Regulovateľný zdroj GVDA SPS-H305, 30 V a 5 A

Pridal Elektrolab 31.03.2021

1215 zobrazení

Pri motaní sa na predajných stránkach Aliexpress som narazil na tento laboratórny zdroj, pretože zdrojov nikdy nie je dosť od úplne (mne) neznámej značky GVDA. Jeho cena je dobrá, zariadenie vyzerá pekne a aj technické parametre, ktoré sú udávané výrobcom vyzerajú celkom dobre. Je preto na mieste pozrieť sa naň z blízka.

Regulovateľný zdroj GVDA SPS-H305, 30 V a 5 A si môžte kúpiť na tomto odkaze - klikni (Aliexpress)

Hľadá sa výrobca

GVDA sa ukazuje byť obchodnou značkou Shenzhen Kuaiqu Electronic Co., domácej čínskej spoločnosti, ktorá bola založená v roku 2000. Táto značka ešte nie je na internete až tak rozšírená a konkrétne tento typ je v súčasnosti k dispozícii na predaj iba prostredníctvom AliExpress. Až bude na stránkch Banggood, tak doplním odkaz. Kompletný výrobný program tohto výrobcu nájdete na www.nice-power.com.cn.

Cena a obsah balenia SPS-H305

Tento regulovateľný zdroj je aktuálne ponúkaný iba prostredníctvom AliExpressu za cenu 56.43 € s dodávkou do týždňa z belgického skladu. Za rovnakú cenu je k dispozícii aj jeho čierna verzia. Je veľmi dobré, že je v európskom sklade, nakoľko vám odpadnú starosti s preclievaním. Napájací zdroj je dodávaný v pevnej kartónovej krabici a je v ňom dobre chránený pomocou polystyrénových blokov. Okrem samotného zdroja v balení nájdete aj dva robustné flexibilné káble (ale s PVC) s dĺžkou 100 cm a banánovou zástrčkou na jednej strane a kroko svorkou na druhej strane. Napájací kábel má dĺžku 130 cm s uzemnenou zástrčkou a konektorom IEC C13. Je pribalená aj malá užívateľská príručka v anglickom jazyku o 16tich stranách.

Obsah balenia zdroja SPS-H305

Vzhľad SPS-H305

Napájací zdroj je umiestnený v peknom plochom kovovom kryte, ktorý je široký 25.2 cm a vysoký iba 8.4 cm. Iba predná doska je vyrobená z plastu. Hĺbka je 17.0 cm a hmotnosť je 1.4 kg. Zariadenie na svojich štyroch gumených nožičkách pekne zapadá do zostavy medzi všetky druhy iného vybavenia.
Na prednom panely je dominantou trojica 4-miestnych LED displejov s výškou číslic 10 mm a jasne červeným vzhľadom. Tento napájací zdroj v skutočnosti nemá iba displeje pre dodávané napätie a prúd, ale tiež zobrazuje aj dodávaný výkon, ktorý sa zobrazuje na treťom (strednom) displeji.
Za zmienku stojí aj to, že tento napájací zdroj má na prednej strane 5 V USB konektor, cez ktorý je možné odoberať maximálne 2 A.

1	Hrubá regulácia výstupného prúdu	6	Výstupná svorka 4mm pre -
2	Sieťovy vypínač	7	Hrubá regulácia výstupného napätia
3	Jemná regulácia výstupného prúdu	8	Výstupná uzemnená svorka 4 mm GND
4	USB 5V / 2A max.	6	Výstupná svorka 4 mm pre +
5	Zsružený displej pre meranie U, I, W	10	Jemná regulácia výstupného napätia

Odtokový otvor zabudovaného ventilátora

Zásuvka IEC C13 so zabudovanou poistkou 3.15 A

Technické špecifikácie SPS-H305

Podľa výrobcu zariadenie spĺňa nasledujúce špecifikácie:

Sieťové napätie: 220 V_ac ± 10%
Výstupné napätie: 0 ~ 30.00 V_dc
Rozlíšenie nastavenia napätia: 10 mV
Stabilita vstupného napätia: 0.05% ± 1 mV
Stabilita výstupného napätia: 0.1% ± 1 mV
Dlhodobá stabilita napätia: 0.1% ± 3 mV
Zvlnenie napätia a šum: menej ako 10 mV_rms
Výstupný prúd: 0 ~ 5 A_dc
Rozlíšenie prúdového nastavenia: 1 mA
Stabilita výstupného prúdu: 0.1% ± 10 mA
Výstupný výkon: 150 W max.
Rozlíšenie merania výkonu: 1 mW ~ 0.1 W.
Pdpor uzemnenia: menej ako 20 mΩ
Presnosť digitálneho merania: 1.0% ± 2 číslice
Nadprúdová ochrana (CC)
Ochrana proti prehriatiu
Ochrana proti nadmernému napájaniu (CV).

Čo je pod krytom

Kryt zdroja sa skladá zo základne v tvare písmena U, ktorá obsahuje elektroniku, a veka v tvare písmena U, ktoré sú navzájom zoskrutkované. Po odstránení šiestich skrutiek môžete vidieť elektroniku tohto napájacieho zdroja. Ako ukazujú dve fotografie nižšie, nie je to až také sklamanie. Celé vnútro vyzerá úhľadne zostavené. Všetky spájkované vodiče, ktoré vedú sieťové napätie, sú zakončené zmršťovacou bužírkou. Pod celou hlavnou DPS je veľká hliníková chladiaca doska, na ktorej sú izolovane pripojené všetky polovodiče určené na chladenie. Využíva sa chladenie vzduchovými medzerami v spodnej časti a v dvoch bočných stenách krytu a samozrejme aj ventilátorom, ktorý je spínaný podľa teploty.

Pohľad pod kryt zdroja. Musím povedať, že sa jedná o kvalitne odvedenú prácu.

Zarážajúci je však spôsob, akým sa výrobca vysporiadal s uzemnením celého zariadenia. Uzemňovací kolík sieťovej zásuvky IEC C13 na zadnej strane krytu je pripojený veľmi krátkym vodičom k jednému z kovových stĺpikov, ktoré držia PCB v kryte. GND zásuvka na čelnej doske je spojená rovnakým spôsobom s ďalším kovovým dištančným stĺpikom. Zemný odpor je špecifikovaný menej ako 20 mΩ, a to by mohol byť prípad takéhoto spôsobu uzemnenia. Ale samozrejme sa na to pozriem bližšie.

Hlavná PCB

Na fotografii nižšie je detailne zobrazená hlavná PCB zdroja. V jej spodnej časti je sieťové napätie dodávané na PCB červeným a čiernym vodičom. K dispozícii je primárny sieťový filter a vľavo dole zreteľne vidíte dva veľké vysokonapäťové elektrolytické kondenzátory, ktoré vyhladzujú usmernené sieťové napätie.
Tu je zrejmé, že napájací zdroj 5 V USB je úplne oddelený od zvyšku elektroniky. Elektroniku tohto zdroja nájdete vpravo dole na doske plošných spojov. Za mostíkovým usmerňovačom pre sieťové napätie tvoria primárne jednosmerné napätie dva kondenzátory 10 μF/400 V. Na riadenie tohto usmerneného sieťového napätia sa používa LP3669. LP15R045S stabilizuje sekundárne napätie na 5,0 Vdc.
Sieťové napätie je tiež usmerňované cez druhý masívny usmerňovací mostík a výsledné napätie je vyhladené dvoma elektrolytickými kondenzátormi s veľkosťou 680 μF s prevádzkovým napätím iba 200 V. Budú asi zapojené (dúfam) v sérii. AP8022 riadi primárne jednosmerné napätie pre hlavný napájací zdroj. V tomto zapojení nájdeme TL494, čo je PWM regulátor, ktorý poskytuje stabilizáciu výstupného napätia. Hlavná doska obsahuje aj dva duálne operačné zosilňovače LM358 a optočlen CY022, ktorý pravdepodobne riadi galvanicky oddelenú spätnú väzbu na stabilizáciu nastaveného napätia hlavného napájacieho zdroja. Na ľavej strane hlavnej dosky uvidíte vyčnievajúcu diódu. Tá je upevnená na chladič, a je preto pravdepodobne zodpovedné za zapnutie ventilátora v pravý čas.
Vpravo hore uvidíte dva "drôtené rezistory". Prirodzene tvoria odpor snímača, ktorý prevádza dodávaný prúd na malé napätie na riadenie merania prúdu a digitálny merač prúdu.

