SKORI WEBLAPJA
Bringavilágítás Leddel
A ledek folyamatos fejlesztésének köszönhetöen (2007) a világítási megoldások egyes területein kezdenek alternatívát nyúljtani a hagyományos megoldásokkal szemben (izzólámpa, fénycsö, stb..). Az egyik ilyen alternatív felhasználás a kerékpár világítás. A megfelelö világításon szélsöséges esetben a bringás élete is múlhat! Sajnos a veztetési kultúra még nem elég fejlett nálunk, a gépjármüvezetök nagy része (tisztelet a kivételnek) szószerint nem látja a kerékpárost, minhta csak üvegböl lenne, vagy csak egy nem mozgó tárgy. Azonkivül az sem árt ha az úton levö gödröket, kátyúkat, stb. a bringás idöben észerveszi. Egy jó világítás sokat javíthat ezeken a problémákon.
A világításhoz szükséges energiaforrás lehet elem, különbözö akkumulátorok, vagy a kerékpár generátora ("a dinamó"). Tehát viszonylag kevés rendelkezésre álló energia felhasználásával kell a kerékpárt minél jobban láthatóvá tenni, illetve az utat a lehetöségekhez képest minél jobban megvilágítáni.
A fenti gondolatok vezettek oda, hogy a kerékpárom világítását ledesre alakítsam. Mivel a ledek ára magasabb mint egy izzolámpáé, igyekeztem olcsó, de nagyon megbízható megoldást találni. A különbözö "bolhapiacokon" nagy választékban kaphatók ledes elemlámpák, bár némelyik elég gyenge minöségü, lehet köztük a célnak megfelelöt is találni. Azért érdemes ilyesmit felhasználni, mert a komplett lámpát jóval olcsóbban lehet megvenni, mintha ennyi ledet vásárolnánk. Nem akarok nagy reklámot csinálni, de (jelenleg 2007-ben) 1000Ft körül lehet olyan lámpát venni a piacon amit én is felhasználtam. Meg kell hagyni a kinai tecnika is fejlödik ezerrel, íme az általam használt lámpa fotói:

Ez a lámpa 27db viszonylag jó hatásfokú ledet tartalmaz, korrekt fém háza van esztergált menetes rögzítésekkel. A lámpa könnyen szétszedhetö, a fejét egy-az-egyben fel lehet használni. Tehát a ledek beszerzése megoldódott, de mi legyen az áramforrás. Ami szóba jöhet: elem, aksi és a generátor. Az elem kapásból kilöve, hosszú távon drága (a legtöbbe kerülö megoldás) és kevés energiát tárol. Az aksi és a genaátor melett sok érvet lehet felhozni pro és kontra. Nézzük:
Akksi:Generátor
  • + Nagy kivehetö teljesítmény = nagy fényerö
  • - Lemerül, korlátozott világítási idötatram
  • - Minél több energiát tárol annál több plusz súly
  • - Az üzemeltetéséhez és a teljesítmény szabályzáshoz további elektronika kell
  • - Idönként le kell szerelni és tölteni kell
  • + Nem fékezi a bringát
  • + Egyenáram, folyamatos fény
  • - További költség
  • - A generátorénál rövidebb élettartam
  • - Az aksiban levõ vegyszerek, az energia elõálításának módja és a töltés rossz hatásfoka miatt nem igazán nevezhetõ környezetbarátnak.
  • - Sebességfüggö teljesítmény, átlagosan kb. 3W
  • + Mindig kéznél van, nincs idökorlát
  • + A saját bingámon a kerékagyba van építve, nem jelet plusz terhet
  • - Egyszerü módon nem szabályozható a teljesítménye
  • + Nem igényel karbantartást, mindig kéznél van és tud energiát szolgáltani
  • - Az energiát a bringás adja, lassítja a bringát (generátorfüggö, hogy mennyire)
  • - Váltakozóáram, alacsony fordulaton vibráló, villogó fény, vagy további elektronika kell
  • + Általában már van a bringán, - Ha nincs akkor költség
  • + Hosszú élettartam
  • + Az akkumulátoros megoldásnál sokkal inkább környezetbarát.
Biztos lehetne még érveket felsorakoztatni, most ennyi jutott eszembe. Mindenki eldönhetni neki melyik megoldás a szimpatikusabb. Nekem a generátorra esett a választásom, a fentieket figyelembe véve és mert már eleve volt egy kerékagyba épített generátorom. Ez nagyon jó hatásfokkal müködik, észre sem lehet venni, hogy fékezné a bringát.

