|
Wij zochten de goedkoopste regelbare voeding en vonden voor € 35,00 twee modules op AliExpress, waarmee u een voeding tot 22 V en 3 A samenstelt. Wij testten of u voor dat luttele bedrag iets bruikbaars of alleen 'Chinese troep' in handen krijgt. |
Kennismaking met deze 'armeluis' voeding
Hoe het resultaat er uit ziet
Om maar meteen met de deur in huis te vallen tonen wij in de onderstaande foto hoe deze simpele, goedkope voeding er uitziet. Links staat een volledig naamloos kastje, de eigenlijke regelbare voeding. Volgens de specificaties moet u dit kastje voeden met een gelijkspanning van minimaal 5,0 V en maximaal 35,0 V. Daarvoor is op de achterzijde een standaard 5,5 mm x 2,1 mm voedingsconnector aanwezig. Het apparaatje kan een uitgangsspanning leveren van minimaal 1,3 V en maximaal 30 V (bij voeding met 35,0 V). De maximaal te leveren stroom bedraagt niet minder dan 5 A. Met twee draaipotentiometers kunt u de uitgangsspanning en de maximale stroom instellen. Dit laatste gaat uitsluitend door het kortsluiten van de uitgangen en het instellen van de kortsluitstroom met de potmeter met de blauwe knop. De voeding is voorzien van een goedkoop display'tje waarop u de ingestelde spanning tot op 10 mV of 100 mV en de stroom tot op 10 mA kunt aflezen.
Omdat in de dagelijkse hobby-praktijk, experimenteren met eenvoudige schakelingetjes, de toegepaste voedingsspanning tóch meestal beperkt blijft tot 20 V, hebben wij geen gebruik gemaakt van de maximale ingangsspanning maar een zo goedkoop mogelijke 24 V adapter gezocht. Ook de stroom van 5 A leek ons wat overdreven voor hobby-gebruik, vandaar dat wij ons beperkt hebben tot 3 A. Die twee beperkingen leverden de rechter goedkope adapter op, een Gacun-2430.
 |
| De twee modules waaruit deze goedkope voeding bestaat. (© 2021 Jos Verstraten) |
Waar te koop en wat het kost
Voor zover ons bekend wordt de regelbare voeding uitsluitend via AliExpress door Multi Practical Tools Store aangeboden voor een prijs van € 23,30 (oktober 2021). De Gacun-2430 is vrijwel overal te koop voor een prijs vanaf € 11,63. In totaal kost deze voeding dus slechts € 34,93!
De adapter Gacun-2430
De uiterlijke verschijning
Deze adapter zit in de standaard behuizing die wij kennen van al dat soort apparaten: een niet te openen zwart plastic kastje met als afmetingen 11,5 cm x 5,8 cm x 3,5 cm. Hoewel op de behuizing een IEC C14 connector aanwezig is, heeft de meegeleverde netkabel aan de andere kant een gewone platte stekker zonder randaarde. Op de behuizing zit een blauw LED'je dat uiteraard gaat branden als de adapter is ingeschakeld en zijn 24 Vdc levert.
 |
| De 24 V ~ 3 A adapter Gacun-2430. (© 2021 Jos Verstraten) |
De elektronica
In de onderstaande foto is te zien wat er in deze adapter zit. Op de andere kant van de print zitten ook nog een paar onderdelen. Wat opvalt is de vrij grote trafo. Het interne van deze adapter maakt, ondanks de lage prijs, een verzorgde indruk.
 |
| De elektronica in de Gacun-2430 adapter. (© 2021 Jos Verstraten) |
De Gacun-2430 getest
De warmteafvoer
Wat opvalt is de volledig gesloten behuizing met als gevolg dat de intern gegenereerde warmte niet goed kan worden afgevoerd. Om de lange termijn prestaties bij vollast te testen hebben wij een gaatje van 1,5 mm in de behuizing geboord en via dat gaatje een type-K thermokoppel in het inwendige van de adapter aangebracht. Vervolgens hebben wij de adapter ingeschakeld en een half uur de uitgangsspanning, de uitgangsrimpel en de inwendige temperatuur gemeten. De voeding gedraagt zich keurig. Nadien hebben wij de adapter met een constante stroom van 3 A belast met onze EBD-A20H elektronische belasting en gemeten tot de interne temperatuur was gestabiliseerd. De resultaten ziet u in de onderstaande tabel en zijn nogal verontrustend. Na een uur op vollast te werken is de interne temperatuur in het kastje opgelopen tot niet minder dan +104,8 °C!
