Réguler une tension de dynamo

[lolincolc]

Bonjour à tous !

Je fais à nouveau appel à vous car j'ai un projet de bandeau LED alimenté à l'aide d'une dynamo de vélo.
Je pensais faire appel à une régulateur de tension pour avoir un sortie 12V continue.
J'ai plusieurs soucis. Tout d'abord: la dynamo produit un courant alternatif. Comment le transformer en un courant continue ? Par la suite je crois que le courant d'une dynamo oscille entre 3 et 20 volts dans les grandes descentes. Ou puis-je trouver un régulateur 3-20 V avec une sortie de 12Volts continue ?

Merci par avance de votre aide car j'avoue là être complètement perdu
Cordialement,
Lolincolc
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[obijoba]

bonsoir,

J'ai trouvé Ça, certes sans régulateur.

a+

[gienas]

Bonsoir lolincolc et tout le groupe

... la dynamo produit un courant alternatif. Comment le transformer en un courant continue ? ...

Pour transformer de l'alternatif en continu, ou plutôt en unidirectionnel, il faut un pont redresseur. Mais il fait perdre environ 1,2V de tension.

... courant d'une dynamo oscille entre 3 et 20 volts dans les grandes descentes ...

Le terme de courant est impropre. Le courant c'est l'intensité, exprimée en ampères. Les volts, c'est la tension, qui doit aussi dépendre de l'intensité délivrée.

Ce que tu ne dis pas, c'est la puissance que tu cherches à obtenir sous tes 12V souhaités. Tu dois savoir que c'est loin d'être gagné, car si l'intensité "exigée" sur ton 12V est trop forte, ton 3V de dynamo (3-1,2=1,8V) pourrait bien ne pas réussir à fournir la puissance nécessaire. Le rendement est toujours inférieur à 1, au mieux il est de 0,8 soit 80%.

Pourtant, comme la dynamo fournit un signal qui est périodiquement nul, le 0V ne pourra jamais fournir 12V. On peut minimiser les trous en mettant un condensateur de filtrage, qui pourrait s'avérer monstrueux, ou alors mettre une batterie tampon, mais la complication commence à poindre le bout de son nez.

Il existe des régulateurs susceptibles de monter la tension, mais il faudra sûrement remonter la limite basse.

Pour ne pas se lancer trop loin dans les supputations dans l’état actuel de ton projet, tu dois donner le courant que tu souhaites avoir sous les 12V attendus, et d'ailleurs pourquoi 12V? D'autres valeurs sont-elles possibles? A quoi doit servir le bandeau? La régulation doit-elle être précise? Est-ce grave s'il y a des trous?

[obijoba]

Re,

J'allais écrire une deuxième réponse allant dans le sens de celle de Gienas, mais je l'ai vue à temps !

on pourrait imaginer un pont de diode de Graetz suivi d'un régulateur élévateur abaisseur...mais 3V au min - la chute de tension dans les diodes =~ 1.5V et je ne trouve pas ce genre de régulateur pour une sortie à 12V. Mais faut peut-être persévérer.

a+

[A voir en vidéo sur Futura]

[lolincolc]

Merci de votre réponses très instructive !
Je n'aurais pas imaginé un système aussi complexe, le tout devant pouvoir tenir sur un vélo. Le bandeau sert juste de décoration sur mon vélo donc ce n'est pas grave si l'allumage n'est pas constant, de toute manière lorsque je suis à l'arrêt les LEDs s'éteignent !
Pour simplifier le projet, pensez-vous que je puisse utiliser le courant alternatif sur des LEDs prévu pour du courant continu ? A ce moment je n'aurait plus qu'à trouver un régulateur alternatif; Si 3-20 Volts n'existe pas je peux sans doute faire avec 5-20 volts, ce sera déjà un bon début.
Mais si j'utilise du courant alternatif sur mes LEDs est-ce qu'elles clignoteront ? Ou ne fonctionneront-elles pas du tout ?

Vraiment merci pour votre aide !
Lolincolc.

