P7 LED mit Nabendynamo betreiben - welche Elektronik?

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Hallo zusammen,

auf Grund der gefälligen Optik des DX Tesla Klones frage ich mich, ob es eine geeignete Elektronik gibt, um die P7 LED von einem Nabendynamo zu betreiben, oder ob jemand so eine Elektronik skizzieren kömnnte? Ich denke da vom Prinzip her an einen Stromvervierfacher analog zu Schaltung in Cyo/Edelux/IQ.

Wäre so etwas mit vernünftigem Aufwand machbar?

Wäre die Elektronik klein genug zur Montage innerhalb des DX Gehäuses?

Grüsse,
Marcus
 
Hallo zusammen,

auf Grund der gefälligen Optik des DX Tesla Klones frage ich mich, ob es eine geeignete Elektronik gibt, um die P7 LED von einem Nabendynamo zu betreiben, oder ob jemand so eine Elektronik skizzieren kömnnte? Ich denke da vom Prinzip her an einen Stromvervierfacher analog zu Schaltung in Cyo/Edelux/IQ.

Wäre so etwas mit vernünftigem Aufwand machbar?

Wäre die Elektronik klein genug zur Montage innerhalb des DX Gehäuses?

Grüsse,
Marcus

ich würde mir mal die cree mce, oder eine dreifach lampe mit der neuen xp-g anschauen. mir der p7 wirst du wohl nicht besonders glücklich werden....

gruß

karsten
 
Elektronik hin oder her, die Leistung der üblichen Dynamos liegt bei 3W. Eine P7 o.ä. hat eine maximale Leistungsaufnahme von gut 12W. Die P7 ist daher völlig unterfordert.
 
Für eine selbstgebaute Elektronik steht nur wenig Platz zur Verfügung, und die Cree MC-E paßt nicht zu dem Reflektor.
Aber ein schöner Eigenbau mit Nabendynamo, Cree MC-E und Ledil Iris Reflektor wäre mal was.
Mit dem runden Reflektor ist das dann für Waldfahrten ideal, aber in langsamen Passagen wird der 4fach/Dynamokombi die Luft ausgehen. Es muß also noch ne Umschaltung rein, um zwei Chips zu überbrücken.
 
Elektronik hin oder her, die Leistung der üblichen Dynamos liegt bei 3W. Eine P7 o.ä. hat eine maximale Leistungsaufnahme von gut 12W. Die P7 ist daher völlig unterfordert.
sorry, aber diese Falschannahme ist schon lange widerlegt worden. Ich bin echt verwundert, dass das noch nicht überall angekommen ist. Daher bitte Nachsitzen ;)


Für eine selbstgebaute Elektronik steht nur wenig Platz zur Verfügung, und die Cree MC-E paßt nicht zu dem Reflektor. Aber ein schöner Eigenbau mit Nabendynamo, Cree MC-E und Ledil Iris Reflektor wäre mal was.
ich würde mir mal die cree mce, oder eine dreifach lampe mit der neuen xp-g anschauen. mir der p7 wirst du wohl nicht besonders glücklich werden.
Die Nichtverfügbarkeit von preisgünstigen und mit minimalem Aufwand umzubauenden MC-E oder XP-G Lampen ist gerade mein Problem. Geeignete P7 Lampen gibt es hingegen wie Sand am Meer.

aber in langsamen Passagen wird der 4fach/Dynamokombi die Luft ausgehen.
Wie gesagt, ich habe schon eine 3x Nabendynamolampe und will eine andere Charakteristik.

Damit die Kernfrage nicht untergeht nochmal gefragt: Wie aufwändig ist die Entwicklung eines Stromvervierfachers oder gibt es ihn bereits irgendwo?
 
Eine solche Schaltung hatte ich auch schon mal gedanklich durchgespielt. Meine Lösung wäre ein einfacher 555-Timer, der einen Mosfet schaltet. Eine Spule in Reihe mit den LEDs und eine Freilaufdiode wirken dann so wie bei einem Standard-Buck-Schaltregler. Der Unterschied ist nur, dass nichts geregelt wird, weil das System sich selber einpendelt.

Wenn du also eine P7 betreiben möchtest, dann würde ich die benötigten 3,7V aus einer gleichgerichteten Spannung von 15V und mehr erzeugen. Dann müsste der 555 auf ein Tastverhältnis von 3,7 : 15, also rund 1:4 eingestellt werden.

