenmessung, da man es bei diesen Bauteilen messtechnisch mit Dioden zu tun hat.

Im wesentlichen gibt es bei der Diodenmesserei nur drei mögliche Ergebnisse:
1. hochohmig – das Instrument zeigt dann einen undefinierten Wert. Dafür gibt es 2 Ursachen: entweder misst man die Diode in Sperrrichtung, dann ist es ok, oder die Diode ist kaputt (nicht durchlegiert, sondern durchgebrannt).
2. ein definiertes Ergebnis: z. B. etwa 200-300 (das Instrument meint damit Millivolt, wenn weiter nichts angegeben ist) dann hat man vermutlich eine Schottkydiode, die man in Durchlassrichtung misst. Oder, z. B. 500-750, dann handelt es sich um eine normale Diode, in Durchlassrichtung. Das Instrument zeigt praktisch den Spannungsabfall an der Diode in Durchlassrichtung, in mV.
3. niederohmig – das Instrument zeigt ~0, oder wenig darüber. Daraus ist zu schließen, dass die Diode defekt (durchlegiert) ist. In Sperrrichtung gemessen müsste dann normalerweise das selbe Ergebnis vorliegen.


Beim Deinem Tyristor ist aufgrund der vorangegangenen Belastung eine Messung zwischen Kathode und Gate wichtig. Mit Plus am Gate sollte sich dabei ein Messwert von ca. 600-900 (mV) einstellen (in Gegenrichtung hochohmig, also undefiniert).

Falls sich diese Werte ergeben ist der Tyristor mit großer Wahrscheinlichkeit noch ok.

Bezüglich Schaltregler MC34063:
Der ist zwar billig – das ist es aber auch schon. Ich werde den MC34063 wahrscheinlich nur für Beleuchtungszwecke verwenden und mir für teurere Elektronik einen anderen Schaltregler vorsehen. Einen Schaltplan und Details gibt es demnächst – habe momentan nur etwas wenig Zeit zum Spielen und Basteln...

M f G, Johann

Hallo Johann,


Nö, das Ding ist im wahrsten Sinne des Wortes abgeraucht. Aber der neue Thyristor liefert genau die von Dir beschriebenen Werte

Bin aber trotzdem frustriert - irgendwie funktioniert der eigentlichen Schaltregler nicht so richtig. Nach Austauschen des MC34063 liefert er zwar wieder stabil 5,15V, aber er bringt damit eine Fahrradlampe gerade mal zu einem kaum wahrnehmbaren Glimmen, wird dabei aber selbst ziemlich heiß (die Überspannungs-Schaltung und die LED-on-Schaltung sind noch nicht dran).
Die 6V-Variante, die ich parallel aufgebaut habe, zeigt ein anderes, aber ebenso unbefriedigendes Verhalten - bei der ersten Inbetriebnahme brannte die Lampe eine halbe Minute lang schön hell, dann ging sie plötzlich aus. Der MC34063 wird jetzt auch schön heiß, aber die Lampe glimmt wie bei der 5V-Variante nur noch schwach vor sich hin. Wenn ich die Spannung am Ausgang messe springt sie meistens wild zwischen 1 und 5V hin und her, gelegentlich messe ich aber auch stabil 6,10V.

Beim fertigen Schaltregler aus dem KFZ-Adapter (5,3V) leuchtet die Lampe dagegen schön hell und stetig, und das IC wird nur etwas über handwarm.

Was kann ich falsch gemacht haben? Hat die Spule vielleicht einen so großen Effekt auf die Leistung? Aufgrund der enormen Baugröße der R**chelt-Spulen habe ich Spulen vom lokalen Händler verbaut, die äußerlich eher einem Widerstand gleichen - zwar auch 100µH aber halt deutlich kleiner.


Der MC34063 scheint bei mir nicht mal für die Beleuchtung zu taugen

Der Recom-Schaltregler von C**rad (154483), den JensD gefunden hat, erscheint mir so langsam als eine echte Alternative. Der ist zwar richtig teuer, aber vermutlich kann man damit nicht so viel falsch machen. Außerdem ist der wirklich extrem klein...

Apropos klein - eine Frage an JensD: Die Ultra-Low-ESR Kondensatoren von C**rad sind ja wahre Monster - die 220µF / 50V messen 25 x 10 mm, und die 100µF / 50V noch 16 x 10 mm. Sind Deine Kondensatoren, mit denen Du die Schaltung entwickelt hast, auch so riesig? Wird mir noch richtig Kopfzerbrechen bereiten, die Dinger zusammen mit den Schaltern, Buchsen und sonstigem Kleinkram im Gehäuse unterzubringen...