Trafo, weerstanden en halfgeleiders kunnen een dergelijke temperatuur wel aan, maar uit de bovenstaande foto blijkt dat er drie van de bekende zwarte Chinese elco's op de print aanwezig zijn. De vraag is hoelang deze zo'n hoge temperatuur kunnen weerstaan zonder open te barsten of uit te drogen.
Wij hebben de test herhaald, maar nu met een constante belasting van 2 A. De interne temperatuur stabiliseert dan bij 61 °C. Dat is een waarde die geen problemen zal opleveren.
Besluit: deze voeding kunt u piekbelasten tot 3 A, maar bij langdurige belastingen moet u de stroom beperken tot 2 A.
Opmerking: In de onderstaande tabel wordt de rimpelspanning gedefinieerd als zijnde de effectieve waarde. Het is echter niet aannemelijk dat onze Philips PM2454 millivoltmeter de effectieve waarde van een dergelijke onregelmatige spanning meet, dat zal eerder de gemiddelde waarde zijn. Lees dus in de tabel 'GEMIDDELDE RIMPELSPANNING' in plaats van 'EFFECTIEVE RIMPELSPANNING'.
 |
| De resultaten van een duurtest van de Gacun-2430. (© 2021 Jos Verstraten) |
Interpretatie van de meetgegevens
Bij het inschakelen van de 3 A belastingsstroom daalt de uitgangsspanning van 24,546 V naar 23,947 V. Dat is een spanningsdaling van 0,599 V. Uit de wet van Ohm kunt u dus berekenen dat de inwendige weerstand van deze adapter ongeveer gelijk is aan 0,20 Ω. Deze grootheid heeft een positieve temperatuurscoëfficiënt. Naarmate de voeding warmer wordt neemt de inwendige weerstand toe. Bij 100 °C bedraagt deze reeds 0,51 Ω.
De waarde van de rimpelspanning is gemeten met onze Philips PM2454 millivoltmeter. Deze meet de effectieve waarde van wisselspanningen tot 2 MHz. Het lijkt dus alsof de rimpel op de uitgangsspanning wel meevalt.
Het wordt echter een heel ander verhaal als wij de rimpel op de uitgang bij 3,0 A belasting gaan meten met onze oscilloscoop. In het bovenste oscillogram wordt gewerkt met een tijdbasis van 2,0 ms/div. U ziet dat op de gelijkspanning een vrij grote hoogfrequente rimpel aanwezig is. De amplitude van die rimpel is niet constant. Een periode duurt 20 ms, niet toevallig ook de periode van de 50 Hz netspanning. In het onderste oscillogram is het groene gebied duizend keer in de tijd uitvergroot, dus tot een afbuiging van 2,0 μs/div. Duidelijk blijkt uit deze foto dat de gemiddelde waarde van de rimpel weliswaar laag kan zijn, maar dat er hoogfrequent pieken van meer dan 1,5 V in voorkomen. Een onacceptabel hoge waarde! Bovendien blijken deze pieken nauwelijks afgezwakt te kunnen worden door een condensator over de uitgang van de adapter te zetten.
 |
| Meting van de rimpel op de uitgangsspanning bij 3 A belastingsstroom. (© 2021 Jos Verstraten) |
Voorlopige conclusie
De Gacun-2430 mag dan wel een zeer voordelige adapter zijn, maar de kwaliteit is niet denderend. De gespecificeerde maximale continue stroom zorgt voor een te hoge interne temperatuur en de HF-rimpel op de uitgangsspanning is veel te groot.
De naamloze regelbare voeding
De uiterlijke verschijning
De voeding zit in een kleine behuizing van 9,8 cm x 6,6 cm x 5,0 cm. Op de achterzijde zit de voedingsconnector en is een vrij ingewikkeld patroon van koelgleuven uitgefreesd. De twee 4 mm bussen staan 32 mm uit elkaar. Iedereen die vaak componenten in China bestelt herkent onmiddellijk de tuimelschakelaar, de 4 mm bussen, de knoppen en het display. Heel goedkope standaard onderdelen die op vrijwel alle goedkope Chinese apparatuur zijn terug te vinden.
 |
| De behuizing van de regelbare voeding. (© AliExpress) |
Het interne van de regelbare voeding
De frontplaat zit met vier forse boutjes gekoppeld aan de rest van de behuizing. Na het verwijderen van deze boutjes en het openklappen van het kastje ontvouwt zich onderstaand wonderbaarlijk schouwspel.