Schaltung gibt es, Platinenlayout auch. Ich habe, so glaube ich, sogar mal ein paar SMD-Platinen gemacht. Größe: 18 x 27 mm.

Wenn du also dieses Experiment wagen möchtest, kann ich dir eine von diesen Platinen überlassen.

Jürgen
 
Hallo JuergenH,

das Löten - insbesondere von SMD Bauteilen - überfordert leider mein Equipment und meine Motorik. Kannst du den Schaltplan zur Diskussion bzw als Referenz mal einstellen?

Ein paar Fragen vorab (falls die sich nicht durch den Schaltplan selbst erklären):
1. Was meinst du mit 'pendelt sich selber ein'? Meinst du, einfach einen Gleichrichter (Mosfet) vorschalten und gut ist?
2. Kann man das Tastverhältnis frei wählen, eventuell sogar zur Laufzeit? Mir kommen da Ideen...

Grüsse,
Marcus
 
Zuletzt bearbeitet:
Die für diese Vorhaben notwendige Schaltung ist identisch mit der eines normalen Step-Downs. Allerdings ist das eigentliche Speicherelement nicht mehr die Spule (die wird zum einfachen Filter) sondern der Eingangskondensator.
Der eigentliche Hauptunterschied betrifft die Regelung. Während bei einem normalen Step-Down der Dutycycle für eine Leistungssteigerung erhöht werden muss, muss dieser beim Betrieb an einer Stromquelle verringert werden. Das Problem kann man natürlich dadurch umgehen, indem man wie JuergenH die Regelung rausschmeisst und statt dessen den DC fest einstellt.

Weiß du zufällig, wie die Schaltung der DX-Lampe aufgebaut ist. Wenn ich mir die verschiedenen Modi betrachte ist da wahrscheinlich ein µC drinn. Ist allerdings auch ein Step-Down-Regler drauf, oder wird diese Regelung vom µC übernommen. Wenn das der Fall wäre, wäre im einfachsten Fall ein Softwareupdate ausreichend.
 
Hallo JuergenH,

das Löten - insbesondere von SMD Bauteilen - überfordert leider mein Equipment und meine Motorik. Kannst du den Schaltplan zur Diskussion bzw als Referenz mal einstellen?

Ein paar Fragen vorab (falls die sich nicht durch den Schaltplan selbst erklären):
1. Was meinst du mit 'pendelt sich selber ein'? Meinst du, einfach einen Gleichrichter (Mosfet) vorschalten und gut ist?

Ja, Mosfet-Gleichrichter wäre am besten. Allerdings brauchst du einen Puffer-Elko von vielleicht 1000µ, das geht aber nur mit einer zusätzlichen Diode zwischen Mosfet und Elko.

Das begrenzende Element ist der maximale Strom, den der Dynamo liefert. Damit ist auch der LED-Strom (hochtransformiert um den Faktor 4:1) automatisch begrenzt.

2. Kann man das Tastverhältnis frei wählen, eventuell sogar zur Laufzeit? Mir kommen da Ideen...

Eigentlich wäre es sicherer, das Taktverhältnis fest einzustellen. Potis mit Verdrahtung sind groß und feuchteempfindlich. Höchtens ein Umschalten zwischen zwei Einstellungen wäre einigermaßen sinnvoll.

@reisi0: Softwareupdate für ein China-Produkt? Selten so gelacht... Vergiß es.

Jürgen
 
Klar ist die feste Einstellung des Taktverhältnisses betriebssicherer, man würde dann, wie von dir vorgeschlagen, einen Kompromisswert einstellen.

Allerdings kann man durch Wahl von unterschiedlichen Leistungsstufen einen viel grösseren Einsatzbereich erreichen, als es mit Serienschaltung von Emittern. Wenn ich bedenke, dass in der Tesla die P7 mit mehr als 3A bestromt wird, kann ich mir für den Strassenbetrieb auch eine 1:6 Konfiguration vorstellen. Im Stadt oder gar leichten Geländebetrieb könnte man einen deutlich kleineren Faktor wählen und so schon bei niedrigen Geschwindigkeiten Licht haben. Die Effizienzkurve der LED düfte da im Vergleich zu reduzierter Serienschaltung sogar noch einen draufsetzen.

Ist das wirklich durch die Wahl eines Widerstandswertes kinderleicht einstellbar? Wie gross wäre geschätzt der Wertebereich, ohne dass man an anderer Stelle Bauteile ändern müsste?
 
