Uniwersalny, rowerowy zasilacz/ładowarka USB

Sobota, 01 Grudzień 2018

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.

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

Wykaz elementów:

Rezystory: