Uniwersalny, rowerowy zasilacz/ładowarka USB

Uniwersalny, rowerowy zasilacz/ładowarka USB
Pobierz PDF Download icon

Jak powszechnie wiadomo, wyjazd na wycieczkę rowerową nie może odbyć się bez smartfona... O ile o resztę elementów roweru nie należy się specjalnie martwić, to o jego zasilanie niestety tak. Szczególnie wtedy, gdy wypad jest dłuższy niż kilka godzin i mamy aktywnie zamiar korzystać z GPS lub ?uszczęśliwiać? e-znajomych na całym świecie relacją z takiej wyprawy itp.

Podstawowe parametry:
  • R2: 4,7 kV (SMD 0805)
  • C1, C2: 10 mF (SMD 1210)
  • C3…C8: 0,1 mF (SMD 0805)
  • C9: 22 mF (SMD 1210)
  • C10: 4,7 mF/25 V (SMD 1206)
  • CE1, CE2: 220 mF/50 V (elektrolit. SMD low ESR)
  • CE3: 100 mF/10 V (elektrolit. SMD low ESR)
  • D1…D5: SS34A (dioda Schottky)
  • DZ1: SM6T33A (transil)
  • LD1: LED 3 mm
  • U1: TPS55160Q1 (HTSSOP20TP)
  • V1: S07K25 (warystor)
  • AC, PV, DC5V: złącze DG381-3.5-2
  • L1: HPI0624-4R7 (dławik SMD)

Układ pomimo dumnej nazwy jest najzwyklejszą przetwornicą 5 V/500 mA o szerokim zakresie napięcia wejściowego. Do zasilania układu przewidziano dwa źródła. Jednym jest generująca prąd przemienny prądnica, wbudowana w piastę przedniego koła, drugim równie „energetycznie niepoczytalne” ogniwo słoneczne. Schemat ideowy proponowanego rozwiązania ładowarki pokazano na rysunku 1.

Rysunek 1. Schemat ideowy ładowarki rowerowej

Jako sterownik przetwornicy wybrany został jeden z nowszych układów - TPS55165 (U1) firmy Texas Instruments. Jest to uniwersalny sterownik przetwornicy obniżająco-podwyższającej, pracującej w szerokim zakresie napięć zasilających (2.0-36 V). TPS55165 zawiera w swojej strukturze sterownik oraz tranzystory kluczujące, dzięki czemu aplikacja liczy zaledwie kilka elementów.

Napięcie wejściowe z prądnicy jest doprowadzone zacisków „AC” i prostowane w mostku złożonym z diod Schottky i filtrowane przez CE1, CE2. Ze względu na dużą rezystancję szeregową, prądnica w zależności od prędkości i obciążenia generuje napięcie w dość szerokim zakresie, który jest przetwarzany w U1 na stabilne napięcie wyjściowe 5 V. Do zacisków PV dołączony jest opcjonalny panel lub zestaw paneli słonecznych o mocy 5…20 W, umożliwiający ładowanie smartfona także w wypadku dłuższego postoju lub po umocowaniu do np.: kierownicy lub bagażnika w sprzyjających warunkach oświetleniowych podczas jazdy. Dioda D5 zabezpiecza U1 przed odwrotnym podłączeniem panelu PV. Warystor V1 zabezpiecza U1 przed przekroczeniem dopuszczalnego napięcia wejściowego podczas pracy prądnicy, a dioda DZ1 w wypadku pracy z PV. Pozostałe elementy to kondensatory filtrujące i odsprzęgające. Muszą one charakteryzować się możliwie niskim ESR.

Moc przetwornicy to ok. 2 W w trybie podwyższania i ok. 5 W w trybie obniżania napięcia, co wystarcza do podładowania powerbanku lub akumulatora większości smartfonów.

Rysunek 2. Schemat montażowy ładowarki rowerowej

Układ zmontowano na niewielkiej, dwustronnej płytce drukowanej – rozmieszczenie elementów pokazano na rysunku 2. Płytka drukowana dopasowana jest do montażu w obudowie Hammond 1551HFLBK. Montaż układu nie wymaga opisu. Przed montażem na rowerze warto sprawdzić działanie podłączając do wejście PV zasilacz DC o zmiennym napięciu 3-20 V lub do wejścia AC transformator z kilkoma napięciami np.: 4,5…15 V AC i sprawdzić stabilność napięcia wyjściowego 5 V przy obciążeniu 10 V. Przy montażu modelu (na kierownicy) okablowanie jest doprowadzone do zacisków „PV/AC”, wyjście „DC5V” wyprowadzone jest gotowym kablem mikro USB. Obudowa HM przed skręceniem zabezpieczona jest silikonem na obwodzie i w przepustach gumowych. Należy zwrócić uwagę, że masa prądnicy jest jednocześnie masą ramy, a więc żaden punkt panelu PV lub wyjścia napięcia DC 5 V nie powinien się z nią łączyć galwanicznie. Zasilacz USB podłączony jest przez przełącznik trójpozycyjny, umożliwiający:

  • przełączenie prądnicy tylko do zasilania świateł (poprzez czujnik zmierzchu),
  • całkowite odłączenie prądnicy,
  • załączenie zasilacza/ładowarki USB.

Równoczesna praca świateł i ładowarki jest niemożliwa ze względu na zbyt małą moc prądnicy. W praktyce układ pracuje najlepiej przy prędkości 15…30 km/godz. (maksymalnie 40 km/godz.) przy pokonywaniu dłuższych tras. W mieście, gdzie co chwilę zatrzymujemy się lub zwalniamy, nie pracuje zbyt efektywnie, ale zawsze coś tam doładuje...

Adam Tatuś, EP

Artykuł ukazał się w
Elektronika Praktyczna
grudzień 2018
DO POBRANIA
Pobierz PDF Download icon

Elektronika Praktyczna Plus lipiec - grudzień 2012

Elektronika Praktyczna Plus

Monograficzne wydania specjalne

Elektronik czerwiec 2021

Elektronik

Magazyn elektroniki profesjonalnej

Raspberry Pi 2015

Raspberry Pi

Wykorzystaj wszystkie możliwości wyjątkowego minikomputera

Świat Radio czerwiec 2021

Świat Radio

Magazyn krótkofalowców i amatorów CB

Automatyka Podzespoły Aplikacje maj 2021

Automatyka Podzespoły Aplikacje

Technika i rynek systemów automatyki

Elektronika Praktyczna czerwiec 2021

Elektronika Praktyczna

Międzynarodowy magazyn elektroników konstruktorów

Elektronika dla Wszystkich czerwiec 2021

Elektronika dla Wszystkich

Interesująca elektronika dla pasjonatów