Ezután felmerült a következö kérdés: hogyan és milyen kapcsolással kössük a generátorra a ledeket? Kell-e további elektronika? Itt megint sorolhanék sok-sok szempotot...,de helyette inkább igyekszem összefoglalni ami alapján döntöttem. Megmértem a generátor feszültségét és áramát (kézzel forgattam a kereket) izzóval terhleve, rövidzárban, üresben, és különbözöféleképpen összekötött ledekkel is kipróbáltam. Ezek után elvettettem mindenféle további elektronika alkalmazását mert: Bármilyen további elektronika hatásfoka 100% alatti - tehát energiát fogyasztana, abból meg kevés van. A genarátor áramkorlátos karakterisztikájú, megfelelö számú led esetén nem tudja túlhajtani a ledeket. A feszültsége nagyjából passzol 2db sorbakötött led nyitófeszültségéhez. Mivel váltakozófeszültséget szolgáltat a ledek felét ellentétes polaritásal kötöttem be (tehát az egyik félperiódusban csak a ledek egyik fele, majd utána a másik fele világít). Két ilyen szembekapcsolt led csoportot pedig sorbakötöttem. Ime a kapcsolási rajz, hogy érthetö legyen (katt a képre):

Összesen 108db led van az áramkörben. Az áram eloszlik a ledek között ezért azok viszonylag kis árammal üzemelnek, a hatásfokuk ilyenkor a legjobb. Azért nem alkalmaztam egyenirányítót mert azon további feszültség esne (még schottky diódák esetén is) és további teljesítményveszteséget okozna. Esetleg szóba jöhetett volna fetes szinkronegyenirányító (viszonylag egyszerüen megoldható), de ahhoz nem lehet egyszerü módon szürést is hozzáépíteni (alacsonyfrekis fojtótekercs is kellene -> veszteség). Tehát a kapcsolás adott. Igy a generátorból kivett összes energiát a ledek kapják. A ledek így bekötve kb 7V-nál kezdenek világítani, azonban a névlegesen 6V-os generátor elvileg szinuszos feszültséget adna (ohmos terhelésre, pl izzó) de a 6V szinusz csúcsértéke elvileg 8,4V. A ledekkel terhelve a jelalak nyilván torzul majd valamennyit és kicsit "idomul a ledek karakterisztikájához". A generátor feszültsége kisebb terhelésnél eleve megemelkedik, márpedig a ledek addig nem fesznek fel áramot amig a nyitófeszültségüket el nem érjük. Ezek alapján a ledek a kivehetõ teljesítményhez képest egész korrekt meghajtást kapnak, ami egy bonyolultabb elektronikával is csak hangyányit lehetne jobb (de ezt a nyereséget elvinné az elektronika saját fogyasztása illetve hatásfoka).
Ennek a megoldásnak a hátránya, hogy alacsony fordulaton a frekvencia is alacsony, emiatt lassú tempónál a ledek fénye villog (5..6km/h) illetve vibrál (10km/h), de normál tempónál már folyamatosnak látszik. Ez a villogás szerintem nem nagy hátrány, söt néha elönyös is lehet. Kis sebességnél a gyengébb fény sokkal feltünöbb ha villog, magyarul sétatempóban is jól látszik a bringa, és kifejezetten jól néz ki, hogy a 4 láppafejböl felvillan a középsö kettö, majd a két szélsö (mint egy repülögép helyzetjelzö fénye :)). Bringázás közben ritka, hogy gyalogos temóban megyek, ezért ez a "villogás téma" eleve nem aggasztott túlságosan. Most pedig jöjjön néhány fotó a kész lámpáról:

Sajnos menet közben nem tudom lefotózni, vagy videóra venni, de lehet, hogy majd megkérek valakit. Mindenesetre a végeredmény megérte a befektetett munkát és a ledek árát. Esti bringázás közben sokkal jobban látok, és a bringát is nem lehet nem észrevenni.
Késöbb valószinüleg egy másik bringára is szerelek egy kisebb lámpát, valószinüleg ceruza-akksis megoldással és egy kis egyszerü elektronikával, ami megoldja hogy az aksik feszültségénél magasabb nyitófeszültségü ledek is tudjanak müködni.
Remélem sikerült "bogarat ültetnem a fülébe :)" néhány bringásnak, és egy kis barkácsolásra kedvet csinálni. :) :)
Jó bringázást!
Skori
@2007 szept.
Készült két rövid videófelvétel, íme:

Világítsunk még jobb hatásfokkal!

Azt hiszem elérkezett az idõ a fenti írás folytatására! 2009-et írunk, és bizony a ledek, és a ledes világítások sokat fejlõdtek. A másik ok: elkezdtem egy újabb lámpa építését, és a kísérletezés közben sikerült szert tenni néhány érdekes tapasztalatra - ami talán másokat is érdekelhet.
A korábban készült kerékpárlámpám huzallábas ledekkel világított, azonban jelenleg már kapható olyan powerled amelynek a hatásfoka sokkal jobb, mint a korábban használt huzallábas társaié. Gondolom ezek után sejthetõ, hogy az újabb lámpa powerledekbõl készül :), konkrétan 4db CREE ledet használok fel a hozzá való optikával együtt. Ezek hatásfoka 1W meghajtó teljesítmény esetén 100 lm/W körüli, ami már a fénycsövek hatásfokánál is jobb!!
Az áramforrás maradt a jól bevált kerékagy-generátor, hiszen az ezzel meghajtott lámpa eddig is kellõ fényerõt adott, az újabb ledeknek pedig jobb lesz a hatásfoka, valamint a korábban felsorolt szempontok többé-kevésbé ma is érvényesek.
