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Driver LED per luce bicicletta (dynamo)

Elettronica lineare e digitale: didattica ed applicazioni

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[1] Driver LED per luce bicicletta (dynamo)

Messaggioda Foto UtentedrGremi » 12 gen 2020, 18:13

Stavo cercando di sviluppare un circuito per alimentare un led per i fari della bicicletta con una dynamo a bottiglia.
Basandomi su queste misure http://www.pilom.com/BicycleElectronics/Dynamo.htm e dati alla targa della dynamo 6 V e 3 W suppongo che la dyamo sia in grado di fornire una corrente di circa 500 mA.
Ho misurato una tensione di picco a vuoto di circa 28 V.

Per pilotare il led scelto con una corrente di 260-300 mA ho sviluppato il seguente circuito:
Immagine.png

la scelta dei componenti è stata dettata più dal fatto che fossero presenti su aliexpress e nel database di ltspice.
Qui
Luce bici.zip
(862 Byte) Scaricato 16 volte
il file ltspice.

Ci sono annotazioni/suggerimenti?
Poi avrei una seconda domanda da nabbo che non c'entra niente con l'argomento (o meglio è correlata). Voi come cercate i datasheet di un componente elettronico? Cioè esiste un database unico dove cercare il componente che ho in mente? Che simulatore di circuiti usate?

Ciao e grazie di tutto!
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[2] Re: Driver LED per luce bicicletta (dynamo)

Messaggioda Foto UtenteBrunoValente » 14 gen 2020, 11:40

Lo zener messo in parallelo al ponte non va bene, per tensioni maggiori di Vz cortocircuiterebbe l'alternatore, puoi toglierlo, non serve.

quello della bicicletta è un alternatore, non una dinamo, anche se abitualmente, sbagliando, viene chiamato dinamo.

Dovrai montare il mosfet su un piccolo dissipatore di calore.
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[3] Re: Driver LED per luce bicicletta (dynamo)

Messaggioda Foto UtentedrGremi » 14 gen 2020, 15:20

BrunoValente ha scritto:Lo zener messo in parallelo al ponte non va bene, per tensioni maggiori di Vz cortocircuiterebbe l'alternatore, puoi toglierlo, non serve.

Si in effetti hai ragione, quello che era mia intenzione era non far superare i 25 V per la V_GS per evitare di danneggiare il FQB55N10. Forse metto un partitore di tensione, ma se poi è troppo bassa? Mi sembra vada in saturazione a 4 V. Ci metto una resistenza in serie allo zener? Se no metto uno zener da 20V tra il gate del MOSFET e massa?

BrunoValente ha scritto:quello della bicicletta è un alternatore, non una dinamo, anche se abitualmente, sbagliando, viene chiamato dinamo

Si, hai ragione. L'ho chiamata col nome "commerciale".

BrunoValente ha scritto:Dovrai montare il mosfet su un piccolo dissipatore di calore

Basta avvitarlo ad un blocchetto di alluminio?
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[4] Re: Driver LED per luce bicicletta (dynamo)

Messaggioda Foto UtenteIsidoroKZ » 14 gen 2020, 15:42

Ho due osservazioni, una sulla simulazione, l'altra sui componenti.

Quella simulazione non rappresenta il circuito vero: l'alternatore e` modellato con un generatore ideale di tensione, cosa molto lontano dal vero. Vedendo le curve della pagina linkata, sembra che ci sia una impedenza interna non indifferente, per cui non puoi aspettarti una buona modellazione della realta`.

Il condensatore da 3.3mF dopo il raddrizzatore mi sembra una enormita`: la corrente e` di 200mA massimi e la frequenza va da qualche decina di hertz a salire, direi che basti molto meno, anzi si potrebbe anche vedere come funziona senza condensatore.

Il MOS usato mi pare molto sovradimensionato, 100V e 55A potrebbero tenere una lampada di un'auto, altro che una lampada da bici! Visto che la tensione potrebbe essere bassa, forse sarebbe opportuno usare un transistore bipolare al posto di un MOS, in modo da poter scendere di tensione e avere ancora un po' di luce.
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[5] Re: Driver LED per luce bicicletta (dynamo)

Messaggioda Foto UtenteBrunoValente » 14 gen 2020, 17:05

drGremi ha scritto:...Ci metto una resistenza in serie allo zener? Se no metto uno zener da 20V tra il gate del MOSFET e massa?

