|
Met de M038N zet u de spanning van uw 24 V accu om in een gestabiliseerde spanning van ongeveer 13,5 V. In tegenstelling tot de supergoedkope Chinese omvormers werkt deze module nog volgens een lineaire omzetting. |
Van een hoge naar een lage gelijkspanning
DC/DC-omvormers te kust en te keur
Als u Googelt op 'DC/DC-converter' blijkt dat de markt oververzadigd is met goedkope printjes, modules en apparaten waarmee u een hoge gelijkspanning kunt omzetten in een lagere. Er bestaat dus blijkbaar een grote vraag naar dergelijke apparatuur. Echter, bij nadere bestudering blijkt dat vrijwel alle schakelingen gebruik maken van een spanningsreductie volgens het buck-principe of volgens het pwm-principe. Beide systemen werken volgens het switched-mode principe, waarbij de hoge gelijkspanning aan de ingang door een snelle halfgeleider-schakelaar in smalle mootjes wordt gehakt. Het resultaat wordt 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.
Als u de uitgangsspanning van uw 24 V accu moet verlagen tot de zuivere gelijkspanning die uit een 12 V accu komt, dan moet u gebruik maken van een ouderwetse lineaire omzetter. Daarin wordt niet geschakeld, maar wordt een transistor ingezet als variabele weerstand tussen de 24 V accu en de 13,5 V uitgang. Die 13,5 V is de spanning over een volledig opgeladen 12 V accu, vandaar die vreemde waarde. Een regelsysteem zorg ervoor dat er altijd een spanningsverschil van 10,5 V over de inwendige weerstand van de transistor blijft staan, zodat de uitgangsspanning constant blijft op 13,5 V. De lineaire regeling heeft als voordeel dat er een absoluut zuivere gelijkspanning op de uitgang staat, maar als nadeel dat er heel wat vermogen in de schakeling wordt gedissipeerd en dat u dus flink wat warmte moet afvoeren.
 |
| Vergelijking van de principes van een buck-, pwm- en lineaire DC/DC-omzetter. (© 2018 Jos Verstraten) |
De M038N module van Kemo Electronic
Uiterlijk en afmetingen
In tegenstelling tor de moderne buck- en pwm-omvormers is de lineaire DC/DC-omvormer M038N van het Duitse Kemo Electronic log, zwaar en prijzig. Hoewel, alles moet natuurlijk in het juiste perspectief worden gezien, Als u koopt op Duitse sites, dan kunt u deze module voor iets minder dan € 15,00 bestellen. De module heeft vier 6,35 mm faston-connectoren, de daarvoor noodzakelijke stekkertjes worden niet meegeleverd. In iedere connector zit echter een gaatje, zodat u gemakkelijk draadjes aan de connectoren kunt solderen. De module is volledig ingegoten, de onderzijde bestaat uit een stevige aluminium koelplaat, die geïsoleerd is van de interne elektronica. Op de onderstaande foto, gekaapt van de site van de fabrikant, ziet u een LED'je naast de vier connectoren. Dit LED'je was echter niet aanwezig in de aan ons geleverde module. Ook in de meegeleverde handleiding wordt over geen LED gerept.
 |
| De M038N van Kemo Electronic, de rode LED naast de connectoren is niet bij alle exemplaren aanwezig. (© 2018 Jos Verstraten) |
De summiere technische gegevens die de fabrikant geeft:
- Ingangsspanning: 24,0 Vdc tot 26,0 Vdc
- Uitgangsspanning: ~13,8 Vdc
- Uitgangsstroom: 3,0 A max.
- Kortsluitbeveiliging: ja
- Temperatuurbeveiliging: ja
- EAN-code: 4024028030388
Het toepassen van de module
Daar is in feite niets over te schrijven. Monteer de module op een koelplaat of op een chassis. Sluit uw 24 V accu aan op de twee linker connectoren van de module en sluit uw 12 V verbruikers aan op de twee rechter connectoren. Hoewel in de handleiding niets wordt geschreven over massa's blijkt dat de twee minus-connectoren intern met elkaar doorververbonden zijn en dus de gemeenschappelijke massa van uw systeem kunnen vormen.
 |
| Het toepassen van de module. (© 2018 Jos Verstraten) |
Het testen van de M038N module
De testopstelling
Voor het testen van een DC/DC-omzetter hebt u alleen een regelbare gestabiliseerde voeding, een elektronische belasting en een digitale universeelmeter nodig. Wij hebben, voor de zekerheid, ook nog een scoop op de uitgang van de module gezet om de zuiverheid van de uitgangsspanning te kunnen observeren, maar daar was (zoals verwacht) niets mis mee. Over de in- en uitgangsklemmen van de module hebben wij een elco van 1.000 µF geschakeld.