Ezek után a legegyszerûbb megoldás az lett volna, ha a négy powerledet a 4x 27 ledes lámpafejekhez hasonlóan (2-2 ellenpárhuzamosan és ezek sorbakötve) használom fel. Azonban azóta néhány dolgot át illetve meggondoltam. Ha a ledek, a generátor által szolgáltatott áram félperiódusaiban felváltva világítanak, akkor sokkal rosszabb hatásfokkal üzemelnének, mintha egyszerre világítana mind a 4 led. Ugyanis ezeknek a powerledeknek az ajánlott árama 350mA, persze 700mA-t vagy akár 1A-t is elvisel, de a fényereje nem növekszik ezzel arányosan, vagyis a hatásfok romlik nagyobb áramok esetén. A generátor pedig 500...600mA-es áramot is "lazán" tud adni.
Persze ez a probléma könnyen áthidalható lenne, ha mondjuk kétszer annyi (8db) ledet használnék fel, ez jól is nézne ki, de anyagilag igencsak drága mulatság lenne (azért a 100lm/W-os széria még elég drága). Akkor mi a megoldás?
Elsõ körben egy graetz egyenirányító felhasználására gondolna az ember, így nem felváltva, hanem egyszerre világítana mind a 4 led. Ez viszont felvet néhány problémát, nézzük csak: Graetz egyenirányító használata esetén egyszerre 2 diódán folyik az áram, emiatt legalább 1,2V feszültségeséssel kellene számolni. A sorbakapcsolt ledek nyitófeszültsége ilyenkor 6,6V körüli, tehát csak az egyenirányítás miatt jóval több, mint 15% veszteséggel kellene számolni! Ezt annak ellenére túl soknak tartom, hogy a ledek nagyobb hatásfoka ezt bõségesen kompenzálná. Persze léteznek schottky diódák is, amiken kb. fele akkora feszültség esik, mint a sima diódákon, tehát ezekkel "csak" 8% körüli lenne a veszteség. Persze én még ezt is sokallom, hiszen a generátor segítségével, izomerõvel megtermelt energiát jó lenne minél nagyobb arányban világításra fordítani és nem hõtermelésre.
A következõ ötlet: hogy mi lenne, ha építenék egy szinkron-egyenirányítót? Korábban már megígértem néhányaknak, hogy közzéteszem ennek a kapcsolási rajzát, íme:
Ezzel a megoldással a fetek típusától függõen szinte tetszõlegesen kicsire szorítható le az egyenirányításból eredõ feszültségesés, elvileg olyan mértékben, hogy nem is szükséges különösebben a hatásfokát számolgatni (0,01...0,04V). Azonban ez a verzió sem készült el... Az egyik oka az volt, hogy nem volt kéznél megfelelõ fet amit felhasználhattam volna. A másik ok, hogy azért ennek a megoldásnak is vannak korlátai: a szinkron-egyenirányító csak addig mûködik jól, amíg a kimenetére nem teszünk elkót, tehát a ledek ezzel is villognának, de dupla frekvencián. Mindenesetre elsõsorban az elsõ ok volt a meghatározó, mert ez egy igen jó hatásfokú megoldás lenne, tehát valamikor majd ki is fogom próbálni :)
A következõ ötletem az volt, hogy lehetne extrém alacsony nyitófeszültségû schottky diódákat használni, ezeken mindössze 0,1...0,15V körüli feszültség esne (graetz esetén kb. 0,2...0,3V). Ez egy jó kompromisszum lenne, mert az ebbõl eredõ nem túl nagy hatásfokromlást kompenzálhatná, hogy nagy értékû elkókat használnánk az egyenirányító után kapcsolva, ezzel a ledek villogása megszûnne, és a váltakozó áram periódusaitól függetlenül a lehetõ legjobb hatásfokkal dolgoznának a ledek. (Megj.: a ledek sima DC áramról meghajtva jobb hatásfokkal világítanak, mint az alacsonyfrekvenciásan szaggatott áram átlagértékétõl). Ennek a megoldásnak a hátránya, hogy az ilyen speciális schottky diódák visszárama magasabb a szokásosnál, ezért ez további veszteséget okozna, azonban a generátor 6..7V körüli feszültségénél ez még nem számottevõ. Tehát ez a megoldás tulajdonképpen már egész jó lenne, ha nem kéne hozzá spec. dióda, és nem lett volna a tarsolyomban újabb ötlet is... :)
Mielõtt folytatnán jöjjön néhány gondolat a generátorról
A generátor belsõ ellenállása (impedanciája) két dologból tevõdik össze. Az egyik a generátorban levõ tekercs huzaljának ohmos ellenállása, ez a bringámon levõ generátor esetében kb. 5ohm. A másik a generátor tekercsének induktivitása, ami itt 23mH. Elsõsorban ez fogja az áramkörben folyó áramot korlátozni, mert a ledek feszültség-áram karakterisztikája viszonylag meredeken változik.
A generátor feszültsége a fordulatszám emelkedésével egyre nagyobb, a ledek karakterisztikáját ismerve ez azt jelentené, hogy az áramerõsség is erõsen emelkedne a fordulatszám növekedésével. Növekvõ fordulatszám esetén azonban a feszültséggel együtt a frekvencia is növekszik, nagyobb frekvencián pedig a belsõ impedancia induktív része is egyre nagyobb "ellenállást" képvisel, emiatt szerencsére a ledek árama sem növekszik annyira meredeken.
Gyalogos tempóban, (ahol a ledek éppen világítani kezdenek) a frekvencia kb. 11Hz, az XL=1,6 ohm lesz, gyorsabb tempónál (20...25km/h), pl. 50Hz-en azonban már XL=7,3 ohm, ami nagyobb, mint a huzal ohmos ellenállása. Miért is számítanak ezek az adatok? Nézzük: az egyenirányítás mindenképpen jelent némi kompromisszumot, de azt már eldöntöttem, hogy mégis érdemes egyenirányítani. Mikor is okoz ez problémát? Alacsony fordulatszámon, amikor a generátor feszültsége kicsi és éppenhogy eléri a ledek nyitófeszültségét, mert a diódákon esõ feszültség tovább csökkenti az áramot, vagyis picivel magasabb lesz az a sebesség ahol a ledek már jó fény adnak. De mi is van azzal a soros induktivitással? Mi lenne, ha soros kondenzátorral "kihangolnánk", mégpedig arra a frekvenciára, ami a világításhoz tartozó minimum fordulatszámnak felel meg? Ezzel a soros induktivitással bevitt XL-t vagyis kb. 1,6 ohmot "visszanyernénk"! Nagyobb fordulatszámon pedig a kondi már annyira kicsi impedanciát jelentene, mintha nem is lenne ott az áramkörben! Persze ez a soros kondi többezer uF-ra adódik, tehát nem olyan egyszerû a dolog, vagy mégis?
Vagy mégis. :)
Használjunk feszültség kétszerezõ egyenirányítót, schottky diódákkal! Itt is két (schottky) diódányi feszültség esik, de a kimenõ fesz 13V körüli, ami azt jelenti, hogy így csak 4..5% körüli az egyenirányítás vesztesége. A kondik megfelelõ méretezésével a generátor belsõ impedanciájának az induktív része is kihangolható "egy füst alatt", és további szûrõkondik is berakhatók a kétszerezõ kimenetére! Nézzük a kapcsolási rajzot:
Ez a megoldás viszonylag egyszerû, kevés alkatrészt tartalmaz, és hatásfok szempontjából is egy egész jó kompromisszum. Persze a dupla kimenõ feszültség miatt mind a 4 ledet sorba kell kapcsolni, de végülis ez nem probléma. A generátor 23mH induktivitása a kétszerezõ 2x 3300uF-nyi kondenzátorával kb. 12Hz-en rezonál, tehát alacsony fordulaton kissé növeli a ledek áramát, (az egyszerû egyenirányítós alaphelyzethez képest). Ezzel talán kompenzálja az egyenirányításból eredõ feszültség (és áram) veszteség egy részét.
A megépítésrõl pár szó. A kapcsolásban felhasznált schottky diódákat PC tápból bontottam, és olyan példányokat válogattam ki amelyenek 0,3V alatti a nyitófeszültsége 0,5A áram melett. C1 és C2 kapacitását (és feszültségtûrését) a generátor paramétereinek ismeretében választottam meg, a korábban leírtak szerint. C3, C4 a további szûrés "kedvéért" van beépítve, ezek lehetnek akár nagyobb kapacitásúak is. A tápfeszültség megszakításakor a ledek még egy rövid ideig világítanak a kondenzátorokban tárolt energia miatt, sajnos ez egy keresztezõdés és/vagy lámpa elõtt történõ várakozás idejére nem elég, de ilyen irányú fejlesztésen is gondolkozom. A ledeket a hozzá való optikával együtt, egy plexilap segítségével szorítottam rá egy szögaluminum darabra, összesen 10db rozsdamentes M3-as csavarral. Ezt az egészet pedig egy alu zártszelvény darabhoz is hozzácsavaroztam. Ebben a zártszelvényben kapott helyet a kétszerezõ, a szûrõkondik, és a lámpa kapcsolója. A viszonylag nagy felületü és hõkapacitású aluminum anyagok egyúttal a ledek által termelt hõt is elvezetik. A zártszelvény oldalát és a szögalu alsó és oldalsó nyitott részét egy vékony, megfelelõen meghajlított aluminumlemezzel borítottam be.
Néhány mondat még ide kívánkozik a power ledekrõl. Bár valószínûleg már mindenki tudja (kivéve, aki nem) de ezek a ledek egészen kis méretûek, általában láb nélküli SMD kivitelûek. A hatásfokuk is nagyon jó, de messze nem 100%, ezért nagy áramok esetén jelentõs hõt is termelnek, amit megfelelõ hûtõfelület segítségével el kell vezetni! Ellenkezõ esetben a powerled túlmelegszik és tönkremegy. Tehát hûtõborda nélkül (ami egy fémlemez is lehet, vagy a lámpa háza) semmiképpen sem illik a powerledet többszáz mA-el próbálgatni (persze 10...20mA-t elbír hûtés nélkül is). A led forrasztásánál sem árt gyorsnak lenni, mert a hosszú melegítés is károsíthatja a ledet.
Tehát kialakult az áramkör kapcsolási rajza, amit már meg is építettem, most már csak fotókat kellene felraknom :)
Egyelõre gyorsan elkattintok egy képet, de késõbb folytatom....

