Egen handdriven USB-laddare (hjälp med felsökning)

[MrOrsh]

Stötte på en kille som hade byggt en USB-laddare av en vanlig LEGO-motor, och tänkte att det måste jag ju testa.

Se följande länk: http://www.instructables.com/id/Lego-USB-Charger/

Har följt allt och med spänningsregulatorn visar multimetern snällt prick 5v när jag vevar igång motorn. Kruxet är bara att så fort jag även ansluter något USB-drivet (har visserligen endast testat med telefoner) som börjar ladda så sjunker spänningen direkt till runt 3.5-4v och att veva blir otroligt segt, varpå motorn börjar tvärstrejka och inte vill snurra alls hur hårt man än vrider. Detta resulterar i att telefonen inte får 5v (alltså får den bara rätt spänning i någon sekund) och sedan slutar ladda. Och så fort den slutat ladda går det lätt att vrida motorn igen. Men så fort den går upp till 5v upprepas allt igen.

Med andra ord fungerar det inte! Har dubbelkollat alla kopplingar. Har följt kopplingsskissen i guiden. Har även testat med att köra med en diod på Jorden för att endast leda strömmen i rätt riktning - vilket fungerar fint, men inte gör varken till eller från för problemet i fråga.

Har jag missat något?

Ska väl säga att jag är nybörjare

[Gustav180]

Att motorn, som nu är generator, går tungt beror bara på att den driver en stor ström genom sin last som är din telefon. Det är helt normalt.

Men som du beskriver det, så går det för tung att veva och då drar det för mycket ström någonstans. Det kan vara så att du inte kan ladda så mycket ström som telefonen vill ha. Testa med att koppla in en resistor på 5V/0,1A = 50ohm och känn hur tungt det går att veva då. Jag tror att din koppling fungerar, men att strömuttaget är lite för högt.

[MadModder]

Jag håller med Gustav. Det går för mycket ström till telefonen för att du ska kunna övervinna vridmomentet med handkraft.

Plus att legomotorn slits hårt av det där. Telefonen kan lätt ta 1A, och det är inte motorn gjord för. Kör du tillräckligt länge finns risken att du bränner en lindning, och legomotorn är flera gånger dyrare än vad en färdig handvevad laddare kostar...

Du kan tvinga telefonen att inte dra så mycket ström genom att sätta ett motstånd i serie med ena ledaren. Det blir iofs ungefär samma sak som att du inte orkar veva upp spänningen till 5V, men är laddkretsen i telefonen lite smart tar den bara vad den kan. Men det låter ju inte så på din beskrivning. hmm

Själv skulle jag byggt en legoväxellåda och kopplat in en cykelgenerator.

[MrOrsh]

Tack för inputen!

Testade nu att plocka bort en växel i ledet vilket gjorde att jag fick vrida snabbare för att komma upp i 5v (har jag helt fel att detta är ungefär samma sak som att sätta dit ett motstånd?). Samma sak händer dock och det blir jobbigare att veva så fort telefonen börjar ladda - DOCK är det inte omänskligt tungt utan går helt okej. Dock ger anordningen (enligt multimetern) endast ca. 4.1-4.2v, vilket dock verkar vara funktionellt för telefonen då den fortsätter att ladda. Så fort volten går ner till 4 lägger dock telefonen av. Kan det vara farligt att mata telefonen med för låg volt? Vete sjutton hur killen i videon har gjort då han inte verkar vrida speciellt snabbt men ändå inte har särskilt stor utväxling (endast en kugg egentligen)...

Vore ju grymt om det gick att få detta att fungera. Förstår att motorn slits mycket snabbare att köras som generator, men kan absolut offra denna om det vore så.

Förlåt för min okunnighet MadModder, men vad exakt menar du med "Det går för mycket ström till telefonen för att du ska kunna övervinna vridmomentet med handkraft"?

Edit: Kan det vara vettigt att även koppla ihop D+ och D- på USB-honan för att telefonen ska tro att den sitter i ett vägguttag istället för ett datoruttag? (Har för mig att det är så man går tillväga för att "lura" nyare telefoner).

[Klas-Kenny]

Kan vara så enkelt att hans iPod inte tar lika hög ladd-ström.

[xxargs]

tror knappt det är någon risk att bränna motorn/generatorn - den lämnar inte ut mer ström än vad dess magnetfält orka producera. det är också därför spänningen sjunker tills strömförbrukning motsvarar hur mycket ström generatorn kan lämna ut.

Vill du kolla hur mycket ström generatorn/legomotorn vill lämna ut så kortsluter du den över dess poler med amperemeterläget på multimeter och därefter veva allt fortare till strömmen inte ökar längre - då har du hittat generatorns strömgräns och mer än så kan inte generatorn ge oavsett hur fort du snurrar. I det läget skall förutom stegningarna när rotorn passerar polerna (och märks inte längre vid högre fart) så skall den gå hyffsat lätt runt när du vevar på - går den tungt i det läget så indikerar det resistiva förluster i tex. motorlindningen.