Door ons gebruikte apparatuur:
- Regelbare voeding: DPS303: 0 V tot 32,0 V - 2,0 A max.
- Regelbare belasting: ZPB30A: 0,2 A tot 9,90 A, 30 V max.
- Digitale universeelmeter: M-3890DT.
- Oscilloscoop: DSO5102P.
 |
| Het testen van de module M038N. (© 2018 Jos Verstraten) |
Wij hebben de belastingsstroom in stappen van 0,2 A laten stijgen van 0 A tot 2,0 A en bij iedere stap de uitgangsspanning gemeten. Dit hebben wij herhaald voor vier constant gehouden ingangsspanningen: 26,0 V, 25,0 V, 24,0 V en 23,0 V.
De resultaten zijn samengevat in onderstaande grafiek. Voor ingangsspanningen van 26,0 V tot 24,0 V gedraagt de voeding zich vrijwel identiek. Tussen nullast en een last van 2,0 A zakt de spanning van 13,85 V naar 13,48 V. Deze spanningsdaling van 0,37 V komt overeen met een inwendige weerstand van de module van 0,185 Ω.
Bij een ingangsspanning van 23,0 V is het gedrag slechter: de uitgangsspanning zakt dan terug tot 13,33 V. De spanningsdaling van 0,52 V levert een inwendige weerstand op van 0,26 Ω.
Deze test doorstaat de module dus met stip.
 |
| De uitgangsspanning in functie van de belastingsstroom voor vier verschillende ingangsspanningen. (© 2018 Jos Verstraten) |
Wij waren benieuwd tot welke waarde de spanning over een 24 V accu kan zakken alvorens de uitgangsspanning van de module er last van krijgt. Die test hebben wij herhaald bij nullast en bij vier verschillende belastingsstromen. Zoals uit onderstaande grafiek blijkt, houdt de module zich keurig tot een ingangsspanning van 17 V. Bij lagere ingangsspanningen gaat de uitgangsspanning snel dalen tot onder 13 V. Ook deze test doorstaat de module dus met vlag en wimpel.
 |
| De uitgangsspanning in functie van de ingangsspanning voor vijf verschillende belastingscondities. (© 2018 Jos Verstraten) |
Als laatste test hebben wij gemeten hoe de module zich houdt als zij flink wordt opgewarmd. Daar is geen gasbrander voor nodig. Het volstaat de module zonder koelplaat een flinke stroom, bijvoorbeeld 2,0 A te laten leveren. De temperatuur is gemeten in het midden van de koelplaat met een type-K thermokoppel dat via koelpasta in goed thermisch contact met de plaat was gebracht. Zoals blijkt uit onderstaande grafiek doorstaat de M038N ook deze test glansrijk. Tot 70 °C blijft de uitgangsspanning constant op 13,48 V.
Bij hogere temperaturen daalt de uitgangsspanning tot 13,28 V en blijft constant op deze waarde tot een temperatuur van meer dan 100 °C. Uit de grafiek blijkt verder dat, zonder koelplaat, een temperatuur van 100 °C al na ongeveer tien minuten wordt bereikt. Van een temperatuurbeveiliging die de uitgangsspanning laat dalen bij oververhitting van de module, zoals de fabrikant belooft, hebben wij in deze test dus niets kunnen ontdekken. De module is zeer robuust. Wij hebben de module tien keer opgestookt tot 100 °C en dan weer snel afgekoeld tot 20 °C. De geteste module bleef uitstekend presteren. Ook een duurtest van één uur op een temperatuur van 100 °C leek de module niet te deren.
 |
| De uitgangsspanning in functie van de temperatuur van de module. (© 2018 Jos Verstraten) |
Low-cost halfgeleider tester