Detail hlavnej dosky zdroja.

Na PCB displeja je osadený TM1640. Jedná sa o sedemsegmentový radič pre LED displej. Okrem toho na tejto PCB nájdeme OP07, čo je pomerne drahý operačný zosilňovač od Analog Devices s veľmi nízkym ofsetom. Velé to dokopy ovláda N76E003AT20, čo je osembitový 16 MHz mikrokontrolér s pamäťou typu flash.

Záver

Interné zapojenie zdroja SPS-H305 robí vynikajúci dojem. Ťažšie komponenty na DPS sú mechanicky stabilizované tmelom. Iba štyri vodiče sú spájkované priamo na doske plošných spojov. Všetky ostatné pripojenia prechádzajú cez rozoberateľné konektory na PCB. Bohužiaľ, z nepochopiteľného dôvodu sú zlepené tmelom, takže je prakticky nemožné ich bez poškodenia odstrániť - nakoľko tmel drží ozaj veľmi dobre.

Testovanie SPS-H305 od GVDA

Maximálne napätie a prúd

Zdroj, ktorž som testoval, poskytovala výstupné napätie až 31.017 V a prúd až 5.134 A.

Meranie odporu zemniaceho vodiča

Zmeral som ho pomocou Kelvinovej metódy s prístrojom Fluke 8842A, nkoľko som predpokladal jeho veľmi malú hodnotu. Jeden terminál je pripojený k uzemňovaciemu kolíku v sieťovej zástrčke, druhý k 4mm GND zásuvke na prednej strane zdroja. Nameraný odpor bol v tomto prípade 0.1885 Ω. Pretože je to oveľa viac ako stanovených 20 mΩ, opakoval som meranie s ET4401 LCR. Ten nameral hodnotu 0.1919 Ω. Ďalšie meranie bolo vykonané medzi 4 mm zásuvkou na prednej doske a uzemňovacím kolíkom v zásuvke sieťového konektora IEC C13 na zadnej strane zariadenia, s nameranou hodnotou 38.3 mΩ, respektíve 42.4 mΩ.

Stabilita pri studenom štarte bez zaťaženia

Zapol som zdroj naprázdno bez zaťaženia a výstupné napätie som nastavil na hodnotu 20.00 V. Toto výstupné napätie som zmeral a po 30tich minútach opäť premeral. Nameraný rozdiel napätia bol iba +12 mV.

Dlhodobá stabilita zdroja s pripojenou záťažou

Napájací zdroj bol zaťažený výstupným prúdom 5 A a zmeria sa priebeh výstupného napätia vo vzťahu k času. Výsledky sú zhrnuté v nasledujúcej tabuľke. Výstupné napätie poklesne o 85 mV alebo 0.42%.

Počet minút po začiatku merania	Odchylka napätia pri 20V / 5A
---	19.891 V
1	19.890 V
2	19.892 V
3	19.893 V
4	19.894 V
5	19.894 V
10	19.897 V
20	19.900 V
30	19.905 V
60	19.806 V

Presnosť zabudovaného voltmetra

Nezaťažený zdroj sa zapne a zahrieva sa pol hodiny. Potom sa pomocou dvoch potenciometrov nastaví výstupné napätie na úplné napätie. Presná hodnota výstupného napätia naprázdno sa meria s pomocou Fluke 8842A. Výsledky sú zhrnuté v nasledujúcej tabuľke.
Táto tabuľka ukazuje, že presnosť je pri najnižších napätiach dosť nízka, ale rýchlo sa zvyšuje na prijateľné hodnoty pod 0.2%.