[gienas]

Bonsoir à tous

Merci de votre réponses très instructive !
Je n'aurais pas imaginé un système aussi complexe, le tout devant pouvoir tenir sur un vélo ...

Quand on impose trop de conditions, et que l'on ne sait pas ce qu'elles sous entendent, c'est normal.

... Le bandeau sert juste de décoration sur mon vélo donc ce n'est pas grave si l'allumage n'est pas constant, de toute manière lorsque je suis à l'arrêt les LEDs s'éteignent ! ...

Hum! C'est pourtant à l’arrêt qu'il serait plus utile de frimer. En roulant, tu es le seul à "profiter" du spectacle.

... Pour simplifier le projet, pensez-vous que je puisse utiliser le courant alternatif sur des LEDs prévu pour du courant continu ? ...

obijoba, en #2, te donne un montage qui fonctionne précisément en alternatif. Il biaise, (le montage), en ne faisant fonctionner qu'une série de LED par polarité de la dynamo. Bien sûr, cela double la quantité de LED, mais cela supprime le seuil de 0,6V perdu dans les diodes de redressement.

Le montage proposé est très ancien. Les prix sont en francs, la mise à jour est de 2000, mais les principes restent valables, avec des composants (LED) améliorés/variés depuis.

... A ce moment je n'aurait plus qu'à trouver un régulateur alternatif ...

Cela n'existe pas, et ce serait inutile, maintenant que ton cahier des charges est allégé.

... Si 3-20 Volts n'existe pas je peux sans doute faire avec 5-20 volts, ce sera déjà un bon début ...

Deux remarques à faire.

As-tu relevé, en charge, les tensions alternatives effectives sur ta dynamo? Leur principe, qui est très simplifié, tend à "saturer" assez rapidement quand la vitesse augmente, si bien que cela varie moins que le rapport des vitesses.

Si tu restes "sage", et que tu n'es pas trop gourmand en luminosité, tu peux ajuster/calculer tes courants pour que, au maximum de vitesse, ce soit acceptable et sans danger pour la vie des LED. A basse vitesse, ce sera ce que ce sera. Et puis, si tes pointes de vitesse ne sont pas trop longues (car elles fatiguent le pédaleur), ce devrait aussi passer.

... Mais si j'utilise du courant alternatif sur mes LEDs est-ce qu'elles clignoteront ? ...

Tu as sûrement entendu parler de la persistance rétinienne. elle tend à "boucher/retarder" les trous.

Dans le montage proposé, comme chaque polarité concerne des LED distinctes, une observation de très près à basse vitesse sera un peu clignotante, mais vitesse acquise et de plus loin, la Nature se chargera de masquer ce défaut. La limite est vers 25Hz. Le cinéma n'existerait pas sans cette persistance rétinienne.

... je n'aurait plus qu'à trouver un régulateur alternatif ...

Le montage du lien comporte des diodes Zener, une par polarité. Je pense que les essais que tu vas faire, avec un peu de sagesse en ne mettant pas la barre trop haut, devraient te permettre de les éviter.

Une chose à savoir, cependant.

Le lien prévoyait des LED rouges car destiné au feu arrière. Comme tu souhaites du décor, tu vas mettre ds couleurs diverses. Or chaque couleur est caractérisée par une tension différente, ce qui ajoutera des "incertitudes" décoratives supplémentaires aux variations de vitesse basses. Les fortes chutes directes s'allumeront pour des plus fortes vitesses que les faibles chutes directes.

Tu dois prévoir une seule résistance par "couple" de LED identiques, montées en parallèle et en opposition.

Pour faire tes manipulations, je te suggère de relever la tension maximale (alternative) que te délivrera ta dynamo, en la chargeant à peu près à son maximum (attention, c'est quelques watts, une ampoule avant par exemple), et rechercher un transfo secteur qui te délivre sur un secondaire, une tension à peu près égale.

C'est ce secondaire que tu prendras pour tester, deux par deux, tes LED fonction des couleurs que tu auras choisies. C'est nettement moins fatigant que de devoir pédaler.

