Elektronica-hobby blog van Jos Verstraten (663 artikelen): Bouwpakket: SKU332561, multi-output voeding

(gepubliceerd op 09-02-2018)

Met dit € 6,09 kostend bouwpakketje kunt u één voedingsspanning omzetten in gestabiliseerde voedingsspanningen van +3,3 V, +5 V, -5 V, +12 V en -12 V. U kunt iedere uitgang individueel tot 300 mA belasten. Wij bouwden en testten een exemplaar.

Kennismaking met het bouwpakket SKU332561

Waar kunt u het voor gebruiken?
Als u een schakeling in elkaar timmert die maar één voedingsspanning nodig heeft is er geen probleem. U voedt deze schakeling uit een regelbare voeding of uit een netstekkervoeding die de juiste spanning levert. Er zijn echter schakelingen die twee of soms wel vier verschillende voedingsspanningen nodig hebben. Zonder deze SKU332561 zit u dan met een groot probleem: waar al deze spanningen vandaan halen? Mét deze SKU332561 is uw probleem opgelost. Deze print leidt namelijk uit één ingangsspanning alle standaard voedingsspanningen af:
+3,3 V
+5 V
-5 V
+12 V
-12 V

Wie maakt het en hoe heet het?
Omdat alle leveranciers geheimzinnig doen over de fabrikant van dit bouwpakketje en het typenummer, identificeren wij het in dit artikel aan de hand van de unieke SKU-code, de Stock Keeping Unit code waarmee u het bouwpakket ook via Google kunt vinden als u het ergens wilt bestellen. Die code is SKU332561.

De onderdelen van het bouwpakket
De geleverde componenten zien er uitstekend uit. De zes IC's worden echter geleverd in SMD-uitvoering, hetzelfde geldt voor twee dioden en drie spoeltjes. Dat vereist dus wel ervaring met het solderen van kleine componenten.
Zoals gebruikelijk bij Chinese bouwpakketjes wordt ook deze universele voedingsprint geleverd zonder bouwbeschrijving, u moet het stellen met de componentenopdruk van de print.

De elektronica
Het volledig schema van deze multi-output voedingsprint is weergegeven in onderstaande figuur. Aan de linkerkant wordt de ingangsspanning aangeboden. De UF300 is een zelfherstellende zekering van 3 A. De aanwezigheid van ingangsspanning en de goede werking van de zekering worden gecontroleerd door de LED HL1. U kunt het schema in twee delen splitsen. Links staat een buck-converter rond een XL6008, die de variërende ingangsspanning omzet in stabiele +16 V en -16 V uitgangsspanningen. Deze uitgangsspanningen wordt ingesteld door de verhouding tussen de weerstanden R2 en R3. Het IC kan, dank zij de ingebouwde MOSFET met extreem lage geleidingsweerstand van maximaal 120 mΩ, tot 3 A stroom verwerken. Dat resulteert in een rendement van meer dan 90 %, waardoor er nauwelijks vermogen in de chip verloren gaat. De oscillator werkt op 400 kHz, zodat u voor de afvlakking van de uitgangsspanningen met zeer kleine zelfinducties en condensatoren kunt werken. De positieve spanning van 16 V staat ter beschikking over de condensator C4, de negatieve spanning van -16 V kunt u aftakken over de condensator C6.

Het volledig schema van deze voedingsprint. (© Banggood)

Uit deze twee gelijkspanningen worden op traditionele manier, door gebruik te maken van lineaire regelaars van de 78xx- en 79xx-families, vier uitgangsspanningen afgeleid. De +5 V wordt via een 117-3V3 gereduceerd tot +3,3 V. De aanwezigheid van de positieve en negatieve uitgangsspanningen wordt gecontroleerd door de twee LED's HL2 en HL3.
Met het lineaire deel is echter toch iets vreemds aan de hand. In het negatieve deel wordt de -16 V eerst via een 7912 omgezet in -12 V en deze wordt weer met een 7905 gereduceerd tot -5 V, zoals het volgens het boekje hoort. Op deze manier wordt het grote restvermogen dat ontstaat als u de -5 V uitgang belast verdeeld tussen de 7912 en de 7905. De twee positieve regelaars 7805 en 7812 staan echter parallel en betrekken beide hun ingangsspanning uit de +16 V. Als u dus de +5 V belast met de gespecificeerde maximale uitgangsstroom van 300 mA valt er over de 7805 niet minder dan 3,3 W. Tóch wordt de 7805 op dezelfde manier gekoeld als de overige stabilisatoren, namelijk met een koelplaatje van slechts 10 mm bij 10 mm bij 5 mm. Wij komen daar later bij de test nog op terug.

