USB ЗАРЯДНОЕ ДЛЯ ВЕЛОСИПЕДОВ

Идея установить зарядное устройство в велосипед пришла на ум, когда делал держатель для телефона. К тому же там имелось динамо. А раз генератор вырабатывает энергию все время пока едет, то было бы расточительством не использовать её каким-то образом. Посмотрев в интернете описания самодельных подобных устройств решено было сделать зарядное устройство адаптированное под питание и зарядку смартфона, но оно также может питать GPS, MP3, камеру и другие мобильные девайсы, которые можно брать с собой в поездку на велосипеде и запитать через USB.

Чтобы убедиться, что такое устройство вообще будет работать, провели несколько тестов. Собрали простую измерительную систему – мультиметр к раме и в путь.

Измерение напряжения генератора без нагрузки

  • 5 км/ч – 6,2 В
  • 10 км/ч – 11,7 В
  • 15 км/ч – 16,2 В
  • 20 км/ч – 19,5 В
  • 25 км/ч – 26,4 В

Максимальное напряжение генератора без нагрузки получилось 46 В, в случае повышенной влажности это даже несколько опасное для человека напряжение. Электронные компоненты подключенные к динамо (например диоды, конденсаторы), должны быть также рассчитаны на работу с этими напряжениями.

USB ЗАРЯДНОЕ ДЛЯ ВЕЛОСИПЕДОВ

Вначале нужно подготовить аккуратный корпус, отвечающий требованиям, выбор пал на заводской пластиковый, который приспособили таким образом, чтобы его было легко крепить на велосипед. От куска трубы аналогичного диаметра раме отрезали фрагмент длиной 10 см, его разрезали вдоль на 3 части (белые на фото). Из куска ПВХ толщиной 2 мм вырезали полоску шириной 8 мм, и нарезали ее на более мелкие кусочки (2 штуки – 15 мм и 1 штука – 60 мм).

USB ЗАРЯДНОЕ ДЛЯ ВЕЛОСИПЕДОВ

Подготовив и отшлифовав элементы, начали все склеивать, сначала приклеили нарезанные полоски к корпусу, чтобы между более длинными и более короткими был зазор в 5 мм.

USB ЗАРЯДНОЕ ДЛЯ ВЕЛОСИПЕДОВ

Когда клей начал подсыхать, просверлили отверстия в трех местах через все склеенные между собой элементы, а для прочности прикрутили саморезами М3.

USB ЗАРЯДНОЕ ДЛЯ ВЕЛОСИПЕДОВ

Теперь достаточно покрасить все это дело в черный цвет, а в трубку снизу вставить кусок тонкой резины, чтобы устройство не двигалось при прикреплении к раме.

USB ЗАРЯДНОЕ ДЛЯ ВЕЛОСИПЕДОВ

Подготовим USB гнездо для питания устройств, она должна быть легкодоступной, поэтому установили ее на руль.

USB ЗАРЯДНОЕ ДЛЯ ВЕЛОСИПЕДОВ

Гнездо USB на кабеле приклеили к оригинальной ручке (остатки отражателя).

USB ЗАРЯДНОЕ ДЛЯ ВЕЛОСИПЕДОВ

Для лучшего соединения – кусок термоусадочной трубки.

USB ЗАРЯДНОЕ ДЛЯ ВЕЛОСИПЕДОВ

Следующим шагом просверлить в корпусе необходимые отверстия и вставить в них провода, а также врезать трехпозиционный переключатель ВКЛ-ВЫКЛ-ВКЛ. Выключатель используется для переключения между схемой питания освещения и питанием от USB-розетки, одновременная работа обеих цепей не имеет никакого смысла из-за недостаточного выхода мощности генератора.

