|
Met drie modules, die samen nog geen € 45,00 kosten, kunt u een kleine maar zeer professionele laboratoriumvoeding in elkaar knutselen die u voorziet van een spanning tot 32,00 Vdc bij een stroom tot 2,000 A. Uiteraard werkt het apparaat als constante spanning- en stroombron.
|
Wat u krijgt voor uw geld
Kennismaking met deze laboratoriumvoeding
Om u warm te maken voor dit project beginnen wij dit artikel met een foto van hoe het wordt. Voor in totaal € 44,19 krijgt u een miniatuur laboratoriumvoeding die een sieraad in uw elektronica werkplaats zal zijn:
- Afmetingen: 13,0 cm x 11,8 cm x 4,2 cm
- Behuizing: antraciet geëloxeerd aluminium
- Modus: constante spanning of constante stroom
- Constante uitgangsspanning: 0,00 Vdc tot 32,00 Vdc
- Resolutie spanningsinstelling: 10 mV
- Constante uitgangsstroom: 0,000 mA tot 2,000 A
- Resolutie stroominstelling: 1 mA
- Instelling maximaal geleverd vermogen: 0,00 W tot 64,00 W
- Display: spanning, stroom, vermogen
- Geheugen: tien data-sets
- Presets: vijf instellingen per data-set
- Snelle selectie van een van de tien data-sets
- Koeling met ingebouwde ventilator
 |
| Het eindresultaat van uw werkzaamheden. Is het geen schatje? (© 2018 Jos Verstraten) |
Als u er wat tijd achter uw PC aan besteed, kunt u het volgende boodschappenlijstje samenstellen voor de vermelde prijzen:
- 1 x YU3602 netadapter 36 V - 2 A van Shenzhen Boxinqi Technology voor € 8,01.
- 1 x DPS3003 32 V - 3 A buck step-down module van Ruideng voor € 19,40.
- 1 x Housing for DPS3003 van Ruideng voor € 16,78.
De YU3602 netadapter 36 V - 2 A
De presentatie
Deze netadapter is in feite bedoeld voor het voeden van laptops maar komt uitermate van pas voor dit project. Hoewel de DPS3003 een ingangsspanning van 40 V kan verdragen en 3 A kan leveren, konden wij geen goedkope netadapter vinden met deze uitgangsstroom. Met de 2 A uitgangsstroom van deze adapter komt u echter een heel eind in de praktijk.
 |
| De toegepaste netadapter YU3602 levert de noodzakelijke gelijkspanning als ingang voor de DPS3003. (© Aliexpress) |
Deze netadapter heeft de onderstaande specificaties:
- Ingangsspanning: 100 Vac tot 240 Vac
- Uitgangsspanning: 36 Vdc
- Uitgangsstroom: 2 A
- Uitgangsvermogen: 72 W
- Uitgangsconnector: 5,5 mm x 2,1 mm
- Ingangsconnector: Euro-stekker
- Afmetingen: 12,8 cm x 5,5 cm x 3,4 cm
- Gewicht: 350 g
De elektronica
De YU3602 maakt uiteraard gebruik van geschakelde technieken en ziet er intern bijzonder keurig uit. Het enige vervelende voor onze toepassing is dat de uitgangskabel een 5,5 mm x 2,1 mm connector heeft. De behuizing van de DPS3003 gaat echter uit van voedingsaansluiting via twee banaanstekkers van 4 mm. U hebt dus twee opties:
- De 5,5 mm x 2,1 mm connector van de kabel afknippen, de twee aders vrijmaken en voorzien van twee banaanstekkers.
- Op zoek gaan naar een chassisdeel voor een 5,5 mm x 2,1 mm connector en deze op de achterzijde van de behuizing bevestigen. Dat is uiteraard de mooiste optie, maar het valt niet mee zo'n chassisdeel van goede kwaliteit op de kop te tikken. Wij vonden een stevige metalen uitvoering bij Banggood voor € 1,57 onder bestelnummer 1188681.
 |
| Inkijkje in de ingewanden van de YU3602. (© 2018 Jos Verstraten) |
Hoe beter de spanning die in een voeding gaat, hoe beter de spanning die er uit komt. Het is dus interessant om even te meten hoe goed de stabilisatie is van de YU3602. Nu, zoals uit onderstaande grafiek blijkt, dat valt best mee! De spanning daalt van 36,35 Vdc naar 36,18 Vdc tussen nullast en een belastingsstroom van 2 A. Dat komt overeen met een inwendige weerstand van 0,105 Ω.
 |
| De uitgangsspanning van de YU3602 in functie van de belastingsstroom. (© 2018 Jos Verstraten) |
De DPS3003 module
Wat is de DPS3003?
