воскресенье, 12 августа 2018 г.

Преобразователи для динамовтулок.

Пора бы уже закончить цикл статей про велоэлектронику. А то висит над душой, не даёт спокойно другие статейки писать. Предыдущие статьи рассматривали преимущества, недостатки и области применения динамовтулок , солнечных панелей и павербанков - "Втулка, фара и конвертер - всё на булочке с кунжутом. Зачем байкпакеру динамовтулка"; в отдельной статье было подробно рассказано про динамовтулку - "Динамо-втулка для велосипеда: принцип действия, конструкция, характеристики"; был ещё ликбез по светотехнике и ключевые модели динамофар - "Светотехника, фары для динамовтулки".
А закончим мы рассмотрением конвертеров для динамовтулок.

Мне не нравится слово конвертер. В русском языке есть устоявшийся термин "преобразователь", который применяется для обозначения таких электронных устройств. Если вы знаете английский, то легко догадаетесь, что конвертер и преобразователь - это одно и то же. А если не знаете, то "конвертер" будет для вас пустым звуком. И закон экономии языковых усилий при использовании конвертера не работает. Поэтому я призываю использовать наш родной, близкий сердцу "преобразователь". Произнесите и вслушайтесь. Вы слышите шелест берёзок? Слышите этот дивный соловьиный перелив, это громыхание летней грозы в ячменном поле, это журчание реки? А теперь произнесите конвертер. Словно в ухо плюнули, да?

Итак, преобразователь. А что он преобразовывает? Один вид энергии в другой? Типа как газовая турбина? Нет, он преобразует переменный ток в постоянный.


Переменный ток носит такое название, потому что меняется не только по величине, но и по направлению. А постоянный ток всегда имеет одно и то же направление, хотя и может изменяться по величине.

На рисунке я постарался средствами гуглопрезентаций изобразить синусоидальный ток, который выдаёт динамовтулка. Он переменный. Та часть, что находится ниже пунктирной линии имеет отрицательную величину, и это значит, что ток течёт в обратную сторону.

Чтобы заставить ток течь всегда в одну и ту же сторону, нужен выпрямитель. Схем выпрямителей много, но наиболее распространённая - в виде диодного моста.

После выпрямителя ток по прежнему меняется по величине, но уже не залезает в минус. Если попытаться скормить такой ток электронному прибору типа телефона, то прибор будет тупить и плеваться. Что за дрянь, мол? Если велосипед вдруг стал ехать медленнее, пульсирующий ток снизился, телефон вообще перестанет заряжаться.

Какое напряжение после выпрямителя? Зависит от скорости велосипеда и от нагрузки. Может быть 4 В, а может все 60 В. Но без специальных мер оно будет сильно пульсировать, так же как и ток.

И втыкать в такую хрень свой дорогой айфон ну никак нельзя. Нужно застабилизировать питание и обеспечить на выходе преобразователя требования стандарта USB - железно стоящие на месте 5 В без пульсаций, и чтобы ток был не менее 500 мА.

Для этих целей на выходе преобразователя применяется импульсный стабилизатор напряжения. Это общее название целого класса электронных схем. Стабилизатор может быть и не импульсным, но это не наш случай, не будем отвлекаться.

Если по прежнему непонятно, зачем нужен преобразователь, то краткий ответ такой: "без него от втулки ничего не запитаешь". Преобразователь может быть тупенький самодельный, может быть извращённый самодельный, может быть покупной с разными функциями. Но в любом случае он нужен.


Как его подсоединять к втулке? Можно прям к тем же клеммам, что и фара. Самый простой вариант. Но при таком раскладе есть существенный недостаток: к втулке всегда что-то подсоединено. Не на всех фарах есть кнопка выключения. Это тупо, но это правда. :) На преобразователях кнопок включения не бывает. :) Втулка не всегда выдаёт достаточно мощности, приходится выбирать: или фара пусть светит, или преобразователь телефон заряжает. Одновременно не тянет.


Вот чтобы не лазить ручками и не отключать постоянно телефон от преобразователя, можно поставить на руль переключатель. У него три позиции обычно: подключена фара, ничего не подключено, подключен преобразователь. Это удобно, но требует покупки этого самого переключателя, распайки концов и поиска места на руле для установки.