USB ЗАРЯДНОЕ ДЛЯ ВЕЛОСИПЕДОВ

После этих действий корпус готов к установке электроники, — обычный выпрямитель и модуль импульсного стабилизатора на микросхеме LM2596. Все дело в стабилизированном блоке питания с очень малыми потерями мощности, что очень важно, учитывая что он питается от вело-генератора. Использование стабилизатора с линейной характеристикой привело бы к слишком большим потерям. Подробнее о понижающем преобразователе LM2596 можно прочитать здесь.

USB ЗАРЯДНОЕ ДЛЯ ВЕЛОСИПЕДОВ

Далее все соединить по схеме подключения.

USB ЗАРЯДНОЕ ДЛЯ ВЕЛОСИПЕДОВ

После проверки соответствия соединений и пробного пуска выходное напряжение микросхемы было установлено строго на уровне 5 В.

USB ЗАРЯДНОЕ ДЛЯ ВЕЛОСИПЕДОВ

Перед окончательным закрытием корпуса, все места, куда могла проникнуть влага, были залиты силиконом.

USB ЗАРЯДНОЕ ДЛЯ ВЕЛОСИПЕДОВ

USB ЗАРЯДНОЕ ДЛЯ ВЕЛОСИПЕДОВ

Осталось только крепление на раму, возможно расположение кому-то покажется странным, но это было самое оптимальное место для крепления. Легкий доступ даже во время вождения и простое подключение смартфона без запутанных кабелей.

USB ЗАРЯДНОЕ ДЛЯ ВЕЛОСИПЕДОВ

Тестировалось зарядное устройство на телефоне OPPO, подключенный смартфон был заряжен на 61% в начале теста. Зарядка телефона началась со скорости 8 км/ч, при поддержании скорости примерно 20 км/ч получился зарядный ток близкий к 500 мА.

Максимальный зарядный ток составил почти 700 мА, приходилось крутить педали по-полной, чтобы держать скорость около 30 км/ч, хотя поддерживать такую скорость на более длительной дистанции не очень комфортно, особенно во время лесных поездок.

В общем устройство работает, но слабее чем ожидалось. Что касается максимальной мощности зарядного устройства, из велосипедного генератора наверное больше не выжать, хотя всё зависит от динамо.

Аккумулятор ставить смысла нет, на его подзарядку теряется много энергии, а от велосипедной динамо ее не много. Максимальная мощность зарядного устройства составляет около 3 Вт, из которых типичная велосипедная динамо-машина также генерирует около 3 Вт — значит используем почти всю доступную энергию. И зная что эффективность зарядки аккумулятора составляет около 70 %, то из сгенерированных 3 Вт могли бы зарядить аккумулятор на 1/3 меньше. Кроме того – схема зарядки занимает большое количество места. Так что если заряжаем телефон без дополнительной батареи от 0 до 100 % заряда, то имея подключенную к этой схеме батарею будем заряжать телефон на том же маршруте до 60 %.

Конечно наличие батареи лучше поддерживает постоянное напряжение, а потребляемый ток и, следовательно, мощность зависят от нагрузки. В случае с динамо-машиной мы вырабатываем определенную мощность в зависимости от скорости движения, которую необходимо передать в нагрузку.

Проблема с зарядкой телефона заключается в следующем – когда стоим или медленно едем, схема не заряжается или выходное напряжение падает ниже 5 В. Телефон обнаружит это и снизит ток зарядки, а когда напряжение вернется к прежнему значению, телефон не восстановит прежнее значение тока нагрузки.

В худшем случае смартфон вообще не будет заряжаться после остановки. Решение этой проблемы заключается в использовании аккумулятора или буфера энергии, как в мотоцикле или автомобиле. Проблема слишком высокого напряжения на входе может быть решена путем нагрузки динамо током после превышения определенного значения напряжения. Идея состоит в том, что зарядное устройство для велосипеда должно содержать диод Шоттки или выпрямитель MOSFET с малыми потерями. Преимущество этого решения в простоте, нет преобразователей. Устройство заряжается даже в неподвижном состоянии. Свет может питаться от аккумулятора.