Oggi vi presento un progetto per la costruzione di un faretto a LED per biciclette elettriche e luci di stop automatiche. Il circuito è universale. Potrà essere usato su biciclette diverse (con voltaggio batterie diverso) e con faretti diversi soltanto cambiando pochi componenti. Il limite per la batteria è 60V e per il faretto 3A. Il progetto comprende anche una striscia LED colorata di rosso attaccata sul retro della bicicletta che funge da luci di stop. Quando non si frena emette poca luce mentre quando si tira la leva dei freni si accende a massima potenza. Per faretti a 12V si può quindi arrivare a 36 watt che per i LED sono tanti (circa 300 watt alogeni equivalenti). Il faretto utilizzato è a LED ed ha una potenza di 7 watt (circa 50 watt alogeni equivalenti) e tensione 28 Volt. Il circuito è costituito da un regolatore di tensione switching.
I regolatori
I regolatori switching abbassano la tensione modificando la forma dell'onda mentre i regolatori lineari sono delle resistenze che confrontano i volt di uscita con i volt di entrata e si regolano per far uscire i volt desiderati. L' onda viene rettificata e si ha in uscita i volt in ingresso moltiplicati per il duty cycle (per un duty cycle del 50% (on per il 50% del tempo e of per il 50% del tempo) si hanno in uscita metà dei volt. Ho usato l'integrato LM2576HV-ADJ della TI. HV significa alta tensione (la tensione di ingresso è max 60v invece di 40v del 2576 normale. ADJ è la versione in cui bisogna scegliere i volt di uscita con un partitore di tensione. Se in uscita volete 3,3 ; 5 ; 12 o 15v esistono le versioni già regolate. Per i 12v ho utilizzato un regolatore lineare al posto di un altro switching perchè costa meno e la ventola e un pezzo di striscia collegati non consumavano tanto e quindi l'integrato non scaldava. Quindi ho optato per l'integrato LM317 che bisogna regolarlo sempre con un partitore di tensione ma potete sostituirlo con un LM7812 che è regolato per i 12v in uscita.
Schema Elettrico Faretto
Schema faretto:
Le resistenze da 2k ohm e da 220 ohm collegata al LM317 servono per regolare i volt in uscita. Al posto della resistenza da 2k ohm potete mettere un trimmer per poter regolare i volt in uscita. Con queste resistenze escono circa 12v.
Vout = 1,23*{[R2(220 ohm) / R1(2k)] + 1} + R2
Per il regolatore switching (LM2576) il circuito e i calcoli diventano più difficili. Io ho seguito il datasheet: Per prima cosa si calcolano le resistenze per determinare i volt in uscita. Si impone la resistenza tra massa e il pin 4 (da 1k ohm a 5k ohm). La seconda resistenza si calcola con questa formula:
R2 = R1 [(Vout / 1,23) - 1]
Per avere in uscita 28v:
R2 = 5k*[(28 / 1,23) - 1]
Dopo aver calcolato le 2 resistenze bisogna calcolare l' induttanza in uscita.
Bisogna trovare un numero con una formula, che individua le coordinate y di un grafico e sapere gli ampere che si vogliono prelevare che individuano le coordinate x del grafico.
La formula è la seguente:
(Vin -Vout)*(Vout/Vin)*(1000/52) = al numero che dovete leggere a sinistra della tabella.
Gli ampere di uscita gli leggete sotto e in base a che striscia si evidenzia usate quell'induttanza. A me è risultato 225 e ho usato un induttanza da 1000 uH calcolando un consumo di circa 0,7 ampere. Il faretto ne consuma 0,350 ma avevo solo quell'induttanza.
Come si può notare ho messo due condensatori per livellare l'uscita perché i regolatori switching rendono la corrente da continua a 52kHz e bisogna livellarla.
Il diodo MBR360 serve per fornire un percorso di ritorno per la corrente di induttore quando lo switch è spento.
Realizzazione Faretto
Il circuito lo ho realizzato su millefori.
Lo ho inserito in un tubo di plastica. I dissipatori a 90° uno dall’altro, così gli integrati prendono aria direttamente dalla ventola, altrimenti se diritti sarebbero dove c'era il motore della ventola e non si raffreddavano bene.