Eventuell noch ein anderer Ansatz:

Ich habe irgendwo im Netz gelesen, dass jemand einen gängigen Nabendynamo mit vielen verschiedenen Lastwiderständen über den gesamten mit dem Fahrrad nutzbaren Geschwindigkeitsbereich (glaube bis 80km/h) durchgemessen hat und die höchste Leistungsausbeute immer dann erreicht war, wenn der Dynamostrom ca 290mA betrug.

Könnte man einen Schaltregler entwicklen (bspw für eben diese P7), der versucht, den Eingangsstrom konstant zu halten und dann halt soviel Ausgangsspannung abgibt, wie gerade möglich ist? Wenn ich die mir bekannten Dynamoleistungskurven extrapoliere, komme ich auf 15W bei etwas über 60km/h. Passt doch zur P7 wie A** auf E** oder nicht?
 
@reisi0: Softwareupdate für ein China-Produkt? Selten so gelacht... Vergiß es.
Ich meinte damit auch kein offizielles, sondern eher die Originalsoftware durch eine eigene zu ersetzen.

Allerdings kann man durch Wahl von unterschiedlichen Leistungsstufen einen viel grösseren Einsatzbereich erreichen, als es mit Serienschaltung von Emittern. ...
Naja, ich denke nicht, dass das notwendig wäre. Der minimale Ausgangsstrom ist ja durch den Dynamostrom begrenzt, somit kann man den Strom eh nur zwischen ca. 0,5-2,8A (wenn da der Innenwiderstand des Dynamos nicht schon begrenzt). Da das Helligkeitsempfinden aber nicht linear ist und sich das Auge auch zusätzlich an die verschiedenen Helligkeiten relativ schnell anpasst, ist der Unterschied in der Realität gar nicht so groß wie man sich den jetzt vorstellen mag.
Ob man da überhaupt mehrere Stufen braucht? Ich denk da würden zwei Stufen (direct drive und maximum) auch reichen, der Rest wäre nur eine zusätzliche Spielerei.

Ist das wirklich durch die Wahl eines Widerstandswertes kinderleicht einstellbar? Wie gross wäre geschätzt der Wertebereich, ohne dass man an anderer Stelle Bauteile ändern müsste?
Der Ausgangsstrom ist letztendlich vom Dutycycle und vom Eingangsstrom abhängig (DC=I_in/I_out), je nachdem wie man die Schaltung aufbaut, kann es durchaus ausreichen, wenn man nur einen Widerstand ändert.

Könnte man einen Schaltregler entwicklen (bspw für eben diese P7), der versucht, den Eingangsstrom konstant zu halten und dann halt soviel Ausgangsspannung abgibt, wie gerade möglich ist? Wenn ich die mir bekannten Dynamoleistungskurven extrapoliere, komme ich auf 15W bei etwas über 60km/h. Passt doch zur P7 wie A** auf E** oder nicht?
Also wenn dann kann man auch gleich einen MaximumPowerPoint-Tracker aufbaun, dann hat man immer die maximale mögliche Leistung. Wird aber nicht einfach, da der Eingangstrom eine Wechselgröße ist. Sowas baut man i.d.R. aber mit einen µC auf.
 
Eventuell noch ein anderer Ansatz:

Ich habe irgendwo im Netz gelesen, dass jemand einen gängigen Nabendynamo mit vielen verschiedenen Lastwiderständen über den gesamten mit dem Fahrrad nutzbaren Geschwindigkeitsbereich (glaube bis 80km/h) durchgemessen hat und die höchste Leistungsausbeute immer dann erreicht war, wenn der Dynamostrom ca 290mA betrug.

Könnte man einen Schaltregler entwicklen (bspw für eben diese P7), der versucht, den Eingangsstrom konstant zu halten und dann halt soviel Ausgangsspannung abgibt, wie gerade möglich ist? Wenn ich die mir bekannten Dynamoleistungskurven extrapoliere, komme ich auf 15W bei etwas über 60km/h. Passt doch zur P7 wie A** auf E** oder nicht?

Du meinst sicher diese Quelle hier:

http://www.enhydralutris.de/Fahrrad/index.html#beleuchtung

das ist die Gebetsmühle.

