Getest: SPS-H305, 30 V en 5 A labvoeding

(gepubliceerd op 31-03-2021)

Bij het surfen op internet kwamen wij deze labvoeding tegen van het ons onbekende merk GVDA. De prijs is goed, het apparaat ziet er mooi uit en de specificaties mogen er zijn. In dit artikel vindt u de resultaten van onze test.

Kennismaking met de SPS-H305 van GVDA

Op zoek naar de fabrikant
GVDA blijkt een merknaam te zijn van Shenzhen Kuaiqu Electronic Co., een uiteraard Chinees bedrijf dat al in 2000 werd opgericht. Het is dus verbazingwekkend dat deze merknaam nog niet wijdverbreid is op internet en dat de producten op dit moment alleen via AliExpress te koop zijn. Het totale leveringsprogramma van deze fabrikant vindt u op www.nice-power.com.cn.

Prijs en leveringsomvang van de SPS-H305
Deze voeding wordt via AliExpress aangeboden voor een totaalprijs van € 55,45 en wordt binnen een week geleverd vanuit een Belgisch magazijn. Er is, voor dezelfde prijs, ook een zwarte uitvoering beschikbaar. De voeding zit in een stevige kartonnen doos en is daarin goed beschermd door middel van blokken van piepschuim. Naast de voeding worden twee stevige flexibele snoeren meegeleverd met een lengte van 100 cm en aan de ene kant een banaanstekker en aan de andere kant een krokodilklem. Een uitstekende netkabel van 130 cm met randaarde stekker en IEC C13 connector ontbreekt uiteraard niet. Een kleine Engelstalige handleiding van 16 pagina's completeert de levering.

De leveringsomvang van de SPS-H305 voeding. (© AliExpress)

Het uiterlijk van de SPS-H305
De voeding zit in een mooie platte metalen behuizing die 25,2 cm breed is en slechts 8,4 cm hoog. Alleen het frontplaatje is van kunststof. De diepte bedraagt 17,0 cm en het gewicht is 1,4 kg. Het apparaat past, op zijn vier rubberen pootjes, mooi op ons rek tussen allerlei andere apparatuur.
Dominant op de voorzijde staan de drie 4-digit LED-display's met een cijferhoogte van 10 mm en een felrode uitstraling. Deze voeding heeft inderdaad niet alleen display's voor de geleverde spanning en stroom, maar berekent ook het geleverde vermogen dat op een derde display wordt weergegeven.
Opmerkenswaard is dat deze voeding ook nog een met maximaal 2 A te belasten 5 V USB-voeding levert via de bekende USB-A connector.

De functie van de bedieningselementen

• A
  De groffe instelling van de maximale uitgangsstroom.
• B
  De aan/uit-schakelaar.
• C
  De fijne instelling van de maximale uitgangsstroom.
• D
  De 5 V USB-voedingsconnector die 2 A kan leveren.
• E
  Het display, met van links naar rechts de geleverde stroom, het geleverde vermogen en de ingestelde uitgangsspanning. Stroom en spanning hebben een resolutie van twee cijfers na de komma, het vermogen-display heeft een glijdende komma.
• F
  De negatieve uitgangsconnector, een 4 mm banaanbus.
• G
  De groffe instelling van de uitgangsspanning.
• H
  De GND-connector van de aarding van het apparaat, een 4 mm banaanbus.
• I
  De positieve uitgangsconnector, een 4 mm banaanbus.
• J
  De fijne instelling van de uitgangsspanning.
• K
  De uitstroomopening van de ingebouwde ventilator. Deze is intelligent hetgeen betekent dat hij uitsluitend gaat draaien als de temperatuur op de interne koelplaat te hoog wordt. Dat gebeurt niet vaak en dat is een geluk want deze ventilator maakt erg veel herrie.
• L
  Het IEC C13 chassisdeel met ingebouwde standaard 3,15 A glaszekering voor het aansluiten van de geaarde netkabel.