De volledige elektronica zit op een printje van 5,0 cm bij 2,5 cm. De ontwerpers van dit apparaatje hebben op een bijzonder originele manier invulling gegeven aan het begrip 'zwevende verende montage'. Het kleine printje is namelijk niet mechanisch aan de behuizing bevestigd, maar zweeft letterlijk in het kastje, alleen ondersteund door de tien draadjes die het printje met de componenten in het kastje verbinden.
Over de soldeerverbindingen niets dan lof. Deze zijn zorgvuldig uitgevoerd en de verbindingen die de (volgens de specificaties) maximale stroom van 5 A moeten voeren zijn daar voldoende dik voor.
 |
| Het interne van de regelbare voeding. (© 2021 Jos Verstraten) |
Het printje nader bekeken
Wie het printje zorgvuldig bekijkt en een beetje weet wat er op Chinese sites wordt aangeboden, herkent het onmiddellijk. De fabrikant heeft gebruik gemaakt van het welbekende printje dat onder typenummer HW-083 overal voor een paar euro te koop wordt aangeboden. De twee instelpotentiometertjes van 10 kΩ zijn uiteraard verwijderd en vervangen door draadjes die naar de twee potmeters op het frontplaatje gaan. De twee elco's van 470 μF zijn vervangen door exemplaren van 220 μF, dat scheelt vast een paar centen.
 |
| Het printje in de regelbare voeding is een HW-083. (© 2021 Jos Verstraten) |
Het schema van de HW-083
Voor die paar euro biedt de HW-083 opmerkelijk veel elektronica. Hart van de schakeling is een XL4015E1 pulsbreedte gemoduleerde step-down DC naar DC omvormer die werkt op een vaste frequentie van 180 kHz. De uitgangspuls van dit IC wordt door middel van een LC-filter omgezet in een gelijkspanning.
De constante stroomregeling wordt verkregen door de spanningsval over een kleine weerstand R9 in de min-leiding te vergelijken met een referentiespanning van ongeveer 2,5 V die wordt opgewekt door een TL431. Als comparator wordt een LM358 toegepast. Dit IC wordt gevoed uit een 78L05. De functie van de tweede comparator is niet helemaal duidelijk. Volgens de beschrijving van de werking van de HW-083 heeft deze tweede comparator iets te maken met het laden van accu's via deze print.
Op het printje zijn drie LED'jes aanwezig. Een groene brandt als de schakeling in de CV-modus werkt, de rode gaat branden als er in de CC-modus wordt gewerkt. De blauwe heeft weer iets te maken met het opladen van accu's. Ter info: 'CV' betekent 'constante spanning', 'CC' betekent 'constante stroom'.
 |
| Het schema van de HW-083 schakeling. (© 2021 Jos Verstraten) |
De armeluis voeding getest
De nauwkeurigheid van de spanningsmeter
Wij hebben een poging gewaagd om de uitgangsspanning van de voeding via de rode potentiometer en de eigen voltmeter in te stellen op 'gehele' uitgangsspanningen zoals 5,00 V. Dat valt niet mee, want de regeling met de potentiometer is niet ideaal. Helemaal linksom gedraaid levert de voeding een spanning van ongeveer 1,1 V. In de middenstand wordt reeds een spanning van 22,5 V geleverd. Het verdraaien van middenstand tot helemaal rechtsom heeft nauwelijks invloed op de uitgangsspanning. Het nuttige bereik zit dus samengeperst in een verdraaiingshoek van slechts ongeveer 150°. Vandaar dat het niet meevalt de uitgangsspanning op bijvoorbeeld exact 5,00 V in te stellen. In de onderstaande tabel ziet u wat de ingebouwde meter en onze Fluke 8842A referentiemeter ervan vinden. De maximale afwijking bedraagt ongeveer 100 mV, wat gelijk is aan de resolutie van de ingebouwde voltmeter. Beter kan het dus niet worden!
Deze metingen zijn verricht bij een constante uitgangsstroom van 1,0 A.
 |
| De nauwkeurigheid van de spanningsmeter. (© 2021 Jos Verstraten) |
De nauwkeurigheid van de stroommeter
Wij hebben de voeding ingesteld op 12,0 V en het apparaat belast met onze digitaal in te stellen elektronische belasting EBD-A20H van ZKE-Tech. In serie met deze belasting werd onze referentiemeter ET3255 van EastTester opgenomen. De resultaten zijn samengevat in de onderstaande tabel en zijn uitstekend te noemen.
 |
De nauwkeurigheid van de stroommeter. |
Uitgangsstabilisatie bij 5,0 V
Bij een dergelijke test wordt de voeding zonder belasting ingesteld op een bepaalde spanning. Nadien wordt de voeding trapsgewijs belast met een steeds grotere stroom en wordt bij iedere stap de uitgangsspanning en de rimpel gemeten. Uit een dergelijke meting kunt u bijvoorbeeld de grootte van de inwendige weerstand van de voeding berekenen, een van de belangrijkste parameters van iedere voeding. De rimpel op de uitgangsspanning wordt gemeten met onze Philips PM2454 millivoltmeter die een bandbreedte heeft tot 2 MHz. Deze meet echter de gemiddelde waarde van de rimpel op de uitgangsspanning en niet de top-tot-top waarde.