15W sind schon heftig, dafür 60km/h erreichen zu müssen, ich weiß nicht. Bei 60 km/h brauchst du noch mehr Licht als 15W. Ich habe vier alte Luxeons in Reihe. Das sind 13V und rund 0,5A, also 6,5W. Wenn ich die beschriebene Schaltung einsetze, verspreche ich mir bei moderaten 25 km/h eine Spannung von 25V. Der Strom bei dieser Spannung sollte so um 0,35 bis 0,4A sein. Diese auf 13V runtertransformiert müsste vielleicht 0,7A ergeben. Du siehst, in meinem Fall bringt das gar nicht so viel. Daher habe ich es auch erst mal liegen lassen.

Wenn du den Eingangsstrom konstant halten möchtest, kommst du um einen entsprechend geregelten Schaltregler nicht herum.

Jürgen
 
Dynamogrundlagen sind schoen, qualitativ besser als bei Pilom wurde das allerdings bei http://bikelightwiki.natuwi.de/index.php?title=Eigenbau (ganz unten bei Dynamo) oder in der Gebetsmühle besprochen.
Fazit: Je hochohmiger die Last ist, je mehr Leistung laesst sich abnehmen (ca. 15Watt bei 40km/h an 10 MOhm). Und weiterhin: Ein 6V Dynamo bringt bei normalen Geschwindigkeiten (<25km/h) an 4 LED nicht mehr den Maximalstrom von ca. 0,5A. Deshalb stimmen die Diagramme von Pilom nicht.

Mit einem echten "12V" Dynamo, d.h. Nennleistung 13,5V und 0,5A schon bei 15km/h gaebe es diese Diskussionen und Schwierigkeiten nicht. Da waere die MC-E fast optimal bestromt, ganz ohne große Muehe.
 
Ne ich meine das war sie nicht. Zwar kommt man bei Umrechnung der in den Tabellen aufgeführten Bestwerte auch oftmals auf grob gepeilt 300mA, aber ich bin mir ziemlich sicher, die Zahlen direkt gesehen zu haben.

Ist es eigentlich Zufall, dass der gefundene MPP-Dynamostrom ziemlich genau bei der Hälfte des Kurzschlussstroms liegt oder war das auf Grund des Generatorprinzips zu erwarten?
Du siehst, in meinem Fall bringt das gar nicht so viel. Daher habe ich es auch erst mal liegen lassen.
Ja 30% sind für sich genommen den Aufwand nicht wert. Bei mir ist es so, dass ich durch den reinen Wechsel auf 4 Emitter 30% gewinnen würde und durch höhere Bestromung (ich orientiere mich auch im Winter schon mehr am 30+km/h Bereich - *Hose wieder zumachend* ;) nochmal 30% gewinnen würde. Zusammengenommen lohnt es sich für mich daher schon, denke und hoffe ich. Einzeln wäre ich wie du sehr skeptisch.
 
Ich habe mal in der Kaffeepause gefummelt:


Dazu nen Synchron-Mosfetgleichrichter...
Die 4 Leds entsprechen den 4 Emittern der P7.

Klappt in der Simulation ganz gut...
 
Hattest du da schon mal was gepostet?


Real wird es sicher um einiges abweichen, da ich es nicht auf die Schnelle hinbekommen habe eine Spannungsquelle mit Strombegrenzung zu simulieren.

Müsste man dann halt noch ein wenig an den Bauteilgrößen rumspielen...
 
Ich habe in der Zwischenzeit basierend auf den Modelldaten von enhydralutris.de ein LT Spice Modell eines Nabendynamos erstellt und dazu noch Modelle für die Cree-XR-E und SSC-P7 LEDs. Mit diesen habe ich eine Reihe von Simulationen durchgeführt, deren Ergebnisse ich hier mal ausführen möchte. Gleichgerichtet wird mit den bekannten IRF7319 Mosfets. Als Serienkondensatoren kamen Nichicon Elkos in üblichen Abstufungen von 33uF bis 470uF zum Einsatz - jeweils einzeln, nicht parallel. Der übersichtlichkeit halber habe ich die Leistungen hier auf 0.5W gerundet.