De specificaties van de SKU332561
- Ingangsspanning: 5 Vdc → 24 Vdc
- Uitgangsspanningen: +3,3 Vdc, +5 Vdc, +12 Vdc, -5 Vdc, -12 Vdc
- Uitgangsstroom: 300 mA per uitgang, één uitgang belast
- Uitgangsstroom: 200 mA per uitgang, meerdere uitgangen belast
- Afmetingen: 10,0 cm x 5,0 cm

De bouw van de schakeling

Eerst maar de SMD's .....
Op het forum van een van de leveranciers wordt aangeraden eerst de zes koperen vlakjes op de koperzijde van de print, waar de zes chipjes op rusten, flink te vertinnen. Kwestie van een volume te scheppen waarin de warmte opgeslagen kan worden, waarschijnlijk.

Nadien komt een vervelend klusje aan de orde: de elf SMD-componenten solderen. Begin er niet aan zonder een miniatuur soldeerbout met extreem fijne punt! Ook een paar pincetten en een vergrootglas zijn eigenlijk onmisbaar voor dit werkje. Niet alle lezers/lezeressen zullen ervaring hebben met het werken met SMD's. De procedure voor het solderen van dergelijke onderdelen is als volgt. Vertin een van de aansluitvlakjes op de print met een dun laagje tin. Plaats de SMD op zijn (haar?) positie en zet de punt van de soldeerbout bij het pootje dat rust op het vertinde aansluitvlakje. Als dit ene pootje vast zit kunt u uiterst voorzichtig en met heel weinig tin de overige pootjes vast solderen. Let er bij het plaatsen van de chip's op dat aan de andere kant van het onderdeel een klein koelplaatje 0,5 mm uitsteekt dat u ook op de print moet solderen. U moet het onderdeel dus zo op de print drukken dat er plaats is om dat koelplaatje op het soldeervlakje op de print te solderen.
Let bij het solderen van de twee dioden toch vooral op het witte streepje op de diode, dat overeen komt met dikke witte vlakje op de componentenopdruk.

..... en nadien de overige componenten
Nadien komen de overige onderdelen aan de beurt. Let er bij de LED's op dat de lange draad overeen komt met de anode. Bij de elco's komt de negatieve aansluiting in het gaatje bij het gearceerde deel van de printopdruk. Na afloop van het soldeerwerk moet u de meegeleverde miniatuur koelplaatjes op de zes IC's plakken. Het eindresultaat van de montage is voorgesteld in onderstaande foto.

Het testen van de SKU332561

Test 1: de werking van de XL6008
De werking van de schakeling wordt uiteraard op de eerste plaats bepaald door de schakeling rond de XL6008. Hoe goed is deze buck-converter in staat uit een ingangsspanning die mag variëren tussen 5 V en 24 V twee stabiele spanningen van +16,5 V en -16,5 V af te leiden? Dit deel van de schakeling werkt uitstekend. Wij hebben de vijf uitgangen belast met 1 kΩ weerstanden en de ingangsspanning gevarieerd tussen 24 V en 3 V. Tot 4 V bleven de twee uitgangsspanningen van de buck-omvormer tot op 10 mV constant op +16,28 V en -16,34 V. Bij een ingangsspanning van slechts 3 V zakten de uitgangsspanningen tot +14,81 V en -15,13 V.
Heel vreemd is echter dat op de uitgangsspanning een flinke rimpel met een top-tot-top-waarde van 5 V en een frequentie van 117 Hz valt te meten, zie onderstaand oscillogram. Uit de werking van de XL6008 valt dit verschijnsel niet te verklaren.