[bobflux]

As-tu relevé, en charge, les tensions alternatives effectives sur ta dynamo? Leur principe, qui est très simplifié, tend à "saturer" assez rapidement quand la vitesse augmente, si bien que cela varie moins que le rapport des vitesses.

C'est l'inverse. Pour faire bref, ta dynamo (qui est en fait un alternateur) se comporte comme une source de courant alternatif d'environ 500mA, dont la tension RMS est limitée à environ 0.8-1V par km/h de ton vélo (plus ou moins... selon le modèle et bien sûr la taille des roues, je te donne les chiffres de tête pour une roue de 700).

Pour ce qui est de la fréquence, elle est proportionnelle à la vitesse, Shmano a 26 pôles et SON 24, ou l'inverse je sais plus.

Bref, c'est écrit "6V 3W dessus", ça correspond à 500mA, si tu roule à plus de 6-7 km/h.

Je parle bien évidemment d'une dynamo de moyeu. La dynamo de pneu n'a qu'une seule place, la poubelle.

Bien sûr comme elle se comporte en source de courant, si tu essaies de tirer plus que 500mA dessus, la tension s'écroule. Donc utiliser un convertisseur à découpage de manière naïve, ou un régulateur série, c'est l'échec assuré.

Le plus simple est de redresser-filtrer (4 diodes schottky et genre 4700µF), puis d'arranger les LED en série/parallèle de façon à avoir environ 6-8V donc 2-3LED en série, et 500mA (donc pas mal de groupes de 2-3 LED en série avec une résistance sur chaque groupe, le tout en parallèle). Ca, c'est très simple et ça fonctionnera sans problème. C'est simplement un régulateur shunt qui produit de la lumière...

Il y a d'autres solutions, soit simples et qui ne marchent pas, soit très compliquées.

[gienas]

Bonjour à tous

... Je parle bien évidemment d'une dynamo de moyeu. La dynamo de pneu n'a qu'une seule place, la poubelle ...

Heu, je ne suis pas utilisateur/connaisseur des modèles à moyeu. Je connais que la version "poubelle", et ma réponse était basé dessus.

[bobflux]

Ah, OK !

J'aime pas les dynamo de pneu :

- ça freine bien le vélo
- ça fait "VVVRRRIIIIIIIIII"
- ça bouffe les pneus et ça coûte plus cher en pneus qu'une lampe à piles
- si le pneu est mouillé, ça glisse, et ça marche pas
- quand elle se détache et se coince dans les rayons, ouille

Le seul avantage c'est que ça tourne vite, c'est pas cher, et un alternateur ça aime tourner vite.

La dynamo de moyeu, c'est cher et lourd, mais :

- c'est silencieux
- ça freine vraiment très peu (quelques watts de perte, c'est négligeable)
- c'est inusable
- ça fonctionne par tous les temps

C'est un compromis. Comme elle tourne lentement, c'est un alternateur relativement pourri, donc il y a 24 pôles minimum dedans pour essayer de remonter la fréquence, mais l'absence de frottement et les autres avantages compensent largement, et au final ça marche très bien.

En la caressant dans le sens du poil, la mienne arrive à produire plus de 10W à 25 km/h (là, je sens un peu le freinage, si je baisse la puissance du phare je gagne quelques fractions de km/h).

[obijoba]

Bonjour à vous,

Pour faire bref, ta dynamo (qui est en fait un alternateur) se comporte comme une source de courant alternatif d'environ 500mA, dont la tension RMS est limitée à environ 0.8-1V par km/h de ton vélo.
Bref, c'est écrit "6V 3W dessus", ça correspond à 500mA, si tu roule à plus de 6-7 km/h.

La 1ère phrase n'est-elle pas en contradiction avec la 2iè ?
Si je roule à 30 km/h, l'alternateur fournirait entre 24 et 30V selon la 1èr affirmation alors que c'est écrit 6V 3W !