De DPS is een zogenaamde 'synchronous buck step down' module. Met dit principe kunt u uit een hoge gelijkspanning een lagere gelijkspanning afleiden en dat met een enorm hoog rendement. Dat betekent dat er zeer weinig vermogen in de schakeling zélf verloren gaat en er dus minimale koeling nodig is. Het principe is voorgesteld in onderstaande figuur. De ingangsspanning Uin gaat via een elektronische schakelaar S1 naar een spoel L1 en een condensator C1. Over de condensator kunt u de gewenste lagere uitgangsspanning Uuit aftakken. Als u de schakelaar S1 sluit gaat er een lineair stijgende stroom door de serieschakeling van L1 en C1 vloeien. Een eigenschap van inducties is dat zij zich verzetten tegen een stroomvariatie door een spanning te genereren die de stroomvariatie tegenwerkt. Deze spanning UL staat in serie met de uitgangsspanning Uuit. De som is echter gelijk aan de ingangsspanning Uin. Het zal duidelijk zijn dat de uitgangsspanning gelijk is aan de ingangsspanning minus de spanning over de spoel. Als de uitgangsspanning gelijk wordt aan de gewenste waarde wordt de schakelaar S1 geopend. Er vloeit dan geen stroom meer vanuit de ingangsspanning. In de spoel heeft zich echter magnetische energie opgebouwd en deze zal er voor zorgen dat er een tweede stroom door de spoel gaat vloeien, die afvloeit via de diode D1. Over de spoel blijft bijgevolg de spanning UL staan, met als gevolg dat ook de spanning over de condensator constant blijft. Door de schakelaar zeer snel te openen en te sluiten en door de openingstijd te variëren kunt u over de condensator een mooie en in grootte regelbare gelijkspanning genereren met een minimale rimpel.
 |
| Het principe van een synchronous buck step down schakeling. (© 2018 Jos Verstraten) |
De volledige elektronica van de DPS3003 zit in een klein kastje van amper 79 mm x 43 mm x 41 mm. Alles overheersend op het frontplaatje is een overvol display met als afmetingen 28 mm x 28 mm. In dat display ziet u een heleboel gegevens:
- De actuele uitgangsspanning (groen).
- De actuele uitgangsstroom (geel).
- Het actueel geleverde vermogen (paars).
- De ingestelde waarden van spanning en kortsluitstroom (lichtblauw).
- De actuele waarde van de ingangsspanning (lichtblauw).
- Een aantal pictogrammetjes die de functie van de module weergegeven.
Links ziet u drie minuscule drukknopjes, waarmee u de spanning en de stroom instelt en de tien geheugenplaatsen configureert.
Rechts staat een draai-encoder, waarmee u de waarde van de uitgangsgrootheden snel kunt instellen door er aan te draaien en er op te klikken.
In eerste instantie zult u het tamelijk onoverzichtelijk vinden om alle functies met slechts vier knopjes te bedienen en in te stellen, maar dat went snel. Wij komen daar later nog uitgebreid op terug.