Dietro faretto:
Faretto acceso:
Schema Luce Freni Automatica
Schema con porta logica xor:
Schema con porta logica not:
Volevo che quando freno si accendesse una striscia rossa come luce di stop e la stessa striscia quando non freno restasse accesa leggermente.
La mia bici elettrica ha nei freni un pulsante che quando freno dice hai motori di non accelerare e di attivare i freni a motore. Nel mio caso si hanno 5V quando NON si frena e 0 V quando si frena. Ho risolto questo problema utilizzando una porta logica XOR, perché avevo quella ma se avete una NOT va bene lo stesso. Comunque metto tutti e due gli schemi. Adesso ho 5V quando freno e 0V quando NON freno. Così faccio andare in conduzione un transistor che alimenta una striscia a LED 12V rossa. La striscia però volevo che restasse accesa con una luminosità ridotta, quindi ho messo tra massa e il meno della striscia una resistenza da 1470 ohm. Il valore è indicativo, perché bisogna variarlo al variare della lunghezza della striscia e della luminosità voluta.
Come potete vedere un LM7805 abbassa la tensione da 12V a 5V che alimentano la porta logica e nel caso della XOR fa parte di un ingresso. La NOT per chi non lo sapesse da in uscita 0v quando entra una tensione, quando in ingresso si hanno 0V in uscita esce la tensione di alimentazione della porta logica, nel nostro caso 5V.
La XOR da in uscita 5V quando l'altra entrata è a 0V. Quando tutte e due sono a 0V escono 0V, quando sono tutte e due a 5V escono 0V.
L'uscita della porta logica attraverso una resistenza mette in conduzione il transistor. Ho messo anche una resistenza da 10k ohm tra base e massa per eliminare disturbi creati da falsi contatti.
La formula per calcolare la resistenza da 1k ohm è:
Rb = (Vb - Vbe)/Ib
Rb è la resistenza di base (1k ohm)
Vb sono i Volt sulla base del transitor (5v)
Vbe sono i Volt di saturazione del transistor da leggere sul datasheet
Ib è la corrente di base.
Per calcolarla bisogna seguire questa formula:
Ib = Ic/hFe
Ic è la corrente del collettore (nel nostro caso la corrente della striscia a LED)
hFe è un valore del transistor da leggere sul datasheet o misurabile con alcuni tester
Realizzazione Luce Freni Automatica
Il circuito lo ho posizionato in una scatoletta per pezzotte per aggiustare le camere d'aria delle biciclette. La scatola è posta sotto la canna. Capirete meglio dalle foto. La striscia è attaccata dietro alla bici sul porta batteria.
Scatoletta magica:
Non frenato:
Frenato:
Schema Completo
schema completo con porta logica not:
schema completo con porta logica xor:
Ho letto questo progetto con attenzione.
L’autore è davvero giovanissimo ma ha avuto una buona idea, che penso possa essere molto utile.
Un progetto essenziale ma molto efficace.
Complimenti.
E in bocca al lupo per il prossimo 😉
Anche io voglio fare i complimenti all’autore, a maggior ragione perché è giovanissimo, da come ci informa Piero. L’argomento è interessante (almeno per me che ho sempre avuto l’idea di “giocare” con le luci della bici ma poi non riesco a trovare il tempo di fare qualcosa!) e l’articolo è ben strutturato.
Spero che l’autore prenda le mie osservazioni come incoraggiamento e spunto per il prossimo articolo: l’impostazione è buona, con la premessa teorica e poi la spiegazione dettagliata del circuito e del modo di risolvere i problemi che gli si presentavano. Ho apprezzato lo spirito dello sperimentatore e del “recupero” del materiale (avevo questo componente e mi sono adattato, ma si può fare anche in quest’altro modo, ecc.). Sarebbe servita, però, un’ulteriore lettura per evitare qualche refuso di troppo.
Per quanto riguarda il contenuto vorrei fare delle precisazioni: nel progetto si usa un particolare regolatore switching: lo step-down (o buck) che fornisce una tensione di uscita pari a quella d’ingresso per il duty-cycle. Per come è scritto sembra che tutti gli switching si comportino allo stesso modo, invece esistono anche circuiti elevatori (step-up) o con tensione che può essere sia maggiore che minore dell’ingresso. Per i regolatori lineari, poi, sarebbe più corretto dire che si confronta l’uscita con un riferimento e non con l’ingresso: anche se sul transistor (la “resistenza variabile”) c’è una tensione pari alla differenza fra ingresso e uscita, non vi è nessuna misura dell’ingresso ( e quindi nessun confronto).