Att det går tungt när det är belastat är inte förvånande - det vet alla som trampat/vevat generatorerna för radioapparaterna i det militära - att generatorn kallas 'grisen' är inte utan orsak - den som tvingas köra den en längre tid svettas alltid som en gris.

Sanningen är snarare att du nu får känna på hur mycket mekanisk kraft lågvarviga 2.5 Watt egentligen är - och att du förmodligen har minst lika mycket till i olika förluster i drev, resistans i motorn, diodbryggor, regulator etc. och du ligger på 7-10 Watt i handkraft vilket motsvarar ungefär att lyfta 1 kg 1 meter i sekunden i arbeta.

sedan att man dessutom inte kan hålla grejorna bekvämt vilket gör det ännu jobbigare

[adent]

Jo, det är först när man börjar handveva en generator som man inser
att 1 krona per kilowattimme är billigt

Att generera 1 kWh själv skulle kräva ca 10 timmar relativt lätt trampande på en motionscykel eller 3-4 timmar riktigt intensivt trampande på en motionscykel (i ett tempo som man inte orkar längre än en halvtimme max?).

[MadModder]

Jo alltså ang. vridmomentet. Vridmoment är ju när en viss kraft appliceras på ett visst avstånd från centrum av en rotation. Alltså hur mycket du måste ta i för att kunna snurra på motoraxeln i detta fall.
Ju mer ström man tar ut, ju tyngre går det för motorns järnankare att passera förbi magneterna. Om din muskelkraft är LÄGRE än det vridmoment (kraft) som krävs för att dra runt motorn, då står det helt enkelt still. Bara en lite mer ingående förklaring på "det går inte"

En ipod/pad/phone osv. drar inte mer än 100mA om prylen inte kan kommunicera med en USB-host, eller känner av ett visst motstånd mellan + - och dataledarna (de två i mitten), så det är inte så konstigt att det går lätt och fint för han i filmen.

[MrOrsh]

Tack för alla bra svar! Har ett par ytterligare funderingar bara.

- Är det lugnt att ladda t.ex. mobilen med endast de ca. 4.2v som verkar vara max jag kommer upp i med den här laddaranordningen?

- Kan spänningsregulatorn påverka att mobilen får för lite ström (dvs. att jag inte kommer upp i 5v så fort telefonen börjar ladda)? Om jag kör utan regulatorn direkt till multimetern visar den att motorn/generatorn utan problem kommer upp i en 12-13v, vilket ändå borde vara tillräckligt för att telefonen ska kunna få 5v tycker jag.

- Spelar det någon roll om man kopplar ihop D+ och D-, kan det endast skapa fördelar med mobiler som behöver en sådan koppling för att aktivera "vägg-laddar-läge" eller kan det faktiskt vara skadligt för vissa usb-drivna prylar?

- Finns det något sätt att måhända komma upp i faktiska 5v ut genom regulatorn?

Tack på förhand igen

[xxargs]

Ditt problem är snarare om telefonen skulle vara nästan fulladdad och bryter laddningen att spänningen skulle sticka upp till 12 -13 Volt när du tokvevar (risken är dock inte så stor - få orka veva handhållet under en timme...) och bränner din telefon.

sätt en 5.5 Volt, helst 2-3 Watt effektzenerdiod över motorn/generatorn så har du skyddat dig i allafall för den risken - sedan provar du att veva med allt snabbare takt tills du märker att det går tungt och zenerdionden börja bli varm - mycket snabbare än så behöver du aldrig veva.


telefoner brukar pulsa i laddning när det är väldigt nära fulladdat och det finns egentligen inget analogläge där strömförbrukningen minska sakta ju närmare fulladdat det är - utan det går allt eller inget sas.

---

att spänningen bara går upp till 4.4 Volt betyder att telefonen tar så mycket ström den får från generatorn för att ladda batteriet och ju mera laddad batteriet är ju högre kommer spänningen att bli sakta men säkert även om generatorn bara orka ge säg 350 mA eller så.

I regel brukar det krävas 4.9 - 5 Volt för att batteriet skall bli helt fulladdat. - 4.8 Volt som från 4 st halvurladdade NiMh-batterier har problem att få i det sista för att batteriet skall bli fulladdade i somliga apparater.

Batterispänning på en typisk LiPol eller LiIon är 3.5 Volt när den är urladdad och 4.2 Volt när den är full - sedan kan man räkna bort 0.5 - 1 Volt spänningsfall mellan ingången och batteriet pga. laddkretsen i telefonen (det är därför telefonen blir varm under laddningen)

[arvidb]

En USB-port som stödjer "vägg-laddar-läge" kallas för en Dedicated Charging Port ("DCP").