Onder de encoder zit een vierde drukknopje, waarmee u de ingestelde spanning wel of niet op de uitgangsklemmen zet.
 |
| De DPS3003-module ten voeten uit. (© Banggood) |
- Ingangsspanning: 6,00 Vdc tot 40,00 Vdc
- Uitgangsspanning: 0,00 Vdc tot 32,00 Vdc
- Uitgangsstroom: 0,000 mA tot 3,000 mA
- Uitgangsvermogen bereik: 0 W tot 96 W
- Uitgangsspanning resolutie: 10 mV
- Uitgangsstroom resolutie: 1 mA
- Uitgangsvermogen resolutie: 10 mW
- Uitgangsspanning nauwkeurigheid: 0,5 % ±1 cijfer
- Uitgangsstroom nauwkeurigheid: 0,5 % ±2 cijfers
- Afmetingen: 79 mm x 43 mm x 41 mm
- Gewicht: 65 g
De behuizing voor de DPS3003
Een bouwpakket van uitstekende kwaliteit
Het kastje dat u rond de DPS3003 moet bouwen wordt als bouwpakket geleverd en is van werkelijk uitmuntende kwaliteit. Een verademing vergeleken met de plexiglazen niemendalletjes waarin Chinese producten vaak worden geleverd. Bij dit pakket hoort een klein voorgemonteerd printje. De enige bedoeling van dit printje is de ingangsspanning van de voeding te reduceren tot 12 Vdc voor het voeden van de miniatuur ventilator.
 |
| De onderdelen van de behuizing. (© 2018 Jos Verstraten) |
De bouw van de laboratoriumvoeding
De montage van de achterplaat
Als u er voor gekozen hebt de spanning van de YU3602 netadapter aan te voeren via de aan de kabel aangegoten 5,5 mm x 2,1 mm connector, dan moet u eerst in het achterplaatje een gaatje boren voor het 5,5 mm chassisdeel. Dat doet u naast de twee gaatjes voor de 4 mm connectoren. U soldeert na montage twee stevige draadjes aan de twee lipjes van deze connector en buigt deze lipjes zo plat mogelijk.
Op de achterplaat komt de aan/uit-schakelaar, twee 4 mm connectoren en de ventilator. De twee draadjes van de 5,5 mm connector bevestigt u onder de moertjes waarmee u de twee 4 mm connectoren op het aluminium plaatje schroeft. Let op de plus en de min!
Het printje moet u vervolgens op de twee 4 mm connectoren vastschroeven met het tweede stel moertjes. Let er op dat de onderzijde van het printje geen contact maakt met de aansluitlipjes van de 5,5 mm connector. Nadien kunt u de twee draadjes van de schakelaar en de twee draadjes van de ventilator op het printje solderen. In de twee grote gaatjes linksboven op de print soldeert u twee stevige draadjes die naar de ingangsconnector van de DPS3003-module gaan.
 |
| De montage van de achterplaat. (© Banggood) |
De rest is een fluitje van een cent. U bevestigt de twee overige 4 mm connectoren in het frontplaatje en klikt de DPS3003-module in het grote gat. Let op de stand van de module! Soldeer twee draadjes aan de 4 mm connectoren en schroef deze in de OUT- en OUT+ kroonsteentjes van de module. Schroef de twee draadjes die van het achterste printje komen in de IN- en IN+ kroonsteentjes van de module. Bevestig de front- en achterplaat op de onderste helft van de behuizing. Dat is het deel met de gleuven voor de luchtcirculatie. Zorg ervoor dat deze gleuven onder de module zitten. Klik de bovenste helft van het kastje in de onderste helft en bevestig dit deel aan de voor- en achterplaat.
 |
| De eindmontage van de laboratoriumvoeding. (© Banggood) |
Het werken met uw laboratoriumvoeding
Kennismaking met het systeem
Om met de voeding te leren werken gaan wij de uitgangsspanning instellen op 5,00 V en de stroombegrenzing op 1,000 A. Sluit de YU3602 netadapter aan op de 230 V netspanning en plug de uitgangsstekker in de connector op de achterkant van de voeding. Sluit de tuimelschakelaar op de achterkant van het kastje. Als alles tot nu toe goed is gegaan hoort u dat de ventilator gaat draaien (nogal een lawaaierig type!) en ziet u het fabrikantenlogo op het display. Even later wordt het display actief en ziet u de drie parameters spanning, stroom en vermogen op nul staan. Op de onderste regel van het display wordt in het lichtblauw de grootte van de ingangsspanning weergegeven. Die moet uiteraard rond 36,00 V liggen.
