|
Met deze kleine power-booster kunt u uit een goedkope 5 V powerbank een voedingsspanning van 12 Vdc afleiden. Volgens de fabrikant kan het kastje 1 A leveren en dat voor een prijs van nog net geen drie euro.
|
Kennismaking met de USB Boost Cable
Mobiele 12 V voedingsspanning
Als u uw 12 Vdc apparatuur mobiel wilt voeden en u hebt geen auto-accu in de buurt, moet u een beroep doen op vrij prijzige 12 V powerbanks. En dit terwijl soortgenoten die 5 V leveren voor een habbekrats te koop zijn! Als dus een fabrikant op de idee komt een power-booster te ontwikkelen die uit de 5 V gelijkspanning van een USB powerbank een gelijkspanning van 12 V kan afleiden en zo'n apparaat voor nog geen drie euro op de markt brengt, triggert dit onze nieuwsgierigheid. Bovendien beweert de fabrikant dat het apparaatje niet minder dan 1 A stroom kan leveren.
De USB Boost Cable
Het apparaatje waar het over gaat wordt merkloos op de markt gebracht en door de bekende Chinese postorderleveranciers onder diverse omschrijvingen zoals 'USB Boost Cable' aangeboden. U kunt het gemakkelijk in Google terugvinden met zijn Stock Keeping Unit code SKU876189. Het apparaatje is slechts 5 cm bij 3 cm bij 1,5 cm groot en heeft aan de ene kant een 20 cm lang kabeltje met een USB-A connector en aan de andere kant een 80 cm lange kabel met een standaard 5,5/2,1 mm voedingsconnector. De positieve pool zit aan de binnenste pen, zoals dat door de meeste 12 V apparaten wordt geëist.
 |
| De 5 Vdc naar 12 Vdc power-booster. (© Banggood) |
Zelfs Chinezen kunnen voor € 2,97 niet erg veel leveren. Gelukkig is de behuizing met hamer en beitel vrij gemakkelijk te openen. Intern zit een klein printje met slechts negen componenten. Het absolute minimum voor het ontwerpen van een 'boost step up' omvormer.
 |
| Het kleine printje in de power-booster. (© 2018 Jos Verstraten) |
Met wat reverse engineering en de hulp van Google is het niet moeilijk het schema van de booster te reconstrueren. Hart van de schakeling is de spoel L1, die door een MOSFET onder commando van de regelchip met een hoge frequentie wordt in- en uitgeschakeld. De elektromagnetische energie die op deze manier in de spoel wordt opgebouwd uit zich onder de vorm van een tegenspanning over de spoel. Deze spanning staat in serie met de ingangsspanning en de som van beide spanningen vormt de 12 V uitgangsspanning. Uiteraard is er nog een diode nodig om het terugvloeien van de lading van C2 naar de ingang te voorkomen.
Vanwege de hoge schakelsnelheden die worden gebruikt komt hiervoor alleen een snelle schottky-diode in aanmerking. Via de weerstandsdeler R1/R2 meet de chip de waarde van de uitgangsspanning en neemt maatregelen als deze afwijkt van 12 V. Tot slot valt de thermische zekering op, die ingesteld staat op een temperatuur van 200 °C en de uitgang afschakelt als het geheel te heet wordt.
 |
| Het gereconstrueerde schema van de power-booster. (© 2018 Jos Verstraten) |
Alleen de zon gaat voor niets op, dus als u een apparaatje hebt dat 12 W levert (12 V bij 1 A), dan moet u dat vermogen ook in de ingang pompen. U moet er dus rekening mee houden dat de 5 V powerbank in staat moet zijn 12 watt gedeeld door 5 volt is gelijk aan 2,4 ampère te leveren. U mag bovendien niet vergeten dat ieder apparaat een rendement heeft dat lager is dan 100 %. Een powerbank met een maximale uitgangsstroom van 2,5 A is dus aan te bevelen.