Zener tra gate e source va bene, se metti una R in serie a tutto poi ci scorre dentro anche la corrente dei led e dissipi inutilmente potenza.

Oppure, come suggerisce Foto UtenteIsidoroKZ, metti un transistor al posto del mosfet così hai luce anche quando vai piano ed inoltre lo zener non serve più.

Forse è meglio un transistor darlington
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[6] Re: Driver LED per luce bicicletta (dynamo)

Messaggioda Foto UtentedrGremi » 15 gen 2020, 15:44

IsidoroKZ ha scritto:Quella simulazione non rappresenta il circuito vero: l'alternatore e` modellato con un generatore ideale di tensione, cosa molto lontano dal vero. Vedendo le curve della pagina linkata, sembra che ci sia una impedenza interna non indifferente, per cui non puoi aspettarti una buona modellazione della realta`.

Si quello è vero. Però come faccio a misurare l'impedenza del generatore? Se avessi un oscilloscopio potrei vedere come varia l'andamento tra tensione e corrente.
Invece a partire dal grafico che mostra l'andamento della potenza in funzione della velocità potrei cercare di calcolare l'induttanza serie con un fitting, ma senza sapere la frequenza alla quale è stata misurata la velocità non so quanto sia preciso. Secondo te è molto rilevante (a naso)? In ogni caso dovrei avere una simulazione per eccesso, quindi di sicuro non rischio di bruciare l'elettronica.

IsidoroKZ ha scritto:Il condensatore da 3.3mF dopo il raddrizzatore mi sembra una enormita`: la corrente e` di 200mA massimi e la frequenza va da qualche decina di hertz a salire, direi che basti molto meno, anzi si potrebbe anche vedere come funziona senza condensatore.

Ottimo, lo provo con uno minore (così diminuiscono anche le dimensioni).

IsidoroKZ ha scritto:Il MOS usato mi pare molto sovradimensionato, 100V e 55A potrebbero tenere una lampada di un'auto, altro che una lampada da bici! Visto che la tensione potrebbe essere bassa, forse sarebbe opportuno usare un transistore bipolare al posto di un MOS, in modo da poter scendere di tensione e avere ancora un po' di luce.

SI, è vero! Diciamo che lo avevo trovato a 0,20 € e allora ho detto va bene, si può fare. Se metto 2 2N2222 come configurazione darlington?
Annotazione 2020-01-15 143129.png

Il diodo led dovrebbe far cadere circa 3-3,6 V, quindi il transistor potrebbe dover dissipare 300 mA * 3 V = 800 mW che sono >> dei 500 mW supportati. In realtà potrei ovviare al problema mettendo 2 diodi led in serie nel caso il generatore fosse in grado di alimentarlo.

BrunoValente ha scritto:Forse è meglio un transistor darlington

Avevi qualche modello in mente?

Avete qualche libro di esempi di elettronica da consigliare dove vengono mostrati dei circuiti e le scelte fatte spiegate? Io ho studiato sul sedra smith che reputo veramente ben fatto, ma ci sono cose che in generale mi sono poco chiare, per esempio BJT vs MOSFET si ok principio di funzionamento diverso, tempi di risposta diversi, uno pilotato a corrente l'altro a tensione etc bla bla. Ma quando uno è meglio dell'altro (nei circuiti logici MOS e siamo d'accordo, ma nel resto)? Spesso mi sembra ci siano casi in cui la scelta può essere del tutto arbitraria (tipo la cavolata che sto facendo io ora) e che dipenda soprattutto dal gusto personale del progettista a cosa è più affezionato o dal costo. Perché a naso tenderei a preferire sempre i MOSFET per via della quasi corrente nulla al gate e della maggior efficienza energetica. Ma forse è perché li ho cronologicamente studiati prima e la risposta quadratica mi risulta più "paciosa".
I BJT credo mediamente costino meno e hanno tempi di risposta migliori (ma non sempre). Forse sto andando un po' off-topic :oops:

Ciao e grazie per tutte le risposte finora date :D
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Luce bici BJT.zip
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[7] Re: Driver LED per luce bicicletta (dynamo)

Messaggioda Foto UtenteBrunoValente » 15 gen 2020, 19:44

Per calcolare quanto dissipa il transistor devi moltiplicare il valore della corrente per quello della caduta di tensione sul transistor, non per quello della caduta di tensione sul led.