Sajna a bringára még nincs felszerelve, de dolgozom az ügyön :)
Remélem ez a bringalámpa az elõzõ megoldáshoz hasonlóan beválik majd, és mivel már március van, a hozzám hasonló mackók is elõszedik a bringát a téli álmukból :) :), és elõbb-utóbb a gyakorlati tapasztalatok is felkerülnek majd ide. Addig is remélem sikerült egy újabb kedvcsinálót összehozni.
Skori
@2009 márc. 09.
Készült néhány rövid videófelvétel, íme:
Sajnos nem mindíg pozitív dologról kell írnom. Az a helyzet, hogy a német szabvány szerinti kerékpár agy-generátorok kimenõ feszültségét maximálták! Ezért a gyártó zener diódákat épít be a generátorba, melyek a feszültséget korlátozzák. Ezzel az a gond, hogy közepes és nagy sebességnél ezek a zenerek komoly teljesítményt vesznek fel, és így kikapcsolt világítás esetén a generátor több (mechanikai) energiát vesz fel mint amikor világítunk!!!!!! Elég durva nem? Erre még rátesz egy lapáttal, hogy ha simán csak megforgatjuk a kereket, akkor nem is vesszük észre a dolgot, mert a zenereken csak egy bizonyos tempó felett indul meg jelentõsebb áram.
Ezen a számomra új ismereten felbuzdulva elõkaptam egy oszcilloszkópot, és rákapcsoltam a jelenlegi bringám generátorára, és rögvest feljebb is ment a vérnyomásom amint megforgattam a kereket! A jel tetejét 10..11V környékén szép egyenesre levágja (a rohadék), tehát van beleépített zener!
Ha mondjuk legalább 20km/h sebességgel megyek, és kikapcsolom a világítást, akkor a generátorom legalább 3...6W-al több energiát vesz fel mint világítás közben! Ilyen tempó mellett persze ez még 0,5km/h sebességcsökenést sem jelent, ami tényleg nem sok, de akkor is nagyon bosszantó a dolog!!!
Szóval elhatároztam, hogy ki kellene operálni a zenert a generátorból, hogy a hatásfokát javítsam egy kicsit! Ennek az egyetlen hátulütõje, hogy nagyon gyors tempónál (50..60km/h), üresjárásban, akár 60...80V is elõfordulhat a generátoron, ami érintésvédelmileg aggályos lehet, illetve simán kiégeti a hátsó lámpát ha az elsõ lámpa valamiért nem korlátozza le a feszültséget!
Az érintésvédelem megfelelõ szereléssel, szigeteléssel szerintem megoldható, a ledes lámpák meg (jó eséllyel) nem fognak kiégni. Mindenesetre senkit sem bíztatok erre a dologra, csak a saját felelõsségére buheráljon aki akar.
Tehát aki már szedett szét ilyen generátort, azt kérem hogy mailban jelentkezzen!
Kíváncsi lennék, hogy érdemes-e házilag nekiállnom a zener diódák kiherélésének, vagy a szétszerelés olyan buktatókat rejt amit jobb elkerülni?
@Skori 2009.04.12
Be kell vallanom, hogy nem özönlöttek az emailek a generátor-szétszerelés a témában. Lehet, hogy kevesen használnak ilyen generátort, és azok közül még kevesebben voltak akik szét is szerelték? Vagy valami titok lappag a háttérben, amit senki sen akar elárulni? :) :) Hmmm, nem volt más választásom, kénytelen voltam a saját elképzelésem alapján szétkapni a generátort, így legalább megnéztem olyan-e mint amilyennek elképzeltem :) :) (igen, olyan...)
Nézzük csak:

A kibelezett kerékagyban ott figyelnek a kis mágneslapok, hogy vajon hová lett a tekercselés, a csapágyak meg a többi...    
Itt is van, a tekercs egyik vége simán a vasmaghoz van forrasztva, tehát e generátor testelve van. Amúgy egész korrekt felépítése van, könnyen szerelhetõ, és az ipari csapágyak is cserélhetõk lesznek ha szükséges.  
A képen látszik, hogy ez bizony 6V 3W-os generátor volt (amig a zener benne volt). A zener meg ott röhög a müanyag burkolatban félig az érintkezõ alatt, hogy szétszedtem a generátort, pedig nem is let volna muszály. Erre bosszúból levágtam az egyik kivezetését. :) Nehogymár suttyomban fékezze a bringát, amikor éppen nem kapcsolom be a világítást!  
Skori
@2009.04.16.
2010.04.26. Kivánkozik ide megint egy kis folytatás. Mivel több mint 1év eltelt már, mióta a powerledes elsõ lámpát használom, nyugodtan mondhatom hogy bõven vannak hosszabb távú tapasztalatok a megépített lámpával kapcsolatban. A lámpa kapcsolásában egyetlen apró, szinte lényegtelen módosítás történt:
A kétszerezõ 2db kondenzátora kapott egy-egy párhuzamos schottky diódát. Ezt azért építettem be, mert az áramkör modellezése (szimulátorban) azt mutatta, hogy bekapcsoláskor, az elsõ néhány periódusban rövid idõre átfordulhat ezeknek a kondiknak a polaritása. Ezt ugyan simán kibírták, a kondik, de a diódák beépítésével ezt meg lehet gátolni - és ezzáltal ezeknek a kondiknak a várható élettartama hosszabb lesz. Még apróbb különbség, hogy a ledekkel prárhuzamos elkók (ezek az egyenfeszültséget simítják - a fény vibrálását szüntetik meg) egy hajszálnyival rövidebb idõ alatt töltõnek fel (mivel itt 1s alatti idõtartamról van szó, sezért ennél többet nem is foglakozom vele). Folymatos üzem közben a felsõ kettõ kis schottky dióda már gyakorlatilag semmit sem csinál.