De voor- en de achterzijde van de SPS-H305. (© 2021 Jos Verstraten)

De technische specificaties van de SPS/H305
Volgens de fabrikant voldoet het apparaat aan de onderstaande specificaties:
       - Netspanning: 220 Vac ± 10 %
       - Uitgangsspanning: 0 ~ 30,00 Vdc
       - Resolutie spanningsinstelling: 10 mV
       - Ingangsstabiliteit spanning: 0,05 % ± 1mV
       - Uitgangsstabiliteit spanning: 0,1 % ± 1 mV
       - Lange termijn stabiliteit spanning: 0,1 % ± 3 mV
       - Rimpel en ruis op spanning: kleiner dan 10 mVrms
       - Uitgangsstroom: 0 ~ 5 Adc
       - Resolutie stroominstelling: 1 mA
       - Stabiliteit uitgangsstroom: 0,1 % ± 10 mA
       - Uitgangsvermogen: 150 W max.
       - Resolutie vermogensmeting: 1 mW ~ 0,1 W
       - Aardingsweerstand: kleiner dan 20 mΩ
       - Nauwkeurigheid digitale meters: 1,0 % ± 2 digits
       - Over stroom bescherming (OCP)
       - Over temperatuur bescherming (OTP)
       - Over vermogen bescherming (OPP).

De elektronica in de SPS-H305

De behuizing geopend
De behuizing bestaat uit een U-vormig onderstel waarin de elektronica zit en een U-vormig deksel die op elkaar zijn geschroefd. Na het verwijderen van zes schroefjes kunt u de elektronica van deze voeding bewonderen. Zoals uit de twee onderstaande foto's blijkt valt dat niet tegen. Het geheel ziet er netjes afgewerkt uit. Alle gesoldeerde draden die de netspanning voeren zijn afgewerkt met krimpkous. Onder de gehele hoofdprint zit een grote aluminium koelplaat, waarop alle te koelen halfgeleiders geïsoleerd zijn bevestigd. Deze wordt gekoeld door luchtspleten in de bodem en in de twee zijwanden van de behuizing en uiteraard door de ventilator.

Een inkijk in de voeding van voor naar achter. (© 2021 Jos Verstraten)

Een inkijk in de voeding van achter naar voor. (© 2021 Jos Verstraten)

Wat opvalt is de manier waarop de fabrikant is omgegaan met de aarding van het apparaat. De aardingspen van het IEC C13 chassisdeel op de achterzijde van de behuizing is met een zeer kort draadje verbonden met een van de metalen afstandsbussen waarmee de print in de behuizing is bevestigd. De GND-banaanbus op de frontplaat is op dezelfde manier verbonden met een ander metalen afstandsbusje. De aardingsweerstand wordt gespecificeerd als kleiner dan 20 mΩ en dat zou met deze constructie best wel het geval kunnen zijn. Maar dat gaan wij uiteraard meten!


De hoofdprint in detail bekeken
Op de onderstaande foto ziet u de hoofdprint in detail. Aan de onderzijde wordt de netspanning via een rode en een zwarte draad aan de print aangeboden. Er is een primair netfilter aanwezig en u ziet duidelijk linksonder de twee grote hoogspanningselco's die de gelijkgerichte netspanning afvlakken.
Wat meteen duidelijk is, is dat de 5 V USB-voeding volledig gescheiden is van de rest van de elektronica. De elektronica voor deze voeding ziet u rechtsonder op de print. Na een bruggelijkrichter voor de netspanning vormen twee elco's van 10 μF en 400 V de primaire gelijkspanning. Er wordt een LP3669 gebruikt voor het regelen van deze gelijkgerichte netspanning. Een LP15R045S stabiliseert de secundaire spanning op 5,0 Vdc.
De netspanning wordt ook via een tweede zware brug gelijkgericht en afgevlakt met twee elco's van 680 μF met een werkspanning van slechts 200 V. Deze zullen dus (hopelijk) in serie staan. Een AP8022 regelt de primaire gelijkspanning voor de hoofdvoeding. In dit systeem treffen wij een TL494 aan, een PWM-regelaar die de stabilisatie van de uitgangsspanning verzorgt. Op de hoofdprint zitten verder nog twee stuks LM358 dubbele op-amp's en een CY022 opto-coupler, die waarschijnlijk de galvanisch gescheiden terugkoppeling regelt voor het stabiliseren van de ingestelde spanning van de hoofdvoeding.
Aan de linker zijkant van de hoofdprint ziet u een diode uitsteken. Deze maakt contact met de koelplaat in is dus waarschijnlijk verantwoordelijk voor het op het juiste moment inschakelen van de ventilator.
Rechts boven ziet u twee 'draadbruggen'. Die vormen uiteraard de sensorweerstand die de geleverde stroom omzet in een kleine spanning voor het aansturen van de stroomregeling en de digitale stroommeter.