Unter Verwendung einer optimal angepassten Lastimpendanz und einer optimal gewählten Serienkapazität kann man folgende Effektivleistungen an der Last wirken lassen:

1.5W bei 8km/h
4.0W bei 13km/h
6.5W bei 21km/h
7.5W bei 27km/h
8.5W bei 34km/h
9.0W bei 43km/h
9.5W bei 55km/h

Unter Verwendung einer (für mein Geschwindigkeitsprofil) optimal gewählten Serienkapazität hat man folgende Effektivleistungen an einer Serienschaltung von 3 Cree LEDs:

0.5W bei 8km/h
1.5W bei 13km/h
5.5W bei 21km/h
7.0W bei 27km/h
7.0W bei 34km/h
6.5W bei 43km/h
6.0W bei 55km/h

und an 4 Cree LEDs:

0.0W bei 8km/h
1.5W bei 13km/h
6.0W bei 21km/h
7.5W bei 27km/h
7.5W bei 34km/h
7.5W bei 43km/h
7.0W bei 55km/h

und an 5 Cree LEDs:

0.0W bei 8km/h
1.0W bei 13km/h
4.5W bei 21km/h
7.0W bei 27km/h
8.0W bei 34km/h
8.5W bei 43km/h
8.5W bei 55km/h

Zum Vergleich 3 Cree LEDs ohne Serienkapazität:

0.5W bei 8km/h
2.5W bei 13km/h
4.0W bei 21km/h
4.5W bei 27km/h
5.0W bei 34km/h
5.0W bei 43km/h
5.5W bei 55km/h

Wenn ihr euch fragt, woher die komischen Geschwindigkeitsstufen kommen: Ich habe ausgehend von 8km/h mit dem Goldenen Schnitt multipliziert und 27 und 34 als Zwischenschritte (Wurzel von Goldenem Schnitt) hinzugefügt. Lustigerweise deckt sich das gut mit meinem Fahrprofil :)
 
Zuletzt bearbeitet:
Und um Bezug zu nehmen auf die ursprüngliche Frage, ob und wie und wie gut man eine P7 LED an einem Nabendynamo betreiben kann, komme ich zu folgenden Schlüssen:

1) Im normalen Geschwindigkeitsband von 20-35km/h liegt man mit Serien LEDs und Serien Cs schon nah am Maximum Power Point. Damit ein DC-DC Wandler dort noch einen Leistungsvorteil herausholen kann, muss es schon ein Synchronwandler sein, andernfalls fällt die verfügbare Zusatzleistung einfach an der Freilaufdiode an.

2) Abseits des normalen Geschwindigkeitsbands kann man mit einem Wandler noch einiges holen, allerdings ist das mit einem fest eingestellen Tastverhältnis nicht zu machen.

3) Eine Serienschaltung von XP-G Emittern wird im normalen Geschwindigkeitsband mehr Lumen erzeugen als eine P7 an einem optimalen Wandler. Allerdings ist dabei die Frage der optischen Effizienz der bei diesen Konzepten vollkommen unterschiedlichen Reflektoren- bzw Linsen nicht berücksichtigt.

Ein sinnvoller DC-DC Wandler muss für einen Nabendynamobetrieb mit einem adaptiven Tastverhältnis arbeiten. Das Ziel der Regelung muss die Maximierung des Ausgangsstroms oder der Ausgangsspannung sein, bspw durch explizite Einführung von Duty Cycle Jitter und entsprechder Auswertungslogik. Für mich stellt sich die Frage, wie man das am besten realisiert, ich sehe zwei Möglichkeiten:

a) Einen Mikroprozessor mit wenig externen Bauteilen (ein paar Cs, ein Paar Mosfets für den Synchronwandler, die Spule) und jeglicher Intelligenz in Software.

b) Eine explizit aufgebaute Logik mit Komparatoren, Flipflops und per Hand aufgebautem PWM Schaltwandler.

c) Eine explizit aufgebaute Logit mit Komparatoren, Flipflops und ein teil- oder gar vollintegriertes DC-DC Wandlermodul (bspw LTM4603) mitsamt zweckentfremdeter bzw angepasster Sense-Logik.

Prinzipiell würde ich (a) bevorzugen, wie seht ihr das?

BTW: Ob man eingangsseitig auch noch die Serienkapazität anpassen sollte, weiss ich nicht. Ich vermute, dass das einen erheblichen Aufwand verursachen würde, da man wohl Nulldurchgangserkennung und andere Scherze braucht, dh eine Reihe von weiteren Mosfet zwecks Eliminierung der Spannungsabfälle, Ansteuerungslogik, Spannungsversorgungsbausteine usw.

Die LT Spice Modelle und Schematics gebe ich übrigens gerne heraus.

Grüsse,
Marcus
 
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