A kapacitásértékek nincsenek "kõbe vésve" de pár instrukciót leírok, hogy hogyan méreteztem... A menet közbeni nagy fényerõ elérésén kívül, az is a célok között volt, hogy más kicsi sebesség melett (tehát alacsony fordulatszámon) is használható fénye legyen a lámpának. A generátor belsõ ellenállása (ami lényegében a kineõ áramot korlátozza) leginkább egy ohmos jellegû részbõl (a huzal ellenállása) és egy induktív jellegû részbõl (a tekercselésbõl eredõen) áll össze. A kétszerezõ kondenzátorait úgy méretezzük, hogy a generátor iduktivitásával alkotott soros rezgõkör rezonancia frekvenciája, megegyezzen a generátorból a legkisebb fordulatszám esetén (ahol a ledek éppen világítani kezdenek) kijövõ feszültség frekvenciájával. Emiatt kis sebesség esetén az ledek kisebb belsõ ellenállású generátort látnak, és a fordulatszám-fényerõsség karakterisztika kedvezõbb lesz.
Esetemben a generátor induiktivitása (kézimûszerrel mérve) 23mH, a minimum forsulatszámhoz tartozó frekvencia (szintén kézimûszerrel mérve) 12Hz. Ehez kb 6600uF kell, igy lett 2x 3300uf kondenzátor a kétszerõben. Persze lehet ezt másképp is méretezni. Ha valaki mondjuk átlagos (vagy gyors) tempó esetén szeretne minél nagyobb fényerõt, akkor a kétszerezõ kondenzátorait az ehez tartozó frekvenciára is méretezheti...
A ledekkel párhuzamos kondik választott kapacitása egy kompromisszum eredménye. Minél nagyobb annál simább lesz az egyenfesz, és még néhány másodpercig világíthat a lámpa megállás után is. Azonban a nagy kapacitást felis kell tölteni és így (a konkrét kapac. értéktõl függõen) akár 1..2 másodperces késéssel kezd világítani a lámpa az elindulást követõen. Továbbá a nagyobb kapacítású kondenzátor több helyet foglal és nehezebb is.

Egy levélíó felvetette, hogy a hátsó lámpa kapcsolási rajzát is szeretné látni. Nos, én meghagytam a bringámon az eredeti gyári (egyébként ledes) hátsó lámpát, de teszek fel kapcsolási rajzot néhány (elméleti) megoldási lehetõségrõl.
Elvileg megoldható lenne hogy egyszerüen az eredeti áramkör negyedik ledjét hátra szereljük fel, ez esetben természetesen ez egy piros színû power led lenne. Gyakorlatilag azonban ilyenkor érdemes lehet különválasztani a ledekkel párhuzamos kondenzátort, és a hátsó ledhez tartozó kondit hátra, közvetlenül a led mellé építeni. Fokozottan kell ügyelni rá, hogy az áramkör ne szakadhasson meg, illetve ha a lámpa meghibásodik mindenképpen ki kell kapcsolni a kapcsolójával. Ellenkezõ esetben a kondenzátorok túl nagy feszültségre töltõdhetnek ami akár veszélyes is lehet (fõleg ha nincs túlfesz korlátozó zener beépítve, vagy ha pl. eltávolítottuk). A fenti megoldás másik problémája, hogy egy powerledes hátsó lámpa fényereje szinte már túl sok, vakíthatja, zavarhatja, a mögöttünk haladó jármû vezetõjét (aki emiatt nagyon nem fog szeretni). Ha mégis ilyen hátsó lámpát építünk, akkor gondoskodni kell róla, hogy a fénye szórt legyen , és nagyrészt lefelé irányuljon. Persze egyszerübb megoldás is elképzelhetõ:
Ennél a megoldásnál egyszerüen az egyik powerleden levõ 3...3,5V feszültséget vezetjük ki, és errõl üzemeltetünk elõtétellenállással 1db piros huzallábas nagyfényerejû ledet. Ennek a lednek a max. 20mA-es áramigénye, a powerleden átfolyó néhányszor 100mA-es áramhoz képest elenyészõ. Esetleg 2db piros huzallábas ledet is sorosan kapcsolhatunk - persze ilyenkor kisebb értékû elõtétellenállás kell (ezt már kikísérletezni egyszerûbb mint méretezni.

További jó hatásfokú megoldás lehet, ha a teljes egyenfeszültségre (a kétszerezõ kimenetén) kapcsolunk sorosan kötött piros ledeket, az alábbi rajz szerint:
Érdemes kikísérletezni, hogy hány darab piros led nyitófeszültsége egyezik meg a 4db powerled nyitófeszültségével. Szerencsés esetben elõfordulhat, hogy a piros ledekhez nem kell külön elõtét ellenállás sem, mondjuk mert a powerledeken folyó max áram esetén, pont 10...20mA körüli áram folyna a hátsó lámpába.