Зато в среднем положении к втулке ничего не подключено и потери в ней будут минимальными. Это вроде как плюс, потому что будет на десять нановатт легче крутить. Но если к выходу втулки ничего не подсоединено, напряжение на клеммах может вырасти вольт до 100. Зависит от скорости. И потом переключатель щёлкают и подсоединяют это напряжение к фаре или преобразовтелю. В фаре и в преобразователе должна быть встроенная защита от такого высокого напряжения, иначе могут сгореть.

Теперь про особенности зарядки смартфонов и буферные батареи.



У многих смартфонов есть минимально допустимый ток заряда. Если преобразователь его не обеспечивает, то смартфон просто отключается и отказывается заряжаться.

В каких ситуациях втулка не обеспечивает минимально допустимый ток? Когда скорость слишком маленькая. Это может быть подъём в гору, а может быть участок жёсткого ветра в морду. Чтобы в этих ситуациях смартфон продолжал заряжаться, нужна буферная батарея. Недостающий ток заряда будет браться из неё.




Всякий ли павербанк может работать буферной батареей?  Нет. Только тот, в котором стоит специальная микросхема контроллера, которая позволяет одновременно заряжать встроенный аккумулятор и высасывать из него запасенную энергию. Не все павербанки такое умеют. Сайт cyclingabout.com рекомендует серию павербанков Goal Zero Flip - они проверенно работают в буферном режиме вместе с преобразователями и динамовтулками.

Я попробовал проверить свой говнобанк Defender Extralife 5200 за 700 рублей. Как выяснилось, он тоже может одновременно заряжаться и питать смартфон. Проверяется легко: втыкаете банк в зарядку, а в банк втыкаете смартфон. Насколько хорошо это бюджетное решение будет работать с преобразователем и втулкой - ещё предстоит узнать. Потом отпишусь.

Бывает так, что небольшая буферная батарея уже встроена в преобразователь. Это снимает часть головняков и точек электрических соединений на велосипеде. Вот, в качестве примера конкретные модели со встроенным буферным аккумулятором. Емкость у них, конечно, меньше, чем у павербанка. Хватает только на непродолжительные остановки.


Тенденции электроники и преобразовательной техники к миниатюризации позволили запихать преобразователь внутрь динамофары. Мне такое решение не нравится с чисто инженерной точки зрения, но я допускаю его право на существование.


Миниатюризация позволяет воткнуть преобразователь в другие неожиданные места. Например, в крышку якоря штока. А буферную батарею разместить в самом штоке. Вроде как удобно. Всегда в доступе. К недостаткам относится подверженность разъёма воздействиям грязи и воды. Надо его затыкать, когда не используется.


Ну вот, наверное, и всё по преобразователям. Более подробно влезать в схемы не хочется. Если кому-то интересно, во второй статье я давал ссылку на магистерскую диссертацию американца про преобразователь. Там много всего интересного и полезного.

Я ещё обещал рассмотреть конкретные наборы втулок, преобразователей и фар. Мне кажется, вот такой комплект будет весьма бюджетным. За качество, эффективность и надёжность не ручаюсь. %)


Недостаток: поскольку и фара и телефон всегда питаются от павербанка, будут всегда присутствовать потери мощности в этом самом павербанке. Можно его исключить, и втыкать фару/смартфон в преобразователь. В нём есть небольшая буферная батарея. Как будет работать алифара с преобразователем не проверял. Надо будет заняться.


Вариант подороже, зато эффективнее и надёжнее. Фару подсоединять напрямую к втулке, на фаре есть выключатель. Фара - одна из лучших с горизонтальной отсечкой кривой силы света. Для жёсткой внедороги и подсвечивания веток можно на шлем приделать налобник, который умеет заряжаться от USB, и днём его заряжать от преобразователя. Налобник пригодится и для бивака. Смартфон подключать к тому же преобразователю, павербанки не брать. Этот вариант более жизнеспособен, как мне кажется. Но ценник жирный, да.

На этом всё. Спасибо, что дочитали. :) Возможно, попозже буду дополнять цикл другими статьями про велоэлектронику. Из обсуждения статей во вконтакте уже много мыслей для нового материала появилось.

Поделиться ВКонтакте

Комментариев нет:

Отправить комментарий