Test 2: de uitgangsspanning van +12 V
Wij hebben deze en volgende tests uitgevoerd met ingangsspanningen van 5 V en 12 V, omdat u deze print in de praktijk meestal zult voeden uit een USB-netstekkervoeding of een netstekkeradapter. De resultaten van deze test staan in onderstaande tabel. Bij voeding met 12 V gedraagt de voeding zich uitstekend tot 400 mA belasting. Bij 5 V voeding stort de +12 V uitgang bij 300 mA behoorlijk in elkaar.

Belastingsstroom	5 V voeding	12 V voeding
0 mA	+12,17 V	+12,17 V
200 mA	+12,14 V	+12,14 V
300 mA	+9,10 V	+12,12 V
400 mA	+6,25 V	+12,10 V

Test 3: de uitgangsspanning van -12 V uitgang
Uiteraard hebben wij deze metingen herhaald voor de -12 V uitgang, met onderstaande resultaten. Deze resultaten zijn dus veel slechter dan bij de +12 V uitgang. Wat veel erger is, bij een belastingsstroom van slechts 200 mA zit er een enorme rimpel op de uitgangsspanning, zie het onderstaande oscillogram. Deze rimpel verdwijnt als de ingangsspanning iets lager wordt ingesteld.

Belastingsstroom	5 V voeding	12 V voeding
0 mA	-11,95 V	-11,92 V
200 mA	-11,93 V	-10,45 V
300 mA	-8,94 V	-9,91 V
400 mA	-6,40 V	-7,51 V

De rimpel op de -12 V uitgang bij een belastingsstroom van 200 mA en
een ingangsspanning van 12 V. (© 2018 Jos Verstraten)

Test 4: de uitgangsspanning van +5 V
Herhaalde metingen, met de meetapparatuur nu aan de +5 V uitgang, met onderstaande resultaten.

Belastingsstroom	5 V voeding	12 V voeding
0 mA	+4,97 V	+4,96 V
200 mA	+4,94 V	+4,94 V
300 mA	+4,93 V	+4,83 V
400 mA	+4,92 V	+4,82 V

Test 5: de uitgangsspanning van -5 V
Deze uitgang gedraagt zich goed tot 300 mA. Bij 400 mA ontstaat echter een reusachtige rimpel op de uitgang bij 12 V voeding.

Belastingsstroom	5 Vdc voeding	12 Vdc voeding
0 mA	-5,01 V	-5,01 V
200 mA	-4,99 V	-4,99 V
300 mA	-4,98 V	-4,96 V
400 mA	-4,98 V	-4,41 V

Test 6: de uitgangsspanning van +3,3 V
Deze spanning houdt zich keurig onder alle belastingscondities, zie onderstaande tabel. Ook de rimpel op de uitgang is minimaal.

Belastingsstroom	5 V voeding	12 V voeding
0 mA	+3,31 V	+3,32 V
200 mA	+3,31 V	+3,32 V
300 mA	+3,31 V	+3,31 V
400 mA	+3,30 V	+3,30 V

Test 7: lange termijn stabiliteit
Het blijkt dat de meegeleverde miniatuur koelplaatjes te klein zijn om de voeding onder alle omstandigheden aan de specificaties te laten voldoen. Bij voeding met 12 V valt de uitgangsspanning bij een stroom van 250 mA na een paar minuten weg omdat de chips te heet worden en de ingebouwde temperatuurbeveiligingen in werking treden. Dit geldt voor de spanningen van +5 V, -5 V en +3,3 V.

Algemene conclusie

Deze voedingsprint bevalt uitstekend als u de uitgangen niet belast met meer dan 200 mA. De door de fabrikant opgegeven maximale belastingsstroom van 300 mA per uitgang is niet realistisch vanwege de te kleine koelprofieltjes op de chip's.
Hoe de voeding zich gedraagt als u alle vijf uitgangen gelijktijdig maximaal belast hebben wij, bij gebrek aan voldoende hoogvermogen weerstanden en met slechts één instelbare elektronische last ter beschikking, niet kunnen controleren.

(Banggood sponsor advertentie)
Linear Regulators Multiple Output Power Kit