[DIY] LPPV POWER SOLUTION

Introduction

     Afin de pouvoir recharger nos téléphones lors de notre voyage, l’un des membres de notre équipe, Rodrigue, a réalisé un chargeur USB pouvant être branché sur les moyeux dynamos de nos vélos. Il vous explique tout dans cet article ! 

Le design y est détaillé pas à pas, vous retrouverez à la fin le schéma global ainsi que les fichiers de fabrication. 

Design :

Le régulateur de tension se distingue en 4 blocs: redressement, protection, régulation et norme USB. 

Je vais à présent détailler mon raisonnement ainsi que les fonctionnalités choisies.

Cahier des charges du régulateur :

  • Vout = 5V
  • Iout = 500 mA ou plus
  • Vin entre 0V et 7,5V

Moyeu dynamo : 

Nos vélos sont équipés du moyeux dynamo SHUTTER Precision PL8. Sa plage de fonctionnement est disponible sur le site du constructeur (https://www.sp-dynamo.com/series8).

La plage de tension de celui-ci est située entre 0 et 7,5V pour une puissance de sortie annoncée de 3W. Ce qui nous donne notre condition sur Vin.

Régulateur de tension : 

Dans un premier temps, j’ai choisi mon régulateur de tension, puis j’ai construit mon circuit autour. Mon choix s’est porté sur un convertisseur Buck-Boost, c’est-à-dire qu’il fonctionne pour des tensions inférieures et supérieures à 5V, le TPS63061 de chez TEXAS INSTRUMENT. Selon les caractéristiques constructeurs, on a : 

Le TPS63061 a une sortie pré-calibrée pour délivrer une tension de 5V.

eFuse, protection du circuit : 

Afin de protéger le régulateur, j’ai placé en amont de celui-ci un limiteur de courant permettant couper l’alimentation si trop de courant est tiré en sortie (court-circuit). Il permet ausssi d’indiquer une plage de tension afin de protéger le régulateur en cas de surtension. Il s’agit d’un composant de chez TEXAS INSTRUMENT facilement trouvable. 

Norme USB  

Ensuite, je me suis renseigné sur la norme USB. Pour cela j’ai consulté le site de sonelec, en particulier le tableau de configuration des pins de data :

Comme vous le voyez dans la colonne commentaire, les résistances sur les pins D+ et D- limitent le courant maximal de sortie. Cela répond aux normes USB, pour plus d’informations je vous laisse regarder les différents forums avec les mots clés « USB D+/D- resistor ».

R15 permet de changer le courant de configuration est de passer à un courant de 1000 mA maximum. Cela est possible en mettant R13 et R15 en parallèle.

Redressement

Pour le redressement j’ai pris un pont de diode faible chute de tension CMS et une série de 3 capas de 330uF pour le lissage. 

Schéma

schéma électronique bike vélo voltage regulator
Disponible en pdf dans le dossier en bas de page

Le fonctionnement est indiqué par une LED en sortie avec un faible courant. 

Le TPS259631 présente une pin d’erreur indiquant le disfonctionnement du composant, si tel est le cas  la LED rouge D5 s’allume.

C16 est placé sur la boucle de contre réaction et prés de la pin 8.

Réalisation

L’intégralité du circuit est en CMS, les composants sont tous soudables à la main hormis le TPS63061. Ainsi, il y a 2 possibilités, soit vous vous rapprochez d’une structure disposant d’une pick and place et d’un four spécialisé ou vous confiez la soudure du composant U2(TPS63061)  à votre fabricant. Pour les soudures des résistances en 0603, je vous conseille de vous entraîner avant ou de faire appel à une personne sachant le faire. 

Pour ma part, j’ai imprimé le circuit chez JLCPcb et j’ai réalisé mon circuit dans mon école d’ingénieur. Il s’agit de Phelma du groupe Grenoble-INP. Je réaliserai cette V2 en septembre, après notre voyage à vélo.

Conclusion

J’ai pris beaucoup de plaisir a réaliser ce projet . N’hésitez pas à indiquer en commentaire si vous souhaitez plus de détail sur la réalisation ou si vous avez des remarques/conseils. Vous trouverez en dessous un dossier avec le PDF du schéma, les gerber, la BOM et le fichier de pick & place. Le PDF ASSEMBLY_LPPV_PS_V2 indique l’emplacement des composants. 

Si vous avez aimé ce projet ou souhaitez nous soutenir, vous pouvez vous rendre sur page de dons.

Avertissement :

Cette version V2 a été réalisée suite aux corrections des erreurs de ma V1. La V1 fonctionne sur mon vélo, mais l’utilisation d’une batterie tampon entre le régulateur et l’appareil semble nécessaire. Il s’agit d’un travail expérimental et je ne saurais être tenu responsable de tout dysfonctionnement si vous reproduisez ce projet chez vous.

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