Detail-opname van de grote hoofdprint. (© 2021 Jos Verstraten)

Op de display-print, achter de frontplaat, zit een TM1640. Dat is een zeven-segment driver voor zestien display's die ongetwijfeld de twaalf LED-display's aanstuurt. Daarnaast vinden wij op dit printje een OP07, een vrij prijzige op-amp van Analog Devices met een zeer lage offset. De intelligentie van het apparaat zit in een N76E003AT20, een acht bit 16 MHz flash type microcontroller.

Conclusie
Het interne van deze SPS-H305 voeding maakt een uitstekende indruk. De zware onderdelen op de print zijn mechanische gestabiliseerd met kit. Er zijn slechts vier draadjes rechtstreeks op de print gesoldeerd. Alle overige verbindingen gaan via professioneel uitziende printconnectoren. Helaas zij die, om wat voor reden dan ook, met kit dicht gelijmd zodat het vrijwel onmogelijk is om de print uit het apparaat te verwijderen.

Het testen van de SPS-H305 van GVDA

De maximale spanning en stroom
Het door ons geteste exemplaar leverde een uitgangsspanning tot maximaal 31,017 V en een stroom tot maximaal 5,134 A.

Het meten van de aardingsweerstand
Die hebben wij gemeten via de Kelvin-methode met onze Fluke 8842A. De ene Kelvin-klem is verbonden met het aardingsgat in de netstekker, de tweede met de 4 mm GND banaanbus op de frontplaat. Wij meten een weerstand van 0,1885 Ω. Omdat dit veel meer is dan de gespecificeerde 20 mΩ herhalen wij de meting met onze ET4401 LCR-meter. Deze geeft een waarde aan van 0,1919 Ω.
Gemeten tussen de 4 mm banaanbus op de frontplaat en de aardingspen in het IEC C13 chassisdeel op de achterzijde van het apparaat meten wij respectievelijk 38,3 mΩ en 42,4 mΩ. Dat komt al meer in de buurt!

De koude start stabiliteit zonder belasting
Wij schakelen de onbelaste en koude SPS-H305 in en regelen de uitgangsspanning op 20,00 V. Wij meten de uitgangsspanning met onze Fluke 8842A. Na een half uur meten wij opnieuw en meten een spanningsverschil van slechts +12 mV.

Lang termijn stabiliteit onder belaste condities
De voeding wordt nadien belast tot een uitgangsstroom van 5 A en weer wordt het verloop van de uitgangsspanning in functie van de tijd gemeten. De resultaten zijn samengevat in de onderstaande tabel. De uitgangsspanning daalt met 85 mV ofwel met 0,42 %.

De lange termijn stabiliteit met maximale belasting.
(© 2021 Jos Verstraten)

De nauwkeurigheid van de ingebouwde voltmeter
De onbelaste voeding wordt ingeschakeld en een half uur opgewarmd. Nadien wordt de uitgangsspanning op gehele spanningen ingesteld met de twee potentiometers. De exacte waarde van de onbelaste uitgangsspanning wordt gemeten met de Fluke 8842A. De resultaten zijn samengevat in de onderstaande tabel.
Uit deze tabel blijkt dat de nauwkeurigheid vrij laag is voor de laagste spanningen, maar snel oploopt tot acceptabele waarden onder 0,2 %.

