|
Op zoek naar de allergoedkoopste hobby-laboratorium voeding kwamen wij terecht bij de 1501A, een lineaire voeding die 0 V tot 15 V bij 1 A uitgangsstroom levert. De door de fabrikant opgegeven specificaties mogen er, voor z'n goedkope voeding, wezen! Maar kloppen deze wel? Wij zullen zien! |
Kennismaking met de 1501A
Allereerst een waarschuwing
Dit apparaat wordt uitsluitend aangeboden op Chinese sites en u weet misschien niet dat er bepaalde EU-regels bestaan wat betreft invoer van producten uit andere dan EU-landen. Als het product minder dan € 22,00 kost is er geen probleem, dat wordt het zonder meer bij u thuis afgeleverd. Kost het echter meer dan € 22,00 dan moet u volgens de wet 21 % 'BTW over invoer' aan de Nederlandse Staat betalen, die wordt geïnd door de douane. Nu wordt het 'Sorteercentrum voor Internationale Pakketten' van postnl overspoeld met pakketjes uit China en dus halen zij steekproefgewijs wat pakketjes uit de hoop en sturen die ter inklaring naar de douane. Daarvoor vraagt postnl een sappige € 13,00 zodat u, als u pech hebt, niet alleen € 30,00 hebt betaald aan de Chinese internetwinkel, maar ook nog eens € 13,00 + € 6,30 = € 19,30 moet betalen aan de postbode als die uw pakketje komt aanbieden. Die allergoedkoopste laboratoriumvoeding wordt dan wel een beetje duur.
Hoe groot is de kans dat uw pakket wordt ingeklaard?
Tja, daar is weinig zinnigs over te zeggen, natuurlijk. Laten wij uit eigen ervaring het op een kans van 15 % houden.
De voeding 1501A of NT1501A of PS-1501A
Deze voeding wordt met diverse typenummers aangeboden door diverse fabrikanten, waarbij de code 1501A wel steeds aanwezig is. Het loont de moeite om te googlen op al de genoemde codes als u op zoek gaat naar de goedkoopste aanbieder. De voeding wordt keurig verpakt in een kartonnen doos afgeleverd en blijkt verrassend klein en licht:
- Hoogte: 14,5 cm
- Breedte: 10,0 cm
- Diepte: 13,5 cm
- Gewicht: 924 g
Op twee analoge draaispoelmetertjes van 58 mm bij 62 mm kunt u de uitgangsspanning en -stroom goed aflezen. Er is maar één potentiometer, waarmee u de uitgangsspanning kunt instellen tussen 0 Vdc en 15 Vdc. De 1501A werkt dus alleen als constante spanningsbron en niet als constante stroombron. Dat is niet zo'n ramp, want deze optie die op vrijwel alle moderne voedingen aanwezig is gebruikt u in de praktijk toch zelden tot nooit. Wél is een elektronische zekering ingebouwd, die afslaat als u te veel stroom trekt of de voeding kortsluit. Er gaat dan een zoemertje toeteren, na verwijdering van de oorzaak van het aanspreken van de zekering wordt de uitgangsspanning automatisch hersteld.
 |
| De hobby-laboratorium voeding 1501A. (© 2018 Jos Verstraten) |
Deze voeding werkt nog op de 'ouderwetse' lineaire manier. Dat wil zeggen dat de netspanning rechtstreeks aan een voedingstrafo Tr1 wordt aangeboden. De secundaire spanning wordt gelijkgericht door D1, afgevlakt door C1 en aangeboden aan een zware transistor T1 die in serie staat met de uitgang. Deze transistor wordt gestuurd uit een verschilversterker, die een deel van de uitgangsspanning vergelijkt met een stabiele referentiespanning over de zenerdiode D2. De transistor wordt nu zó in geleiding gestuurd, dat de teruggekoppelde uitgangsspanning steeds gelijk blijft aan de referentie. Op die manier kunt u de uitgangsspanning instellen op iedere gewenste waarde en de verschilversterker zorgt ervoor dat deze spanning constant blijft bij variërende belastingsstroom. Het komt er in feite op neer dat de transistor als regelbare weerstand wordt ingezet en die weerstand zó wordt geregeld dat de uitgangsspanning constant blijft.
Uiteraard wél aanwezig, maar niet op onderstaand schema ingetekend, is de stroombegrenzing die ervoor zorgt dat als u de voeding overbelast of kortsluit de uitgangsspanning automatisch tot nul wordt gereduceerd.
 |
| Het werkingsprincipe van een lineaire voeding. (© 2018 Jos Verstraten) |
Tegenwoordig worden voedingen steeds ontworpen volgens het principe van de pulsbreedte modulatie (PWM) of volgens het buck-principe. Beide systemen werken volgens het switched-mode principe, waarbij de ongestabiliseerde gelijkspanning door een snelle halfgeleider-schakelaar in mootjes wordt gehakt. Het resultaat wordt weer afgevlakt. Beide systemen werken zeer efficiënt en er gaat dus weinig vermogen in de omvormer verloren. Nadeel van beide systemen is echter dat er nogal wat restanten van de schakelfrequentie op de uitgang verschijnen. Een lineair werkende voeding heeft dit nadeel niet en als de schakeling goed is ontworpen blijft er uitsluitend een heel klein beetje 50 Hz residu van de netspanning op de uitgang aanwezig.