Je parle bien évidemment d'une dynamo de moyeu. La dynamo de pneu n'a qu'une seule place, la poubelle. C'est un avis, mais dans la poubelle des recyclables alors !

Bien sûr comme elle se comporte en source de courant, si tu essaies de tirer plus que 500mA dessus, la tension s'écroule. Donc utiliser un convertisseur à découpage de manière naïve, ou un régulateur série, c'est l'échec assuré.
C'est quoi la manière naïve ?
Tant que tu ne tires pas plus de courant que fournit par le générateur!

OK pour le reste.

a+

[bobflux]

> La 1ère phrase n'est-elle pas en contradiction avec la 2iè ?

Non, c'est une source de courant limitée en tension, ou une source de tension limitée en courant, ce qui revient au même. La caractéristique I/V ressemble assez à celle d'un panneau solaire, avec un joli coude.

En réalité la fonction "source de courant" provient de l'inductance interne.

La tension à vide V augmente proportionnellement à la vitesse. Disons que V = k1 . vitesse
La fréquence F aussi. Disons que F = k2 . vitesse

Mais le courant maximum que tu peux tirer (en court-circuit) est limité par l'impédance interne du machin, qui est une grosse inductance. Z = Rinterne + L*2.pi.F

Si je néglige R, on a I = V/Z = k1 . vitesse / (L*2.pi.k2 . vitesse) = k1 / (L*2.pi.k2) ; comme la vitesse est au numérateur et au dénominateur, elle s'annule, et on a un courant constant.

Toute la subtilité vient du fait qu'en utilisation, on ne la met pas en court-circuit, mais on la fait débiter dans une charge. Donc I = V/(Z + Zcharge).

Si la charge est une résistance R à peu près constante (genre une ampoule), aux vitesses élevées la partie inductive de l'impédance de la dynamo domine R, et on a ... une source de courant.

> Si je roule à 30 km/h, l'alternateur fournirait entre 24 et 30V

À vide, oui.

Si tu tires du courant (moins de 500mA) la tension va baisser un peu. Si tu dépasses le coude de la caractéristique I/V, la tension va baisser énormément. Le max de puissance est vers le début du le coude, comme avec un panneau solaire.

> Selon la 1èr affirmation alors que c'est écrit 6V 3W !

Ce qui est écrit dessus est une spécification... rien n'interdit d'utiliser un composant hors spécification si on est raisonnablement sûr que ça va marcher... dans le cas d'un bout de ferraille avec du fil de cuivre autour, les "absolute maximum ratings" sont quand même assez larges !...

> C'est quoi la manière naïve ?

Si tu branches un DC-DC dessus, il va tirer à l'entrée le courant qu'il faut pour maintenir la consigne en sortie, donc quand tu ralentis, la tension de la dynamo baisse, il va tirer plus de courant pour compenser, et ça s'écroule.

C'est pour ça que si tu veux juste allumer des LED, le plus simple est de les utiliser comme régulateur shunt : tu n'as pas de convertisseur, juste des LED et des résistances, et c'est garanti que ça marchera, tant que tes LED sont capables d'absorber 500mA. Par exemple si c'est des blanches de 20mA, tu en mets 2 en série avec une résistance de 100 ohms, tu mets 30 groupes comme ça en parallèle, une capa et un pont, et voilà tu allumes tes 60 LEDs, à intensité constante à partir de 8-10 km/h environ. Ou bien si tu veux un phare, tu peux mettre deux LEDs puissantes en série, une résistance une capa et un pont...

L'autre solution, c'est si tu veux avoir beaucoup plus de lumière dans les descentes : un microcontroleur qui mesure la fréquence de la dynamo et contrôle un DC-DC pour simuler une charge correspondant au point de puissance maximum mais c'est un autre niveau de complexité. C'est le même principe que sur une éolienne. J'ai rajouté une sortie 5V pour le GPS, des batteries LiIon, et un feu arrière, ça nous fait 5 DC-DC plus le BMS sur la carte, format 5x10cm.

[obijoba]

Re,
@ bobfuck
Merci pour cette explication très claire.
a+