Hallo Leute,
ein USB-Ladegerät auf dem Fahrrad zur Verlängerung der Akkulaufzeit des mobilen Naiv-PNA-PDA wäre doch toll oder?
Für Fahrräder mit Nabendynamo habe ich eine Lösung gefunden und gebaut:
Ein Nabendynamo, z.B. von Shimano der DH-3N71 (Standard) bringt satte 13 Volt Wechselspannung bei ca. 10 km/h und die Spannung steigt unbelastet linear mit der Geschwindigkeit. Bei 50 km/h habe ich ca. 65V gemessen.
Natürlich bricht die Spannung durch den Innenwiderstand des Dynamo bei Belastung ein.
Die Fronscheinwerferbirne hat folgende Leistungsdaten: 6V/2,4W. Das Rücklicht 6V/0,6W. Zusammen ergibt das 3W Leistung bei 6V und wer das ohmische Gesetz beherrscht schließt daraus, dass man dem Dynamo ca. 500 mA entzutzeln kann. Gerade so viel wie die Spezifikation für den USB-Port als Maximum vorschreibt.
Nun gab es im Forum schon Hinweise auf Conrad Electronic und den dort erhältlichen Bausatz mit dem LM317 und dieser bildet auch die Basis für die vorgeschlagene Schaltung (zumindest als Anregung bei mit; ich hatte alle Komponenten so Zuhause).
Die Spannung vom Dynamo kann man entweder durch Zwischenstecker am Frontscheinwerfer abgreifen oder das Kabel vom Dynamo schneiden und ein Abzweigkabel anlöten (oder mit Lüsterklemmen schrauben fehlende Langzeitstabilität). Ich habe nur die Isolierung etwas entfernt und ein Abzweigkabel angelötet.
Die Wechselspannung vom Dynamo muß gleichgerichtet werden. Ein Gleichrichter mit mindestens 40V Spannungsfestigkeit und 800 mA Strom sollte es tun (z.B. B40/C800). Um die, durch die relativ niedrige Frequenz beim langsamen Fahren entstehende Pulsierung des Stromes auszugleichen, muß eine große Kapazität eingebaut werden. Ich habe mal 1000 µF / 63V verbaut. Außerdem ist laut Datenblatt des LM317 ein kleiner Kondensator zwischen Eingang und Masse als Schutz vor Schwingungen notwendig (0,1µF/63V).
Da man beim Navi nie weiß, wie es den Dynamo gerade belastet, muß man eine Schutzschaltung im Ladegerät vorsehen, damit die hohe Leerlaufspannung des Dynamo nicht den LM317 zerstört. Dieser verträgt nur ca. 40V am Eingang.
Bei meinem P4410 / PNA470T habe ich folgende Stomverberbräuche gemessen:
P4410 im Standby*, aber voll geladen und über USB mit Spannung versorgt: Strom ca. 47 mA bei 5 V.
P4410 im Standby*, aber teilweise entladen: 117 mA @ 5V
P4410 im Betrieb, geladen: 237 mA @ 5V
P4410 im Betrieb, aber teilweise entladen: 287 bis 337mA pulsierend @ 5V
* Standby meint, das Gerät wurde nur durch kurzen Tastendruck ausgeschaltet.
Die Schutzschaltung besteht aus 3 Zehnerdioden (2x 12V und 1x 9,1V) in Reihenschaltung und einem 27 Ohm-Widerstand ebenfalls in Reihe und das ganze parallel zum Ladekondensator (1000µF). Ist nun keine Belastung am USB-Port und die Spannung überschreitet den Wert von 33,1V (2x 12V + 9,1V), beginnt ein Strom durch die Zehnerdioden zu fließen. Dieser wird um so größer, je schneller man fährt und je größer der Strom wird, desto mehr bricht die Spannung ein ein Regelkreis also. Die Schutzschaltung schützt den LM317 so zuverlässig vor Überspannungen und beginnt aber auch erst ab ca. 25km/h einzusetzen. Ist ein Navi am USB-Port angeschlossen, kommt die Schutzschaltung selten zum Einsatz.
Mit der nun zur Verfügung stehenden Gleichspannung kann der LM317-Eingang beaufschlagt werden. Ein Spannungsteiler an seinem Ausgang von 243 Ohm zu 710 Ohm und Rückführung der Mittelanzapfung auf den Adjustment-Pin des LM317 führt zum gewünschten Ergebnis von 5V am Ausgang. Eine weiße LED mit in Reihe mit einem 390 Ohm-Widerstand führt dazu, dass man immer überprüfen kann, ob das Ladegerät auch angeschlossen ist und die weiße LED ist auch bei Sonneneinstrahlung gut abzulesen im Gegensatz zu rot, grün oder gelb. Ein 330µF Kondensator am Ausgang sorgt dafür, das auch beim langsamen Fahren unterhalb von 10 km/h die LED nicht flackert und damit die 5V sauber am USB-Port anstehen. Der USB-Port des Navi läßt keinen Strom aus dem Port herausfließen, so daß eine Schutzdiode nicht notwendig wird.
Dann braucht man nur noch ein USB-Kabel mit Mini-USB-Stecker opfern, will sagen, man schneidet den Teil des Kabels mit dem Mini-Stecker für seine Länge ab und lötet Pin 1 an den Ausgang des LM317 und Pin 4+5 an Masse bzw. Ground. Fertig ist das Ladegerät. Die Belegung des USB-Steckers findet man hier:
http://www.hardwarebook.info/Universal_Serial_Bus_(USB)
Es wurde von mir schon auf einigen Fahrten auch bei hohen Geschwindigkeiten bis max. 55 km/h getestet und das Navi war bei der Heimkehr immer so gut wie voll geladen. Selbst bei sehr langsamer Fahrt von ca. 10 km/h sthet noch "Power" für das Navi bereit.
Den LM317 habe ich auf einen Fingerkühlkörper geschraubt (FK223/SA-CB bei Conrad Electronic). Die Schaltung habe ich lose verdrahtet, damit bei Regen keine Kurzschlüsse etc. entstehen. Zwischen den Eingang des Netzgerätes und den Dynamo habe ich eine Steckverbindung gebaut, so daß das Netzgerät jederzeit vom Dynamo trennen kann (Kupplung 5,5/2,5 mm / Kabel mit Stecker 5,5/2,1 Gerade - auch Conrad).
Viel Spaß!
Werner