Questi circuiti proposti mi hanno stimolato la curiosità e vorrei chiedere delle spiegazioni, ovvero suggerire delle modifiche.
La prima: perché il regolatore lineare da 12V lo metti direttamente sulla batteria (48V) e non a valle dello switching a 28 V? Si dovrebbe solo stimare la corrente assorbita dalla presa a 12V e vedere se ci si rientra nei 0.7A con cui è progettata l’induttanza (al limite si cambia induttanza: l’integrato, se non sbaglio, gestisce fino a 3A). Bisogna tener conto che la potenza dissipata sul regolatore è tutta “sprecata” (oltre alla necessità di smaltirla correttamente, come hai ben fatto) e soprattutto presa dalla batteria (che si scarica prima!): nel caso presentato si ha (48-12)*I=36*I e nell’altro (28-12)*I=26*I, con un risparmio di circa il 27%, a parità di corrente.
La seconda: invece di impiegare un ulteriore regolatore di tensione si potrebbe utilizzare un zener, visto che la 12 V è già regolata? Magari si potrebbe usare un semplice bjt ad emettitore comune (alimentato a 12V) come invertitore al posto della logica, risparmiando qualche componente. In ogni caso suggerirei di mettere dei condensatori da qualche decina di nF tra il pin di alimentazione della porta logica e la massa.
Un ultima domanda: per il trimmer sotto il LED non capisco l’utilità del diodo, mi sembra superfluo.
Anche io, come ha già fatto qualcuno, voglio farti i miei complimenti 🙂
Hai avuto una buona idea che hai saputo realizzare, Bravo!
Anche io ho cominciato da giovane, ma non quanto te.
Non sò perchè, ma leggendo è presente qualche piccolo errore di battitura, niente di grave (Ho fatto di peggio :D)
Tutta la realizzazione è stata presentata con foto e schemi ben fatti ed ordinati, accompagnata con Teoria e quant’altro…
Peccato solo che il sistema riscalda e che quindi hai dovuto inserire una ventola, altrimenti sarebbe stato più impermeabile e meno soggetto ad impolverarsi. Magari effettuando qualche modifica, tra cui quelle suggerite da Gianluca Angelone, risolverai molti problemi tra cui quello del surriscaldamento.
Ottimo lavoro.
Ivan
Grazie a tutti per i complimenti e per avermi spiegato i problemi.
Apprezzo molto i consigli, perchè così posso sempre imparare. Io frequento la seconda superiore ITI, ma inizierò dal prossimo anno l’indirizzo di elettronica e fino adesso mi sono imparato per conto mio.
Credo comunque che non andrò a modificare il faretto, ma terrò presenti i consigli per progetti futuri. (I componenti nel faretto sono tutti vicini e quindi difficili da andare a modificare e perché ci ho messo un’ ora ad inserire il circuito nel tubo del faretto.)
Adesso rispondo alle domande di Gianluca Angelone:
1. Non so perchè, però a me riscalda di più il regolatore switching (LM2576) rispetto al regolatore lineare (LM317) che non mi riscaldava quasi niente, quindi ho deciso di collegare il regolatore lineare direttamente ai 48v per evitare che LM2576 riscaldasse di più.
2. I bjt non sapevo cosa sono, ma adesso mi documenterò e, forse, imparerò ad usarli.
Ciao a tutti
mi accodo a tutti gli altri per i complimenti, per essere un auodidatta alle prime armi, sei riuscito a creare un progetto che evidenzia un’ottima capacità (migliorabile col tempo), anche se ancora devi applicarti maggiormente nella lettura dei datasheet, in questo campo è importante non trascurare le informazioni che troviamo dentro questi fogli, per noi quasi indispensabili.
Leggendo attentamente possiamo notare che la massima tensione ammessa è 45 volt (di solito si cerca di rimanere molto al di sotto della massima), con 48 volt già facciamo scaldare notevolmente il componente, in più c’è stata qualche svista nel calcolo della “L” che andrebbe da 1500 uH e non da 1000 uH (se ho fatto i calcoli nel modo corretto 🙂 anche questo contribuisce a far scaldare.