Persze a hátsó világítást másképp is meg lehet oldani, az elsõ lámpától kevésbé függõ módon. Nézzük:
A fenti két megoldás esetén a bringán meg lehet hagyni a hátsó lámpához menõ eredeti vezetéket, mivel lényegében a generátor feszültségét (persze a kapcsoló után) vezetjük hátra. A hátsó lámpának kisebb fényerõ elegendõ (az elsõ lámpához képest), ezért itt sima huzallábas ledeket is fel lehet használni (akár 1db is elegendõ, de rajsz szerinti 4-nél akár több is lehet izlés szerint). A hátsó lámpa ledjein átfolyó áramot a lámpában elhelyezett elõtét-ellenállásal kell beállítani (sacc. valahol 75...300ohm között lenne jó). A v1-es megoldás esetén a ledek fénye a fordulatszámtól függõen villog, vibrál, vagy folyamatosnak tünik. A v2-es megoldás esetén a villogást (ha ez zavar valakit) az egyenirányító és a szûrõkondenzátor szinte teljesen megszüntetheti.
Persze biztos van aki ilyenkor kicsit felhördül, hogy eddig kinosan ügyeltem a nagyon jó hatásfokra, most meg beteszek egy ellenállást az áramkörbe. Nos valóban az ellenálláson lehet sacc/kb. 0,06W veszteség, ami nem tünik soknak (tulajdonképpen nem nagy probléma szerintem), de ha a generátor névleges 3W-jához viszonyítjuk akkor 2%-t tesz ki. Nos erre is van megoldás:
Mivel váltakozó áramú (feszültségû) az áramforrásunk, ezért használhatunk elõtét-ellenállás helyett, elõtét kondenzátort is az áram korlátozására. Ennek elvileg nincs számottevõ vesztesége, azonban ez is egyfajta kompromiszum. Számolgatásaim szerint (a gyakorlatban még nem próbáltam - de ki fogom próbálni) 10µF-os nagyságrendû kondenzátorra lenne szükség, ami nem lehet elko - hanem polarizáltalan kondenzátorra van szükség, (MKS, MKT, FKP, stb fóliakondenzátor) ami viszonylag nagy méretû. Azonkívül a generátor kimenõ feszültségénk a frekvenciája a fordulatszámtól függ - tehát az ellenállásos megoldással ellentétben (ahol a hátsó lámpa fényereje közel állandó) a kondenzátoros megoldásnál fordulatszámfüggõ lesz a fényerõ. Itt is két megoldás lehetséges, a villogós - és a nem (vagy kevésbé) villogó fényû megoldás. Mivel a feszültség nem szinuszos hullámformájú (fõleg a nemlineáris terhelsé miatt) a kondenzátoron folyó áram is viszonylag nagy impulzusokból áll (amiknek csak az átlagértéke kicsi). Ezért a "villogós megoldáshoz" a viszonylag kicsi átlagos áramerõsség ellenére célszerû valamilyen powerledet használni. A kicsi átlagos áram (és teljesítmény) miatt viszont ennek a powerlednek meg lehetne spórolni a hûtését. Nekem most ez a megoldás tünik szimpatikusnak, kérdés, hogy a gyakorlatban beválik-e (késõbb visszatérek erre a kérdésre). Aki megépíti valamelyik verziót, attól is várok esetleges visszajelzéseket!
Jöjjön egy újabb kapcsolási rajz. Ez csak kis mértékben különbözik a korábbiaktól, ezért csak az eltérésre térek ki.
Ha nem lenne a rajzon a K2 kapcsoló akkor szinte csak átrendeztem az alkatrészeket, (az áttekinthetõség kedvéért). Ez a kapcsoló alaphelyzetben zárt állpotban van, ilyenkor a diódahíd felsõ két diódája kétszerezõként dolgozik C1,C2 kondenzátorral, az alsó két sióda pedig fordított polaritású feszültség kialakulását gátolja meg C1 és C2 kondenzátoron. A kapcsoló nyitásakor azonban megváltozik a helyzet, és a négy dióda graetz egyenirányítóként mûködik (ilyenkor nincs kétszerezés). Mi lehet ennek az értelme?