De USB Boost Cable op de testbank
Eerste test met een laboratorium voeding
Omdat er geen powerbank met een stroomcapaciteit van 2,5 A in ons lab aanwezig is, hebben wij de eerste test uitgevoerd met een op 5,00 V ingestelde laboratoriumvoeding, die 3 A kan leveren. De in- en uitgangen van de power-booster worden afgesloten met elco's van 470 μF. Zowel onze lab-voeding als het apparaatje zélf werken immers met schakeltechnieken en deze kunnen grote piekstromen in de kabels tot gevolg hebben, die met deze elco's worden afgevlakt. De resultaten van deze eerste test zijn samengevat in onderstaande tabel en zijn indrukwekkend. Tussen nullast en een belastingsstroom van 850 mA zakt de uitgangsspanning van 12,29 V tot 12,09 V. Deze spanningsdaling van 0,2 V wijst op een inwendige weerstand van slechts 0,23 Ω. Bij 850 mA uitgangsstroom nam de power-booster een ingangsstroom van 2,99 A op. Bij een hogere belastingsstroom sloeg de stroombegrenzing van onze labvoeding aan, dus tot de gespecificeerde 1 A konden wij helaas niet meten.
 |
| De uitgangsspanning en ingangsstroom in functie van de uitgangsstroom. (© 2018 Jos Verstraten) |
Zoals reeds geschreven gaat alleen de zon voor niets op. Deze power-booster doet iets en daarvoor moet hij energie verbruiken. Deze energie kan geconcretiseerd worden door het vermogen dat in het apparaat verloren gaat. Dit vermogen noemt men het 'verliesvermogen' en zoals uit onderstaand grafiek blijkt is dit nogal afhankelijk van de geleverde stroom.
De stroom die de power-booster verbruikt zonder vermogen te leveren bedraagt slechts 12 mA, te verwaarlozen dus. Bij een belastingsstroom van 850 mA gaat er 4,68 W verloren in de power-booster. Het zal u dan ook niet verbazen dat de opwarming van de booster te verwaarlozen is. Zelfs na uren belasting met 850 mA wordt de module niet meer dan handwarm.
 |
| Het verliesvermogen in functie van de uitgangsstroom. (© 2018 Jos Verstraten) |
De module werkt volgens het 'boost step up' principe, waarbij gebruik wordt gemaakt van een hoogfrequent werkende halfgeleiderschakelaar om de energie die in de spoel wordt opgeslagen over te dragen op een uitgangscondensator. Dergelijke schakelingen hebben altijd hoogfrequente ruis op de uitgangsspanning, een residu van de schakelfrequentie. Uit onderstaand oscillogram blijkt dat ook deze DC/DC-omvormer daar last van heeft. Wat u ziet is de HF-ruis bij een belastingsstroom van 850 mA. Uit de cursormetingen blijkt dat de schakelfrequentie vrij hoog is, namelijk 389 kHz. De stoorpulsen zélf hebben een frequentie van ongeveer 20 MHz en een top-top-top waarde van ongeveer 800 mV.
 |
| De HF stoorpulsen op de uitgangsspanning bij 850 mA. (© 2018 Jos Verstraten) |
U hebt ongetwijfeld een nest vol 5 V netadapters verzameld en het is de moeite waard om te onderzoeken of u deze adapters als ingang voor deze USB Boost Cable kunt gebruiken. De meeste spotgoedkope adapters die bij apparatuur worden geleverd, hebben echter een stroomcapaciteit van slechts 1 A.
Het ligt dus voor de hand te verwachten dat u maximaal ongeveer 500 mA uit de 12 V booster kunt trekken. Dat klopt inderdaad, zie onderstaande tabel, waar wij de 12 V booster hebben gevoed uit de P.SUP.USB401 'Travel Charger' van HQ. Deze levert 5 Vdc bij 1 A. Bij een belasting van meer dan 500 mA zakt de uitgangsspanning van de P.SUP.USB401 volledig in elkaar en is er geen bruikbare spanning uit de 12 V power-booster te halen. Echter, tot een stroom van 0,5 A werkt het systeem uitstekend en op deze manier kunt u dus een goedkope netvoeding maken voor uw niet veel stroom trekkende 12 V apparatuur.
 |
| De uitgangsspanning als u de booster voedt uit een standaard 1 A USB-netadapter. (© 2018 Jos Verstraten) |
Conclusie
Het zal duidelijk zijn, deze spotgoedkope power-booster komt met vlag en wimpel door onze tests. Als u draagbare apparatuur hebt die u onderweg uit 12 V moet voeden, dan kunnen wij u de combinatie van een 5 V powerbank met deze USB Boost Cable van harte aanbevelen.
USB Boost Line Power Supply 5V To 12V