De nauwkeurigheid van de ingebouwde voltmeter.
(© 2021 Jos Verstraten)

De nauwkeurigheid van de ingebouwde ampèremeter
De voeding wordt aangesloten op de stroomingangen van de Fluke 8842A tot 2 Adc en nadien op deze van de Voltcraft VC650BT, die tot 10 Adc kan meten. Via de twee potentiometers wordt de geleverde stroom ingesteld op gehele waarden. De resultaten van deze test zijn samengevat in de onderstaande tabel. Ook nu geldt een vrij grote procentuele fout bij kleine stromen, die steeds kleiner wordt naarmate de geleverde stroom stijgt. Het lijkt wel alsof de meter een kleine offset vertoont die uiteraard steeds minder invloed krijgt als de gemeten stroom stijgt.

De nauwkeurigheid van de ingebouwde ampèremeter.
(© 2021 Jos Verstraten)

De ingangsstabiliteit van de uitgangsspanning
Deze parameter geeft een idee van de constantheid van de uitgangsspanning als de netspanning varieert. Wij hebben via een variac een tussen 250 Vac en 200 Vac variërende netspanning nagebootst en de constantheid van de op 20,00 V ingestelde uitgangsspanning gemeten als die met 5 A wordt belast. De resultaten zijn uitstekend, zie de onderstaande tabel.

De ingangsstabiliteit bij 20,00 V en 5 A. (© 2021 Jos Verstraten)

De uitgangsstabiliteit van de uitgangsspanning
Deze parameter definieert de constantheid van de uitgangsspanning als de voeding met diverse stromen wordt belast tussen nullast en vollast. Wij hebben deze parameter gemeten bij uitgangsspanningen van respectievelijk 5,00 V, 12,00 V en 30,00 V.
De resultaten zijn samengevat in de onderstaande tabel. Uit deze metingen kunt u de uitgangsweerstand van de voeding berekenen. Als de uitgangsspanning bijvoorbeeld met 0,14 V daalt (dat noemen wij ΔU) als de stroom stijgt van 0 A tot 5 A, dan kunt u met de wet van Ohm de uitgangsweerstand van de voeding berekenen. Deel die ΔU door het stroomverschil ΔI en u weet het! De uitgangsweerstand ligt dus gemiddeld op 27,4 mΩ.

De uitgangsstabiliteit bij drie verschillende spanningen. (© 2021 Jos Verstraten)

Opmerking over de indicatie van de spanning
De ingebouwde voltmeter meet niet de échte waarde van de uitgangsspanning, maar uitsluitend de ingestelde waarde. Als u de spanning bijvoorbeeld instelt tot het display 5,00 V aangeeft en u gaat de voeding belasten, dan blijft de voltmeter steeds 5,00 V aangeven, ook al daalt de reëel geleverde uitgangsspanning als gevolg van de stijgende belastingsstroom.



Ruis en rimpel op de uitgangsspanning
U kunt deze parameter op twee manieren meten: met een mV-meter die wisselspanning kan meten in een breed frequentiebereik en met de oscilloscoop. Het zal duidelijk zijn dat beide metingen nogal uiteenlopende resultaten te zien geven. De wisselstroommeter geeft immers gemiddelde of in het beste geval effectieve waarden weer, op de oscilloscoop wordt de focus gericht op de piekspanningen die de uitgangsspanning van de voeding ontsieren.
De eerste meting voeren wij uit met onze Philips PM 2454 analoge mV-meter die tot 2 MHz meet. De resultaten zijn samengevat in de onderstaande tabel. Ruis en rimpel zitten dus boven de specificatie die immers 'kleiner dan 10 mVrms' belooft.

De ruis en rimpel gemeten met een analoge mV-meter. (© 2021 Jos Verstraten)

Dramatischer wordt het verhaal als wij de oscilloscoop verbinden met de twee uitgangsbussen van de voeding, zie onderstaande foto's. U ziet links de ruis en rimpel op de uitgangsspanning van 5,00 V bij nullast en rechts bij vollast. Let op de gevoeligheidsinstellingen die niet identiek zijn! Op de ruis zitten dus bij vollast zowel positieve als negatieve pieken met een amplitude van meer dan 150 mV!

De ruis en rimpel gemeten met een oscilloscoop. (© 2021 Jos Verstraten)

De schakelfrequentie van de hoofdvoeding
Als wij het plaatje van de ruis even op een wat snellere tijdbasis snelheid zetten kunnen wij meten met welke frequentie de geschakelde voeding werkt. Dat is een beetje afhankelijk van de uitgangsspanning en de belastingsstroom, maar de schakelfrequentie ligt rond 950 kHz.

