Приветствую всех! Столкнулся с проблемой преобразования энергии. Имеется ручной генератор и желание с его помощью заряжать мобильный телефон.
Ручной магнитодинамический генератор – предназначен для выработки энергии за счет мускульной силы человека. Характеристики: номинальная мощность=6Вт, максимальная мощность=30Вт, напряжение номинальное=24В, напряжение холостого хода не менее 40В, ток короткого замыкания не менее 0.25А. Используется трехфазный двигатель с возбуждением от постоянных магнитов.

Предполагается разработать и собрать преобразователь, позволяющий заряжать мобильные устройства, то есть выходное напряжение должно быть 5В, ток около 1А.

На данный момент испробованы несколько схем:
1) Генератор ->выпрямитель по схеме Ларионова - >DC/DC преобразователь TSR 1-2450, 5Вт, вход 6.5-36В, выход 5В/1А -> USB-> USB кабель -> USB амперметр/вольтметр -> мобильное устройство.
В качестве устройства использовались телефон Samsung Note 3, Philips Xenium, у которых номинальные токи заряда от сетевого ЗУ (Samsung 5В, 2А)равны 1.2А и 0.66А соответственно.
При подключении ручного генератора токи равны: Samsung -0.22A, Philips – 0.13A. Заявленный КПД преобразователя при максимально высоком входном напряжении 36В равен 84%. Соответственно в теории мы должны были получить мощность 5х1х0.84=4.2Вт и ток около 1 ампера. На практике ток гораздо ниже.
2) Использовалась схема с Li-Ion аккумулятором 3.7В, 750мАч и контроллером его заряда Adafruit (USB/DC Lithium Polymer battery charger 5-12V - 3.7/4.2v cells). Предполагалось сначала заряжать с генератора аккумулятор, а уже с аккумулятора переливать заряд в мобильное устройство. Результаты расчетов в теории и на практике также сильно отличаются. При питании от сетевого ЗУ схема заряжает аккумулятор током от 0.8А в начале и до 0.1А в конце заряда. При работе от ручного генератора (Генератор ->выпрямитель по схеме Ларионова - >DC/DC преобразователь TSR 1-2450, 5Вт, вход 6.5-36В, выход 5В/1А -> USB-> USB кабель -> USB амперметр/вольтметр -> контроллер заряда Li-Ion батареи-> аккумулятор) ток заряда примерно равен 0.05-0.1А во всех режимах заряда.

Прошу подсказать способы улучшения существующих схем, возможные другие варианты преобразователей. Готов ответить на любые уточняющие вопросы, произвести необходимые замеры. Любые рассуждения по теме приветствуются! Заранее благодарю откликнувшихся.

Что-то я не вижу ничего о емкостях фильтрующих конденсаторов после выпрямителя, и после преобразователя. Соответственно, подозреваю, что проблема кроется в пульсациях. Это раз. А два - нужен контроллер зарядки, который бы аутентифицировался телефоном как такой, от которого можно отъесть 1А, навроде TUSB2540 и т.п.

Ваша проблема в том, что за режим заряда отвечает контроллер, встроенный в телефон или в буферный аккумулятор, не позволяющий отобрать от генератора достаточно большой ток. Поэтому либо часами крутить генератор, либо искать буферную ёмкость, которую можно зарядить относительно быстро. Возможно, подойдут "модельные" энергоёмкие аккумуляторы. Но хорошей эффективности от этой затеи всё равно ожидать, ИМХО, не стоит. Во-первых, перекачка энергии туда-сюда с промежуточным звеном уменьшит общий КПД. Во-вторых, это дополнительный вес и габарит, что критично для использования в походных условиях. На которые и расчёт, нет?

А их собственно и нет
В даташите на преобразователь сказано что конденсатор рекомендуется ставить при входном напряжении более 32В. У нас на номинальных 2-3об/сек напряжение=24В.
Также была протестирована схема SCV0023, содержащая конденсаторы, и несколько подобных самодельных схем также с фильтрующими конденсаторами - эффекта особого не наблюдалось, разве работа генератора была чуть плавнее.
Более того, были попытки использования ионисторов в качестве некоего буффера, результат также неудовлетворительный, выходной ток слишком мал.

Ну так поставьте, чтобы пульсации с выхода выпрямителя сгладить. что нибудь на уровне 2200-4700 мкФ.
И я там дописал в том сообщении про контроллер зарядки, он тоже нужен, иначе телефон сам может ограничить зарядный ток на уровне 100мА согласно спецификации USB.

Да, думаю Вы недалеки от истины. Действительно, встроенный контроллер в каждом телефоне регулирует ток в зависимости от заряда батареи. Но ведь от сетевого ЗУ контроллер позволяет взять бОльший ток, соответственно вопрос в преодолении этого ограничения при работе от генератора.

Да, я рассматривал схему с аккумуляторами, способными принимать и отдавать большие токи. Но ведь метод их заряда также контролируется устройстом зарядки, иначе при неправильном заряде батареи быстро выйдут из строя. Или я не прав?
Габарит терпит до тех пор, пока устройство можно держать в одной руке, а крутить другой.



А я был уверен, что функцию аутентификации ЗУ телефоном осуществляет специальная распайка USB, содержащая в некоторых случаях сопротивления (телефоны Samsung, Apple например). Можно подробнее про TUSB2540? В сети толком ничего не нашел про него.

Я ошибся слегка. TPS2540

Спасибо, изучу.
И еще вопрос: что если взять автомобильное ЗУ на 24В и 2А и совместить с генератором? Логично предположить, что подобный контроллер заряда уже присутствует на борту. Можно ли рассчитывать на хороший КПД схемы и заветный 1А на выходе?

Думаю, вполне. Если это не китайская поделка. Вот у меня самсунговская автомобильная зарядка почему-то заряжает раза в 4 медленнее, чем сетевая. Ток я не мерил, но время говорит само за себя.
И, главное, если на входе будет ПОСТОЯННОЕ напряжение, а не пульсирующее.

Большое спасибо за ответы, уважаемый Гуру Будем пробовать новые схемы, по результатам отпишусь.

Все такие источники непостоянной мощности (ветрогенераторы, солнечные батареи, бензогенераторы и т.п.) резко хуже работают без контроллера точки максимальной мощности (MPPT) и корректора мощности, т.е. промежуточного накопителя энергии.

Но здесь задача изначально не понятна — с чего вдруг взят 30-ваттный генератор, если требуется всего 5 Вт?

Лежал удобно. Когда-то тоже подобный для походов пытался приспособить. Изумительного военного цвета небольшая мясорубка из комплекта носимой УКВ радиостанции , но после 15-20 минут вращения на 6-8 ваттах жутко это занятие надоедало.
А Вы все ищете квадратуру круга.

Именно такой и у меня! Военная вещь, говорят применялся не только для радиостанций, но и для приборов ночного видения (не интересовался насколько это достоверно).
Уважаемый Егоров, помните ли Вы схему с которой получалось выжать 6Вт из устройства? В общем виде обрисуйте пожалуйста если она отличается от предложенного выше варианта.

А 30Вт это максимальная мощность на высоких оборотах. Товарищ Егоров правильно заметил, уже в номинале 6Вт - это 2-3 об/сек, ручку крутить довольно утомительно.