De specificaties volgens de fabrikant
Volgens de fabrikant heeft de 1501A de onderstaande specificaties:
- Uitgangsspanning: 0 Vdc tot 15 Vdc
- Uitgangsstroom: 1 A max.
- Voedingsspanning: 230 Vac
- Ingangsstabiliteit: 0,01 %
- Belastingsstabiliteit: 1,0 % bij 1 A
- Ruis en rimpel: 0,5 mVeffectief max. bij 1 A
- Temperatuurcoëficiënt: 300 ppm/°C
Specificaties die, voor z'n goedkope voeding, te mooi zijn om waar te wezen! Wij gaan dus een paar test uitvoeren om vast te stellen wat deze voeding écht waard is.
De 1501A op de testbank
Het interne van de voeding
Zoals te verwachten was, worden de afmetingen van de behuizing alleen bepaald door de onderdelen die op de frontplaat aanwezig zijn en is het kastje voornamelijk gevuld met lucht. Wat echter uiterst schokkend is, zijn de afmetingen van de trafo, zie onderstaande foto. Moet dit onderdeeltje met zijn afmetingen van 6,0 cm bij 2,0 cm bij 4,5 cm een stroom van 1 A bij 15 V leveren? Dat is nauwelijks voor te stellen! De fabrikant stelt hierover in een niet te overtreffen Nederlandse vertaling: 'onze transformator wordt met behulp van goede geleider en hoge efficiënte magnetische kern, dus we geen behoefte te maken groter, maar zal voldoen aan de dc voeding'. Persoonlijk zij wij daar iets kritischer over, dus heel benieuwd wat de belastingstests opleveren.
Wat als tweede opvalt is dat de interne bedrading geen schoonheidsprijs verdient. Niet te zien op de foto is de serietransistor, die met een mica isolatieplaatje en wat warmtegeleidende pasta op de achterwand van het kastje is geschroefd. U ziet de teflon isolatiering onder de schroef. Attentie: op deze schroef staat de ongestabiliseerde gelijkspanning na afvlakking.
 |
| De opengeschroefde voeding. (© 2018 Jos Verstraten) |
Op onderstaande foto stellen wij het printje voor dat de volledige gelijkricht- en regelelektronica bevat. Verrassend genoeg wordt geen gebruik gemaakt van een geïntegreerde spanningsregelaar zoals een LM317, maar van een dubbele operationele versterker van het type LM358. Verder bevat het printje vijf transistoren en een TL431A. Dit is een instelbare shunt-stabilisator, die hier waarschijnlijk wordt gebruik als spanningsreferentie.
Een tweede schokkende ontdekking is dat voor de primaire afvlakcondensator, volgens de opdruk op het printje een elco van 470 μF, een exemplaar van 220 μF wordt toegepast. Nu zouden wij op deze plaats minstens 1.000 μF insolderen, want slechts 220 μF staat uiteraard garant voor een behoorlijke rimpel op de gelijkgerichte spanning.
 |
| Dit kleine printje bevat de volledige elektronica van de voeding. (© 2018 Jos Verstraten) |
Bij het weer in elkaar monteren van de voeding ontdekten wij dat de stroommeter is opgenomen op een plaats waar hij absoluut niet thuis hoort, zie onderstaande figuur. De spanningsval die over de meter ontstaat, 100 mV volle schaal, wordt niet gecompenseerd door het regelsysteem. Als u dus de voeding opeens belast met 1 A, zal de uitgangsspanning in ieder geval 100 mV lager worden dan de onbelaste spanning. Kortom, van de door de fabrikant gespecificeerde belastingsstabiliteit van 1,0 % bij 1 A belasting kan helemaal niets kloppen!
Een onvoorstelbare beginnersfout in een apparaat dat, naar wij aannemen, tóch is ontworpen door een van de honderdduizenden elektronica-ingenieurs die in China rondlopen.
 |
| De foutieve opname van de stroommeter in de uitgang van de voeding. (© 2018 Jos Verstraten) |
Op het schaaltje van de voltmeter staat '2.5', hetgeen betekent 'nauwkeurigheid ±2,5 %'. Bij een spanning van 15,0 V mag de meter dus maximaal ±0,375 V afwijken. De uitlezing van de voltmeter loopt achter op de reële waarde van de uitgangsspanning, zie onderstaande tabel, maar zit binnen de 2.5 specificaties van de draaispoelmeter.
 |
| De nauwkeurigheid van de voltmeter. (© 2018 Jos Verstraten) |
De belastingsstabiliteit bij 15 V uitgang
Wij hebben de onbelaste uitgangsspanning ingesteld op 15,0 V en dan de voeding belast met een constante stroomsink tot 1,0 A in stapjes van 100 mA. De resultaten ziet u in onderstaande rode grafiek en zijn zeer teleurstellend. Bij een belastingsstroom van 1,0 A was de uitgangsspanning gedaald tot 9,47 V! Zelfs bij de halve maximale belasting, dus 500 mA, daalde de uitgangsspanning tot 14,44 V. Van de door de fabrikant beloofde 'Belastingsstabiliteit: 1,0 % bij 1 A' klopt dus helemaal niets. Deze specificatie laat een maximale spanningsdaling bij volle belasting toe van slechts 0,15 V, ofwel een daling tot 14,85 V bij 1 A.