En DCP ska hålla en spänning mellan 4,75 V och 5,25 V upp till ett strömuttag på 500 mA. En DCP ska inte stänga av om strömmen är mindre än 1,5 A och spänningen är över 2 V.

D.v.s. för att vara säker på att allt ska fungera korrekt (och att inget ska gå sönder) så måste du hålla dig inom 4,75 och 5,25 V så länge USB-apparaten inte drar mer än 500 mA. Drar den mellan 500 mA och 1,5 A måste du hålla dig inom 2,0 och 5,25 V.

Drar apparaten mer än 1,5 A är det ok att "stänga av", likaså om apparaten drar mer än 0,5 A och du inte kan hålla spänningen över 2,0 V.

Dessutom får du aldrig någonsin överskrida 5 A i ström (använd säkring).

En DCP ska ha en resistans mellan D+ och D- på 200 Ω, d.v.s. du ska inte kortsluta D+ och D- utan använda en resistor på 200 ohm mellan dem.

[xxargs]

Vid 2 Volt kommer inga LiIon-batterier att laddas, men kanske håller igång utrustningen eller i mer sällsynta fall laddar 1 st NiMh-batteri som tex. trådlösa möss.

Har väldigt svårt att tro att de sätter in någon step-up-omvandlare bara för att klara det driftläget när man ändå inte har någon step-down omvandlare när man kör 5V -> 3.5V när batteriet är urladdat och låter mellanskillnaden bli värme om inte laddaren ligger i strömgräns och spänningen sjunker av den orsaken.

Skall man säkra av så är det tydligen polyswitch som har rekommenderats för USB om man inte har intelligentare power managenment-kretsar.
Polyswitch är en speciell version av av PTC-motstånd med skarp övergång till dålig ledande pga. värme av överströmmen och håller sig så till (över)lasten tas bort och den hinner svalna igen

[MrOrsh]

En USB-port som stödjer "vägg-laddar-läge" kallas för en Dedicated Charging Port ("DCP").

En DCP ska hålla en spänning mellan 4,75 V och 5,25 V upp till ett strömuttag på 500 mA. En DCP ska inte stänga av om strömmen är mindre än 1,5 A och spänningen är över 2 V.

D.v.s. för att vara säker på att allt ska fungera korrekt (och att inget ska gå sönder) så måste du hålla dig inom 4,75 och 5,25 V så länge USB-apparaten inte drar mer än 500 mA. Drar den mellan 500 mA och 1,5 A måste du hålla dig inom 2,0 och 5,25 V.

Drar apparaten mer än 1,5 A är det ok att "stänga av", likaså om apparaten drar mer än 0,5 A och du inte kan hålla spänningen över 2,0 V.

Dessutom får du aldrig någonsin överskrida 5 A i ström (använd säkring).

En DCP ska ha en resistans mellan D+ och D- på 200 Ω, d.v.s. du ska inte kortsluta D+ och D- utan använda en resistor på 200 ohm mellan dem.

Då känns det nog vettigast att helt enkelt låta bli att försöka skapa en DCP (tack för infon om namnet!) och bara köra på en vanlig usb-port istället, eftersom jag verkar landa runt en 4.2 V med min laddare cirka.

[MrOrsh]

Det blev visst en paus i detta. Sorry att jag drar upp en en månad gammal tråd, men tänkte att jag skulle ge detta projekt ett slutligt försök.

Får det att fungera helt OK nu faktiskt. Enl. multimetern drar telefonen olika mycket Volt beroende på vilken laddning batteriet har (och som jag förstår ska det vara så; börjar lågt och går högre, upp mot 5v allt eftersom batteriet närmar sig 100%).

Har som sagt följt; http://www.instructables.com/id/Lego-USB-Charger/ och egentligen inte gjort några ändringar från den designen, mer än högre utväxling för att slippa veva så snabbt.

Har testat att ladda en Galaxy SII och en SE X10 mini, båda med framgångsrikt resultat (dock tar det tid!).

Den enda fundering jag har och gärna skulle vilja ha svar på är om det på något sätt kan vara farligt för telefonerna (eller annat som laddas) att laddas på detta sätt? Spänningen går aldrig över 5v (möjligen 5.01-5.02 om man vevar så man går under) och spänningsregulatorn ska ge max 1A ut vilket jag inte kan tänka mig ska vara för mycket för i princip någon USB-laddad pryl.

[TomasL]

Jo, det är först när man börjar handveva en generator som man inser
att 1 krona per kilowattimme är billigt

Att generera 1 kWh själv skulle kräva ca 10 timmar relativt lätt trampande på en motionscykel eller 3-4 timmar riktigt intensivt trampande på en motionscykel (i ett tempo som man inte orkar längre än en halvtimme max?).

Alla vi som cycklat RA200 vet vad det innebär