Grüße,
Frank

Hallo Frank,
ich denke, dass die kleinen Spulen der Fehler waren – vermutlich hast Du nun 2 weitere defekte Schaltregler...

Das Problem bei den kleineren Spulen ist deren höherer ohmscher Widerstand, eine geringere Kernsättigung und stärkere Induktivitätsabnahme bei Gleichstrombelastung – dabei verheizt Du bei ungesicherten Schaltreglern die Endstufe. Was Dir übrigens bei einem teureren Schaltregler auch passieren kann. An den baugrößeren Induktivitäten von Reichelt, oder vergleichbar, wirst Du vermutlich nicht vorbei kommen.

Ich dachte, dass Deine Schaltregler grundsätzlich funktioniert hätten und nur die Überspannungssicherung noch Probleme gemacht hätte!?!?

Weitere Möglichkeiten für Fehler wären die Schottkydiode – die sollte mal gemessen werden. Außerdem könntest Du eine Seite der T4148 ablöten und den Schaltregler mal ohne die LED-Ansteuerung betreiben – es kann nämlich sein, dass die T4148 oder der kleine Elko mit 47uF defekt ist. Das könnte ähnliche Phänomene erzeugen.

Überprüfe auch noch einmal, ob der 1000pF Kondensator wirklich richtig angeschlossen ist, da es sonst sein kann, dass der Schaltregler mit einer sehr hohen Taktfrequenz arbeitet und er sich deshalb bei Last so stark erwärmt.

Ich habe inzwischen meine MC34063 am Arbeiten – mit dem einen erzeuge ich aus ca.13V Eingangsspannung 3.1V für eine Power-LED und 5.8V für einen 6V/ 2.4W Fahrradscheinwerfer, um wenigstens in diesem Punkt der StVO entsprechen zu können... Das Ganze läuft ohne Probleme. Für USB (Festplatte und PDA - 5.2V) habe ich einen anderen Schaltregler genommen und zusätzlich die Überspannungssicherung eingebaut.

Schutz vor Tiefentladung der Akkus muss ich noch einbauen, da die auch die Schaltregler zerstören kann. Um das problematische Bauteil schneller auswechseln zu können hat es, bis alles passt, eine 8-polige IC-Fassung bekommen.

M f G, Johann

Wichtig:
Inzwischen habe ich den Schaltplan der Überspannungssicherung abgeändert – die Diode entfällt völlig, und der Kondensator wurde von 0.01uF auf 0.1 uF erhöht. War durch den kleinen Kondensator, ohne die Diode etwas übersensibel geworden...

Relevant beim Betrieb von Power-LEDs:
Dazu habe ich im Schaltregler noch einen Widerstand, 0.5 – 1.0 Ohm vorgesehen (siehe geänderter Schaltplan), da ich beim Betreiben der Power-LEDs festgestellt habe, dass sie ihren Innenwiderstand durch Erwärmung deutlich verkleinert und dadurch bei konstanter Spannung der Strom zu stark ansteigt. Durch diesen Widerstand wird eine Strombegrenzung (fast schon Konstantstrom) erreicht. Wenn man keine Strombegrenzung, sondern ein konstante Spannung will muss er wie bisher, 0Ohm (=Drahtbrücke) haben. Durch die Strombegrenzung ändert sich der Spannungsteiler wesentlich – am besten mit Poti ausprobieren – z. B. den 1.5k durch ein 2.2k Poti ersetzen.

nochmal der Link zum Schaltplan

Hallo Frank,

diese Elkos sind in der Tat gross. Sie sind aber auch der Grund, warum ich mich vom Entwicklungsziel einer kleineren Schaltung verabschieden musste- ich fing mit gaaanz kleinen Kondensatoren an und war über die abgegebene Leistung tief enttäuscht. Du kannst zu Testzwecken ja mal kleiner bauende Kondensatoren probieren, evt. reicht die Leistung da auch (ich bin gleich aufs Extrem gewechselt, aus meiner Sicht optimale Stromdurchlässigkeit halt- der gesamte Ladestrom geht direkt durch C1-C3!!!). Ich habe auch den Eindruck, daß mit den anderen Kondensatoren die geschwindigkeitsabhängigen "Leistungsberge" deutlich flacher ausfielen- der Spitzenstrom also deutlich niedriger war.
Ich habe durch räumliche Schachtelung der Bauteile (Drahtigel) den Platzbedarf aber noch im Rahmen halten können, ich werde jetzt Elektronik und Akkus im gleichen Gehäuse unterbringen wie vorher nur die Elektronik (Alugehäuse etwa 114x65x30), baue aber auch nur 3 Zellen LiIon (Handyzellen) und verwende einen gekauften Schaltregler fürs (Eigenbau-) Licht.

Grüsse von
Jens.