Meten van de schakelfrequentie van de voeding.
(© 2021 Jos Verstraten)

Gedrag bij kortsluiting
Wat gebeurt er als de voeding even wordt kortgesloten? Dat de uitgangsspanning opeens wegvalt is logisch. Interessanter is hoe de voeding zich gedraagt als de kortsluiting wordt opgeheven. Uit de onderstaande foto blijkt dat de SPS-H305 zich keurig gedraagt. De voeding was ingesteld op een uitgangsspanning van 12,00 V. Bij het verwijderen van de kortsluiting komt de uitgangsspanning binnen ongeveer 15 ms op de ingestelde waarde, zonder enige vorm van overshoot of andere vervelende verschijnselen.

Het kortsluitgedrag van de voeding. (© 2021 Jos Verstraten)

Gedrag bij dynamische belasting
Tot slot hebben wij onderzocht hoe de voeding zich gedraagt met een dynamische belasting met 2 A. Hiervoor belasten wij de voeding met een vermogenstransistor van het type 2N3055 met een vermogensweerstand van 10 Ω in de collectorkring. Bij een uitgangsspanning van 20,00 V wordt er dus ongeveer 2 A door de voeding geleverd. De basis wordt via een weerstand van 100 Ω gestuurd uit een TTL-compatibel signaal met een frequentie van 1 kHz. Uit de onderstaande foto volgt dat de uitgangsspanning (gele trace) met ongeveer 200 mV varieert. De blauwe trace geeft het TTL-signaal waarmee de 2N3055 wordt gestuurd.

Het dynamisch gedrag van de voeding. (© 2021 Jos Verstraten)

De 5 V USB uitgang

Stabiliteit van deze spanning
Zoals uit de onderstaande tabel volgt levert de USB-connector geen stabiele uitgangsspanning. Er zit een spannings-jitter op van ongeveer 80 mV. Echter, dat zullen de apparaten die u via deze connector voedt geen probleem vinden. 

De uitgangsspanning op de USB-connector.
(© 2021 Jos Verstraten)

Rimpel en ruis
Uiteraard hebben wij ook deze grootheid gemeten. De Philips mV-meter gaf een waarde aan die schommelde tussen 7 mV bij nullast tot 22 mV bij vollast. Op de oscilloscoop zien wij dat deze voeding heel anders geregeld wordt dan de hoofdvoeding. De rimpel is eerder driehoekvormig dan sinusoidaal. Maar ook op deze uitgang treffen wij behoorlijk grote pieken aan van meer dan 200 mV bij volle belasting met 2 A.

Het schakelresidu op de 5 V USB-voeding. (© 2021 Jos Verstraten)

Onze mening over de SPS-H305 van GVDA

Deze voeding is zorgvuldig ontworpen en goed gebouwd. Het instellen van zowel de spanning als de stroom op de gewenste waarde gaat, dank zij de twee potentiometers, snel en nauwkeurig. Wij missen echter een indicatie op de knoppen over de stand van de knop. Vooral op de knoppen van de twee fijninstellingen is dat een gemis. Deze moet u immers eerst in de middenstand zetten alvorens u met de groffe regeling de waarde van de uitgangsgrootheid ongeveer instelt op de gewenste waarde. Nadien gaat u bijregelen met de fijninstelling.
De nauwkeurigheid van de twee meters is goed genoeg. Ook de in- en uitgangsstabiliteit is voor hobby-werk uitstekend te noemen.
Het rendement van de voeding is blijkbaar zo hoog dat, zelfs bij maximale belasting, er zo weinig warmte wordt gegenereerd dat de ventilator maar af en toe even moet draaien. Dat is een geluk, want het eerste punt van kritiek is dat deze ventilator nogal luidruchtig is.
Het meer ernstige tweede punt van kritiek is dat de voeding wel wat teveel schakelresidu op de uitgang produceert. Dat had een factor vijf kleiner gemoeten!


(Bol.com sponsor advertentie)
Velleman componententester kit K8115