Nel complesso posso dire che sei stato molto bravo, continua così che hai tutto il tempo che vuoi per migliorare…
In bocca al lupo.
Ciao
Mario
Rispondo a Marven:
Io ho usato l’integrato LM2576HV (HV significa High Voltage) che ammette una tensione di 60 V e non di 45 V come la versione normale.
Lo ho scritto all’inizio dell’articolo, ma avrai letto velocemente l’articolo e non ti sei accorto, comunque te lo riporto:
Ho usato l’integrato LM2576HV-ADJ della TI. HV significa alta tensione (la tensione di ingresso è max 60v invece di 40v del 2576 normale. ADJ è la versione in cui bisogna scegliere i volt di uscita con un partitore di tensione.
L’induttanza risultava da 1500 uH ma non sono riuscito a trovarne una di questo valore, il rivenditore della mia zona non ne tiene perchè dice che ne esistono troppe. Un mio amico aveva quella da 1000 uH e ho usato quella.
oooopppps
vero è! “buttandomi” direttamente sui vari schemi non ho considerato le tue affermazioni iniziali… mi cospargo il capo di cenere
Ciao
Mario
Per essere uno studente di seconda superiore devo dire che hai fatto un ottimo lavoro.
Se il livello delle relazioni di elettronica che presentate a scuola sono di questo livello credo che il futuro sia roseo.
Dici che hai imparato tutto da solo è questo da una parte è un bene dall’altra è una mancanza dei tuoi professori che dovrebbero trasmettere la conoscenza.
Speriamo che dal prossimo anno possa trovare dei professori più “illuminati”.
Lasciando a quanti mi hanno preceduto i commenti sui vari dimensionamenti dei componenti, io ti dirò solo qualcosa riguardo agli schemi elettrici che hai allegato.
Rispetto a tanti altri che ho visto in rete, questi sono già dei capolavori.
Ho solo notato alcuni dettagli che potrebbe migliorare il tutto, per esempio:
– Mancano alcuni nodi
– Alcune linee di collegamento sono inclinate
– il collegamento all’integrato LM7805, è un po’ “tortuoso” e potrebbe essere migliorato.
Credo che tu abbia realizzato gli schemi utilizzando FIDOCAD, correggimi se sbaglio, è un ottimo programma, ma ti consiglio se non lo hai già fatto di provare EAGLE, leggermente più complesso, ma sempre gratuito, almeno per progetti amatoriali.
Puoi vedere alcune realizzazioni sul mio sito.
http://www.adrirobot.it/menu_new/index/index_eagle.htm
http://www.adrirobot.it/eagle/programma_eagle.htm
Comunque alla fine un bravo, ottimo articolo, con foto, ne manca forse una dettagliata della basetta del circuito, da realizzare in futuro su circuito stampato.
Saluti
Adriano
Sai una cosa?
Su cosa manca a questo articolo in effetti hai ragione.
Ma è proprio per trovargli un difetto perchè secondo me ha fatto davvero molto bene. O, magari, meglio, più che altro, per trovargli un pregio: puoi migliorare in…. questo 😀
Ottimo consiglio, quindi 😉
Seconda liceo?! Ma ce ne fossero di studenti così… 😉
Ciao. Davvero tanti complimenti per il tuo progetto, davvero interessante. Una piccola domanda volevo porti: ma secondo te sarebbe possibile fare in modo da realizzare un sistema identico ma con batteria ricaricabile attraverso pannello fotovoltaico? Riusciresti a integrarlo nel tuo progettino, oppure farne uno ad hoc, per andare incontro alle nuove esigenze di energie rinnovabili? Secondo me sarebbe un bel passo avanti del tuo bel progetto, il quale così sarebbe totalmente green in quanto a energia utilizzata.
Poi però dovresti prestare molta attenzione a dove parcheggi la tua bici… forse anche ora in realtà, chissà in quanti potrebbero ambire a “rubarti” letteralmente l’idea!!! Con un pannello fotovoltaico forse la tua bici sarebbe ancora più interessante 🙂
ciao Giovanni! complimenti per il tuo progetto! se non ti dispiace mi piacerebbe chiederti un parere su un kit per elettrificare una bici (come quello che vedo montato sulla tua). Hai una mail su cui ti posso scrivere? Grazie