De oorzaak van deze slechte prestaties is snel gevonden: de veel te krap bemeten voedingstrafo, die zwaar overbelast wordt als u de voeding met 1 A gaat belasten. De secundaire spanning bedraagt 19,2 V bij nullast. Uit een dergelijke wisselspanning kan een goede stabilisatieschakeling gemakkelijk een stabiele 15,0 V afleiden. Belast u de voeding echter met 1,0 A, dan zakt de secundaire spanning tot 13,5 V. Hieruit kan een stabilisator met geen mogelijkheid 15,0 V gelijkspanning maken.
Wat één onderdeel voor verschil kan uitmaken
Wij schreven reeds dat de primaire afvlakelco slechts 220 μF groot is en dat dit onderdeel, naar ons gevoel, veel te klein is. Wij hebben deze elco vervangen door een van 1.000 μF en de metingen herhaald. In de onderstaande grafiek ziet u het opzienbarende verschil. De rode grafiek is met de elco van 220 μF, de blauwe met de elco van 1.000 μF.
 |
| De belastingskarakteristiek bij 15,0 V uitgangsspanning. (© 2018 Jos Verstraten) |
Een voedingsspanning van 5,0 V wordt vaak toegepast en dus hebben wij de stabiliteit van deze voeding ook bij deze uitgangsspanning gemeten. Welnu, zoals uit onderstaande grafiek blijkt, zijn de prestaties bij een dergelijke lage spanning nauwelijks beter dan bij 15,0 V. Tot 500 mA gedraagt de voeding zich zoals het hoort. Bij hogere stromen gaat het snel mis. De voeding slaat zelfs af als u meer dan 700 mA trekt, de ingebouwde zekering zet de uitgangsspanning dan op 0 V en de zoemer gaat gillen.
Ook nu hebben wij de metingen herhaald met de elco van 220 µF vervangen door een van 1.000 µF. De verschillen zij nog opzienbarender, zie onderstaande blauwe grafiek.
 |
| De belastingskarakteristiek bij 5,0 V uitgangsspanning. (© 2018 Jos Verstraten) |
Een lineaire voeding heeft altijd wat restanten van de 50 Hz wisselspanning op de uitgang. Dit noemt men de rimpel. Volgens de specificaties van de fabrikant zou deze rimpel maximaal 0,5 mVeffectief bij 1 A mogen bedragen. Wij hebben deze eigenschap gemeten bij een uitgangsspanning van 12,0 V, een vaak toegepaste waarde voor de voedingsspanning van een schakeling. Tot een stroom van 500 mA voldoet de voeding aan deze specificatie, zie linker oscillogram. Er is alleen wat ruis te zien, waarvan een deel wordt veroorzaakt door de kwantiseringsruis van de digitale scope.
Rechts ziet u het resultaat bij een belastingsstroom van 1,0 A. Meer dan 3,0 V rimpel op een gelijkspanning van nog geen 10 V! Vervangen van de elco van 220 µF door een van 1.000 µF bleek ook hier veel verbetering te brengen. Met deze laatste elco bleef de rimpel acceptabel tot een stroom van 0,8 A.
 |
| De rimpel op de uitgang bij 0,5 A (links) en 1,0 A (rechts) belastingsstroom en 12,0 V uitgangsspanning. (© 2018 Jos Verstraten) |
Algemene conclusie
Wij begrijpen de fabrikant van deze voeding niet. Waarom aan een product volledig verzonnen semi-professionele specificaties toekennen, als deze zo gemakkelijk te controleren en naar het rijk der fabelen te verwijzen zijn? Op deze manier wordt het vooroordeel bevestigd dat Chinese fabrikanten hoofdzakelijk troep leveren. Een vooroordeel dat wij ten stelligste tegenspreken, want wij hebben al heel wat uitstekende Chinese elektronica producten getest en wij gebruiken er zélf een aantal in ons lab.
Wil dit nu zeggen dat deze voeding absoluut onbruikbaar is? Dat niet. Sloop de elco van 220 µF er uit en vervang deze door een van 1.000 µF of nog beter 2.200 µF. Let op de werkspanning, deze moet 50 V bedragen. Als u de maximale stroom van 1 A vergeet en er van uit gaat dat de 1501A maximaal 0,5 A kan leveren, hebt u aan dit apparaatje een betrouwbare voeding voor al uw elektronica experimenten.
1501A 15V 1A Adjustable DC Power Supply