Instellen van de uitgangsspanning op 5,00 V
Druk even op het bovenste knopje waar 'V/↑' op staat. U ziet op de bovenste regel van het display een cijfer paars oplichten. Dit is het laatste cijfer van de spanningsinstelling (00,0XV) die u nu door het draaien aan de encoder-knop op de gewenste waarde kunt instellen. Stel deze in op '0' en klik op de knop. U ziet nu het cijfer links daarnaast paars worden (00,X0V). Stel dit ook in op '0' en klik weer op de encoder. De twee volgende linker cijfers(XX,00V) worden paars, stel deze in op '05'. Klik tot slot weer even op de knop 'V/↑'.
Instellen van de stroombegrenzing op 1,000 A
Druk even op het onderste knopje waar 'A/↓' op staat. U ziet nu het cijfer van de mA-instelling (0,00XA) paars worden. Op de beschreven manier kunt u de stroombegrenzing instellen op 1,000 A.
De spanning op de uitgangen zetten
Druk tot slot op de knop 'ON/OFF' onder de encoder. Het display neemt onmiddellijk de waarde '05.00V' en '0.000A' over en de ingestelde spanning van 5,00 V verschijnt op de twee uitgangsconnectoren van de voeding. Sluit de voeding kort met een draadje. Het display reageert onmiddellijk met '1.000A'. De uitgangsspanning en uitgangsvermogen displays zullen uiteraard iets aanduiden, want de interne bedrading en het kortsluitdraadje hebben een bepaalde weerstand waardoor de spanning niet helemaal naar nul zal gaan en dus ook niet het vermogen.
Opmerking
De instellingen van spanning en stroom die u hebt gemaakt blijven in het geheugen van de module bewaard als data-set M0. Als u het apparaat weer aanzet gaan beide grootheden naar de laatst ingestelde waarden en kunt u met één druk op de knop 'ON/OFF' deze op de uitgangsconnectoren zetten.
De informatie in het display
Het display biedt meer informatie dan de ingestelde spanning en stroom en het vermogen. Alle functies die u in het display kunt zien zijn in de onderstaande afbeelding samengevat.
- Knoppen in/uitgeschakeld:
Als u langer dan twee seconden op de encoderknop drukt, kunt u de voeding niet meer instellen met de drukknopjes. Het hangslotje in het pictogram gaat dan uiteraard dicht. Weer twee seconden drukken maakt de knopjes weer actief. - CV/CC:
Het pictogram 'CV' is actief als de voeding werkt als constante spanningsbron. Het pictogram verandert in 'CC' als de voeding een constante stroom levert. - Data-set die is ingeschakeld:
Dit pictogram verschijnt als u een van de tien in het geheugen bewaarde data-sets hebt geactiveerd, zie later.
 |
| De betekenis van de symbolen in het display. (© 2018 Jos Verstraten) |
Druk even op de middelste knop 'SET' en het display verandert drastisch, zie onderstaande figuur. In dit scherm kunt u de tien data-sets die in het geheugen zitten een na een configureren. Na deze ene druk op de knop 'SET' ziet u de gegevens van data-set M0, waarvan u reeds een paar parameters hebt ingesteld:
- U-SET: 05.00V
- I-SET: 1.000A
- S-OVP:
Set Over Voltage Protection. U kunt hier op de reeds beschreven manier een begrenzingsspanning instellen. Na het invoeren van de numeriek waarde met de draai-encoder moet u weer even kort op 'SET' drukken om de ingestelde waarde vast te leggen. Zou, om wat voor reden ook, de spanning tussen de klemmen van de voeding groter worden dan deze waarde, dan schakelt de voeding onmiddellijk uit. - S-OCP:
Set Over Current Protection. Hetzelfde verhaal, maar dan voor de geleverde stroom. - S-OPP:
Set Over Power Protection. U snapt het al, idem maar dan voor het geleverde vermogen. - B-LED:
Stelt de helderheid van het display in tussen 0 en 5. - M-PRE:
Keuze van de data-set.
 |
| Het menu voor het instellen van de parameters van een data-set. (© 2018 Jos Verstraten) |
Druk voor de veiligheid op de knop 'ON/OFF' zodat de uitgangsklemmen worden losgekoppeld van de schakeling en de uitgang naar 0,00 V gaat. Druk vanuit het hoofdmenu even op de knop 'SET'. Ga met de pijltjes-toetsen naar de optie 'M-PRE', druk even op de encoder. Verdraai de encoder tot het nummer van de data-set waarin u de presets wilt opslaan op het display verschijnt. Druk weer op de knop van de encoder. Verdraai de encoder tot de optie 'ON' verschijnt. Druk even op de knop 'SET'. U kunt nu met de pijltjes-toetsen een parameter selecteren en op de beschreven manier de waarde daarvan instellen met de encoder. Vergeet na de instelling niet op de 'SET' te drukken!
Klaar? Ga dan weer naar 'M-PRE', selecteer de data-set en druk twee seconden op de 'SET'. Rechts in het display verschijnt het nummer van de data-set ten teken dat de gegevens in het geheugen zijn opgenomen. Druk tot slot nog even op de knop 'SET'. U komt weer in het hoofdmenu van het apparaatje terecht.
Selecteren van een van de data-sets
De data-set M0 is de default-set. Als u een van de andere sets selecteert worden de instellingen van deze groep automatisch overgenomen in de set M0. Om een data-set te selecteren drukt u meer dan twee seconden op de knop 'SET'. Verdraai de encoder tot het nummer van de gewenste data-set in het display verschijnt. Druk tot slot even op de knop 'SET'. De instellingen van de datas-set worden overgenomen door M0 en worden actief.
Snel selecteren van de data-set M1 en M2
Sla de instellingen die u het vaakst gebruikt, bijvoorbeeld 5,00 V en 12,00 V, op in de data-sets M1 en M2. Deze kunt u namelijk heel snel oproepen door de toetsen 'V/↑' (M1) of 'A/↓' (M2) langer dan twee seconden in te drukken.
De prestaties van uw laboratoriumvoeding
Stabiliteit van de uitgangsspanning
Deze voeding gedraagt zich perfect. Wij hebben als eerste test de uitgangsspanning ingesteld op 5,00 V en de voeding stapsgewijs belast tot 2,000 A. De uitgangsspanning daalde van 5,00 V tot 4,97 V. De metingen werden herhaald met een uitgangsspanning van 12,00 V bij nullast. Bij 2,000 A daalde de uitgangsspanning naar 11,98 V. Tot slot gemeten bij een uitgangsspanning van 30,00 V. Bij 2,000 A leverde de voeding 29,99 V.
Nauwkeurigheid van het display
Ook wat dat betreft levert de DPS3003 optimale prestaties. De metingen van spanning en stroom op het display werden vergeleken met deze op een goede universeelmeter. De grootste afwijkingen die wij vonden bedroegen slechts 10 mV en 3 mA.
Het residu op de uitgangsspanning
Geschakelde voedingen staan er om bekend dat zij hun uitgangsspanning verontreinigen met restanten van het hoogfrequente signaal waarmee het synchronous buck step down systeem per definitie werkt. Ook de DPS3003 vormt hierop helaas geen uitzondering. Op onderstaand scoop-beeld ziet u het residu-signaal op de uitgangsspanning, dat overigens wat grootte betreft vrijwel onafhankelijk is van de belastingsstroom. Glitches van 200 mV op een uitgangsspanning van 12 Vdc zijn uiteraard wel wat veel. Gelukkig is de frequentie van deze glitches vrij hoog, namelijk 135 kHz. Dit residu kunt u bij de te voeden schakeling gemakkelijk wegfilteren door tussen de voedingsaansluitingen een condensator van 100 nF op te nemen. Moet u trouwens altijd doen, ook bij voeding uit een lineaire voeding!
 |
| De schakel-residuen op de uitgangsspanning van 12,00 V bij 2,000 A belasting. (© 2018 Jos Verstraten) |
Wij hebben de voeding uren laten draaien bij een uitgangsspanning van 5,00 V en een belastingsstroom van 2,000 A. De metalen behuizing warmde niet merkbaar op en de door de ventilator uitgeblazen lucht was niet warmer dan de omgevingslucht.
DPS3003 32 V-3 A Buck Adjustable Voltage Power Supply