De resultaten zijn samengevat in de onderstaande tabel. Voor een laboratoriumvoeding zouden deze schrikbarend slecht zijn. Een spanningsval van 257 mV over een stroomvariatie van 3 A levert immers een inwendige weerstand op van 0,085 Ω. Een echte labvoeding heeft met gemak een inwendige weerstand van slechts 0,005 Ω. Ook de gemiddelde waarde van de rimpel is met maximaal 72 mV uiteraard veel meer dan de soms maar 1 mV van een echte labvoeding. Dit apparaatje verdient de naam labvoeding niet, maar is meer een goedkope experimenteervoeding voor het voeden van eenvoudige elektrische proefjes.
Opmerking: In de onderstaande drie tabellen wordt de ruis- en rimpelspanning genoteerd als de gemiddelde waarde van de spanning.
 |
| De uitgangsstabilisatie bij 5,0 V. (© 2021 Jos Verstraten) |
Uitgangsstabilisatie bij 12,0 V
Op dezelfde manier hebben wij de uitgangsstabiliteit bij een uitgangsspanning van 12 V gemeten. Uit de onderstaande tabel blijkt dat er identieke waarden voor de gemiddelde rimpelspanning worden gemeten. Uit de spanningsval van 260 mV bij 3 A kunt u de inwendige weerstand berekenen als 0,087 Ω.
 |
De uitgangsstabilisatie bij 12,0 V. (© 2021 Jos Verstraten) |
De lange termijn stabiliteit van de spanning
Wij hebben een thermokoppel in innig thermisch contact gebracht met het printplaatje en de behuizing gesloten. Nadien hebben wij de voeding volledig laten afkoelen tot kamertemperatuur, ingeschakeld en de uitgangsspanning ingesteld op ongeveer 12 V. Als eerste test hebben wij gemeten hoe constant de uitgangsspanning en de interne temperatuur blijven zonder belasting. Na een half uur hebben wij de voeding belast met een stroom van ongeveer 3 A en één uur gemeten hoe de uitgangsspanning en de interne temperatuur verlopen. De resultaten zijn samengevat in de onderstaande tabel. In dat uur verloopt de uitgangsspanning met slechts 31 mV en stijgt de interne temperatuur van de voeding tot 72,1 °C. Dat zijn beide waarden waar mee te leven valt!
 |
| Testen van de lange termijn stabiliteit bij 3,0 A en 12,0 V. (© 2021 Jos Verstraten) |
De stabiliteit van de uitgangsstroom
Bij deze test hebben wij de kortsluitstroom ingesteld op 2,0 A en de open klem spanning op 22,0 V. Vervolgens hebben wij de voeding belast met diverse kleine weerstanden en de constantheid van de geleverde stroom gemeten. De resultaten zijn verzameld in de onderstaande tabel en deze zijn dus uitstekend.
 |
| De stabiliteit van de uitgangsstroom. (© 2021 Jos Verstraten) |
Gedetailleerde studie van de ruis en brom bij 12,0 V
De tot nu toe verzamelde meetgegevens geven ons een indicatie hoe deze eenvoudig voeding geclassificeerd kan worden. Uiteraard absoluut niet te vergelijken met de spec´s van echte laboratorium voedingen, maar nu ook weer niet zo slecht dat u er in de hobbysfeer geen gebruik van kunt maken.