Amikor nagy sebességgel haladunk (>15...20km/h), akkor a kerékpár generátora már kétszerezés nélkül is képes lenne akkora feszültséget szolgáltatni, amennyi a sorbakapcsolt ledek nyitófeszültsége. Vegyük észere, hogy a kétszerezõ duplázza a feszültséget - de felezi a kimenõ áramot (energiamegmaradás :)), ezért ha kiiktatjuk a kétszerezést, akkor közel dupla kimenõ áramot kapunk! Azért csak közel duplát, mert nagyobb kimenõ feszültség mellett valamivel kisebb lesz a generátor által leadott áram, és mert kiktattuk a soros rezonanciát létrehozó kondikat. De akkor miért nem hasznájuk folyamatosan graetz egyenirányítóval a lámpát? Azért mert kisebb sebesség esetén a generátor kimenõ feszültsége nem éri el a ledek nyitófeszültségét - és csak nagy sebesség mellett kapnánk normális fényerõt. Tehát 15...20km/h sebesség alatt mindenképpen a kétszerezõ a jobb megoldás. 20km/h felett mindkét megoldás jó, de akinek ilyenkor még nagyobb teljesítmény kell az átkapcsolhat. Ennek azért vannak feltételei és hátrányai is. Csak olyan generátorral fog mûködni a dolog amiben nincs túlfeszültség korlátozó zener dióda beépítve, a zener dióda kiszerelésének pedig vannak "kockázatai és mellékhatásai" :) Ha az átkapcsolós megoldást építjük meg akkor nem elég 1W-os ledeket használni, hanem olyan tipus kell ami átkapcsoláskor a nagyobb áramot is elviseli. Ezenfelül ez a teljesítmény többlet nincs ingyen, hanem a bringát tekerõ személy állítja elõ, magyarán: a generátor is duplán fékezi majd a bringát. (ettõl azért nem kell megilyedni messze nem lesz olyan mint emelkedõn haladni, van aki észre sem veszi a nyomaték különbséget). Egyébként ezt a megoldást a saját kerékpár lámpámon nem használom, mivel így is igen jó fényerõt biztosít, és a ledeket sem akarom annyira terhelni. Talán majd jövõre, ha a CREE legújabb ledjei nálunk is megjelennek (160lm/W hatásfokúnak igérik !!! 1W teljesítmény mellett, és 110m/W 6W esetén) akkor építek újabb lámpát (persze csak akkor, ha nem lesznek nagyon horrorosztikus áraik). Ezek a ledek kiemelkedõen jó hatásfokkal mûködnek majd néhányszor 100mA-es áramerõsség mellett de akár 2A-t is elviselnek, ezért itt már érdemes lesz a kétszerezõ-graetz közötti átkapcsolási lehetõséget is megvalósítani (és esetleg automatizálni is, sebességfüggõ átkapcsolással).
Aki maximalista, és minél több fényt szeretne, próbálkozhat a 4db powerled helyett, 5...6db -ot sorbakapcsolni, kb ennyi a maximum amit a generátor még normál körülmények között képes meghajtani.
Skori@2010.ápr.
Bár jelen pillanatban nem éppen a kerékpárosoknak kedvez az idõjárás, mégis akadt némi hozzáfûznivalóm a fenti írásomhoz! Korábban talán említettem a szinkronegyenirányítás elõnyeit, nevezetesen, ha a schottky diódák helyett FETet alkalmazunk egyenirányításra (amelyeket megfelelõen vezérelünk is) akkor az egyenirányítás vesztesége igen nagy mértékben lecsökkenthetõ! Ugyanis a nyitott FET D-S elektródája közötti feszültségesés lényegesen kiseb lehet, mit amennyi egy schottky diódán esik, hasonló nagyságú átfolyó áram esetén! Azonban a szinkronegyenirányító kimenetére alaphelyzetben nem kapcsolhatunk közvetlenül nagy értékû pufferkondenzátort, mert az abban tárolt töltés visszafelé is tudna áramlani a generátor felé - a szinkronegyenirányító mûködésébõl adódóan. Ezt pedig csak soros induktivitás, vagy némikép bonyolultabb vezérlés felhasználásával lehetne megakadályozni. Ilyen alacsony frekvenciára az induktivitás nehezen valósítható meg ésszerû méretben, és (szerintem) egy kissé bonyolultabb vezérlésbe sem érdemes energiát befektetni. Azonban kitaláltam egy közbensõ megoldást, amit "fél-szinkron egyenirányítónak" neveztem el. Arról van szó, hogy az egyenirányító pozitív oldalán 2db schottky dióda, a negatív oldalán pedig 2db FET dolgozik. Ezzel a megoldással ugyan valamivel alacsonyabb a hatásfok, mint a szinkronegyenirányítóval, de kb. fele akkora a vesztesége, mint egy schottky diódákból álló graetz egyenirnyítónak! Ugyanakkor meglehetõsen egyszerû felépítésû áramkörrõl van szó,és pufferkondenzátor is minden további nélkül rákapcsolható a kimenetére. Íme a kapcsolási rajz:
A fenti egyenirányítási megoldás egyélbként sikeresen alkalmazható pl. rezonáns tápegységben is, ahol egyébként a szinkronegyenirányító használata szintén kicsit nehezebb lenne. Megjegyzem még, hogy a feszültség kétszerezõs megoldás hatásfoka is kb annyi mint a fenti áramköré, (mert a feszültségesés ugyan kétszer ennyi, de a kimeneti feszültség is)! Tehát ezt a megoldást akkor ajánlom, ha valaki nem akar kétszerezést használni, de ugyanakkor jó hatásfokra van szüksége, pl. Li akku töltésre is használja a generátort, pl. 2db cella soros töltése némi kompromisszummal viszonylag egyszerûen megoldható lenne. A kapcsolási rajzon szereplõ IRF3205, és MBR20100 tipus csak irányadónak van feltüntetve, célszerû kis nyitóirányú ellenállással bíró FET-ek (Logikai FET-ek, pl. IRLxxx széria), és alacsony nyitófeszültségû, túlméretezett schottky diódák használata.
Skori@2012 dec.