Comunque se il generatore ti fornisse un valore di tensione dalle parti di 6V il tuo calcolo andrebbe bene perché anche sul transistor cadrebbero circa 3V ma se fornisse di più vorrebbe dire che sul transistor cadrebbero più di 3V ma in ogni caso il 2N2222 messo al posto del mosfet mi sembra sia troppo piccolo, sopporta al massimo 0.4W.

Per far condurre un transistor bastano circa 0.6V tra base ed emettitore, invece per far iniziare a condurre un mosfet occorrono 3-5V tra gate e source, per cui con un mosfet, con la bici a basse velocità, se l'alternatore fornisce tensioni più basse di 3-5V, il led rimane spento... ma a pensarci bene, siccome il led ha bisogno di 3.6V per accendersi, mi sa che non ci sarebbe gran differenza tra mosfet e transistor, sentiamo Foto UtenteIsidoroKZ se è d'accordo.
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[8] Re: Driver LED per luce bicicletta (dynamo)

Messaggioda Foto Utentelelerelele » 15 gen 2020, 19:51

Magari ti interessa sviluppare l'intero circuito, comunque io ti consiglio di usare questo

http://www.ti.com/lit/ds/symlink/lm2576.pdf

è molto comodo e funziona alla grande.

Oggi giorno è molto utile usare controllori switching integrati, sono molto versatili ed anche ottimi nel funzionamento, con due soldi si ottengono ottimi risultati. Inoltre si può dedicare molto più tempo allo sviluppo della parte induttore.


oppure usi questo,

http://www.ti.com/lit/ds/symlink/tl494.pdf

ci puoi fare tutto quello che vuoi, buck/boost/ buck-boost, flyback, push-pull, ed è molto valido.

saluti.
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[9] Re: Driver LED per luce bicicletta (dynamo)

Messaggioda Foto UtentedrGremi » 16 gen 2020, 20:26

BrunoValente ha scritto:Per calcolare quanto dissipa il transistor devi moltiplicare il valore della corrente per quello della caduta di tensione sul transistor

Sisi, lo avevo considerato implicitamente nel conto. All'incirca quello che non cade sul led cade sul transistor visto che non sono presenti altri componenti!

BrunoValente ha scritto:in ogni caso il 2N2222 messo al posto del mosfet mi sembra sia troppo piccolo, sopporta al massimo 0.4W.

Due in parallelo? Vero che non saranno mai perfettamente identici, ma la retroazione dovrebbe garantire comunque una corrente sufficiente e grosso modo dissipano metà potenza.

BrunoValente ha scritto:Per far condurre un transistor bastano circa 0.6V tra base ed emettitore, invece per far iniziare a condurre un mosfet occorrono 3-5V tra gate e source, per cui con un mosfet, con la bici a basse velocità, se l'alternatore fornisce tensioni più basse di 3-5V, il led rimane spento... ma a pensarci bene, siccome il led ha bisogno di 3.6V per accendersi, mi sa che non ci sarebbe gran differenza tra mosfet e transistor, sentiamo Foto UtenteIsidoroKZ se è d'accordo.

Vabbé quindi devo in sostanza guardarmi le curve ;)

lelerelele ha scritto:Magari ti interessa sviluppare l'intero circuito, comunque io ti consiglio di usare questo

Si, mi interessava. Sicuramente quello che proponi tu è molto interessante, anzi mi farebbe venire voglia di un'altra implementazione che, a seconda dell'uscita del generatore sia in grado di decidere quanti led in serie accendere. Ma non lo faccio per due motivi: intanto devo prima vedere se questo funziona, poi esula dall'idea iniziale di qualcosa di concettualmente molto semplice.

lelerelele ha scritto:Oggi giorno è molto utile usare controllori switching integrati, sono molto versatili ed anche ottimi nel funzionamento, con due soldi si ottengono ottimi risultati. Inoltre si può dedicare molto più tempo allo sviluppo della parte induttore.

In ogni caso mi studierò i due integrati che mi hai suggerito sia per ampliare le mie conoscenze che perché molto promettenti. Per ora mi tengo sulla falsariga del progetto originale che penso sia alla mia portata. Per le cose più complicate c'è tempo.
BrunoValente ha scritto:Oppure, come suggerisce Foto UtenteIsidoroKZ, metti un transistor al posto del mosfet così hai luce anche quando vai piano ed inoltre lo zener non serve più.

Dalle simulazioni comunque ho visto che in ogni caso ne posso fare a meno perché il BJT di reazione tiene la tensione sufficientemente bassa.
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