Dat oordeel verandert echter helaas radicaal als wij de rimpel en de ruis niet met onze Philips millivoltmeter gaan meten, maar op de oscilloscoop bewonderen. Het schokkende resultaat ziet u samengevat in de onderstaande oscillogrammen. Deze beelden geven de rimpel op de 12,0 V uitgangsspanning bij een belastingsstroom van 2,0 A. Wij zien ongeveer hetzelfde beeld als op de uitgangsspanning van de Gacun-2430. Een zich met een periode van 20 ms herhalende rimpel, die voornamelijk bestaat uit oscillaties op een frequentie van ongeveer 1,88 MHz. De tot-top-top waarde van deze oscillaties bedraagt niet minder dan 2,56 V! Een dergelijk grote verontreiniging op de uitgangsspanning van een voeding is uiteraard voor welke toepassing dan ook volkomen onacceptabel.
 |
| De rimpel op de uitgangsspanning van 12,0 V bij 2,0 A. (© 2021 Jos Verstraten) |
Hetzelfde verhaal bij 5,0 V
De grootte van de rimpel is vrijwel onafhankelijk van de waarde van de uitgangsspanning. Om u een goed idee te geven wat dat betekent als u de uitgangsspanning op 5,0 V instelt hebben wij in de onderstaande figuur de uitgangsspanning van 5,0 V bij een stroom van 2,0 A ingetekend in een grafiek. Het zal duidelijk zijn dat u met een dergelijke verontreinigde spanning bijvoorbeeld geen TTL-schakelingen kunt voeden!
 |
De rimpel op de uitgangsspanning van 5,0 V bij 2,0 A. (© 2021 Jos Verstraten) |
Het dynamisch gedrag van de voeding
Tot slot hebben wij nog even gekeken hoe de voeding zich gedraagt bij een zeer snel variërende belastingsstroom. Daar zijn tientallen methodes voor ontwikkeld, maar een van de simpelste is de uitgang even via een kwikschakelaar uit een oude thermostaat met een kleine weerstand te belasten. Zo'n schakelaar heeft een zeer kleine overgangsweerstand en is absoluut vrij van contactdender.
In het onderstaande oscillogram is de op 12,0 V en 3,0 A ingestelde voeding aan deze behandeling onderworpen. De voeding wordt constant belast met een stroom van 1,0 A. Via de kwikschakelaar wordt heel even een extra stroom van 1,0 A uit de voeding getrokken via een draadgewonden weerstand. Duidelijk blijkt dat zowel bij het inschakelen als bij het uitschakelen van deze extra stroom er flinke spanningspieken ontstaan op de uitgang. Het regelsysteem dat de spanning constant moet houden werkt niet goed. Bij het inschakelen van de stroom daalt de uitgangsspanning even met ongeveer 2,5 V, nadien stijgt de spanning met ongeveer 2,0 V boven de ingestelde waarde. Bij het uitschakelen van de stroom ontstaat een vrijwel identieke positieve piek op de uitgang en duurt het ongeveer 100 ms voor het regelsysteem de uitgangsspanning op de ingestelde waarde heeft gestabiliseerd.
 |
| Wat er gebeurt als de belastingsstroom even van 1,0 A tot 2,0 A wordt verhoogd. (© 2021 Jos Verstraten) |
Ons oordeel over deze armeluis voeding
Deze voeding heeft een paar goede eigenschappen die echter volledig worden overschaduwd door de uitermate slechte kwaliteit van de geleverde spanning. Een voedingsspanning van 5,0 V met daarop een rimpel van ongeveer 1,5 Vtop-tot-top is uiteraard volledig onacceptabel voor het voeden van gelijk welke elektronische schakeling.
Het lijkt er op dat de fabrikant van dit apparaatje een goedkoop printje heeft ingekocht dat eerder bedoeld is voor het opladen van batterijen en accu's dan voor het leveren van een voedingsspanning. Bij een oplader speelt de rimpelspanning op de uitgang immers een veel minder belangrijke rol dan bij een voeding.
Is deze voeding dan voor niets bruikbaar? Jawel, voor het vervangen van de dure batterijen in de bouwdozen waarmee kinderen eenvoudige elektrische (dus geen elektronische) experimenten kunnen uitvoeren. Chinese leveranciers bieden op dit moment dergelijke experimenteerdozen goedkoop aan. Wij komen daar in een ander artikel op dit blog op terug. De experimenten worden, uit veiligheidsoverwegingen, allemaal gevoed uit batterijen. Dat is niet alleen een dure grap, maar bij kortsluiten van een oplaadbare batterij kunnen er grote stromen gaan lopen. Het in dit artikel voorgestelde goedkoop voedingsapparaatje levert een uitgangsspanning die goed genoeg is voor het voeden van dergelijke elektrische en elektromagnetische experimenten. Door het instellen van de stroombegrenzing op een veilige waarde kunt u ervoor zorgen dat kinderen bij het maken van kortsluitingen geen grote stromen in de experimenten kunnen veroorzaken.
DPS3012, digitaal instelbare voeding, 32 V - 12 A