Nastavené napätie	Merané napätie pri nulovom zaťažení	Percentuálna odchylka %
1.00 V	1.0374 V	3.60 %
2.00 V	2.0217 V	1.07 %
3.00 V	3.0418 V	1.37 %
4.00 V	4.0281 V	0.69 %
5.00 V	5.0488 V	0.96 %
10.00 V	10.023 V	0.23 %
15.00 V	15.015 V	0.10 %
20.00 V	20.018 V	0.10 %
25.00 V	24.996 V	0.16 %
30.00 V	30.013 V	0.04 %

Presnosť zabudovaného ampérmetra

Napájací zdroj je pripojený k prúdovým vstupom prístroja Fluke 8842A až do 2 A_dc a potom k vstupom Voltcraft VC650BT, ktorý môže merať prúd až do 10 A_dc. Odoberaný prúd sa nastavuje na celé čísla pomocou dvoch potenciometrov. Výsledky tohto testu sú zhrnuté v nasledujúcej tabuľke. Aj teraz existuje pomerne veľká percentuálna chyba pre malé prúdy, ktorá sa s pribúdajúcim odoberaným prúdom zmenšuje a zmenšuje. Zdá sa, akoby merač vykazoval malé posunutie, ktoré má samozrejme čoraz menší vplyv pri zvyšovaní nameraného prúdu.

Nastavený prúd A	Meraný prúd	Percentuálna odchylka %
100 mA	106.53 mA	6.12 %
200 mA	206.12 mA	2.97 %
300 mA	306.82 mA	2.22 %
400 mA	405.44 mA	1.34 %
500 mA	509.68 mA	1.90 %
600 mA	608.66 mA	1.42 %
700 mA	710.14 mA	1.43 %
800 mA	805.91 mA	0.73 %
900 mA	910.77 mA	1.18 %
1.000 mA	1.008.54 mA	0.85 %
2.000 mA	2.008 mA	0.40 %
3.000 mA	3.008 mA	0.26 %
4.000 mA	4.007 mA	0.17 %
5.000 mA	5.013 mA	0.26%

Stabilita výstupného napätia vo vzťaku k vstupnému napätiu

Tento parameter poskytuje predstavu o stálosti výstupného napätia, keď sa mení sieťové napätie. Simuloval som pomocou variaku sieťové napätie v rozmedzí od 250 do 200 V_ac, a meral som konštantnosť výstupného napätia nastaveného na 20.00 V pri zaťažení 5 A. Výsledky sú vynikajúce, pozri tabuľku nižšie.

Vstupné napätie AC	Namerané výstupné napätie pri 20V/ 5A
250 V_eff	20.007 V
240 V_eff	20.006 V
230 V_eff	20.005 V
220 V_eff	20.006 V
210 V_eff	20.006 V
200 V_eff	20.006 V

Výstupná stabilita výstupného napätia

Tento parameter definuje stálosť výstupného napätia, keď je napájací zdroj zaťažený niekoľkými prúdmi medzi žiadnym a úplným zaťažením. Tento parameter som nameral pri výstupných napätiach 5.00 V, 12.00 V a 30.00 V.
Výsledky sú zhrnuté v nasledujúcej tabuľke. Z týchto meraní môžete vypočítať výstupný odpor napájacieho zdroja. Napríklad, ak výstupné napätie klesne o 0.14 V (hovoríme tomu ΔU), keď prúd stúpne z 0 A na 5 A, potom môžete pomocou Ohmovho zákona vypočítať výstupný odpor napájacieho zdroja. Vydeľte toto ΔU aktuálnym rozdielom ΔI a poznáte výsledok. Výstupný odpor je teda v priemere 27.4 mΩ.

Záťažový prúd A	Nastavené výstupné napätie 5V	Nastavené výstupné napätie 12V	Nastavené výstupné napätie 30V
---	5.0420 V	12.0307 V	30.050 V
200 mA	5.0344 V	12.0253 V	30.044 V
400 mA	5.0286 V	12.0201 V	30.037 V
600 mA	5.0229 V	12.0150 V	30.032 V
800 mA	5.0172 V	12.0098 V	30.025 V
1.000 mA	5.0114 V	12.0049 V	30.019 V
2.000 mA	4.9829 V	11.9800 V	29.987 V
3.000 mA	4.9542 V	11.9551 V	29.959 V
4.000 mA	4.9254 V	11.9303 V	29.927 V
5.000 mA	4.8962 V	11.9054 V	29.910 V
ΔU -> R_i	0.1458 V -> 0.029 Ω	0.1253 V -> 0.025 Ω	0.1400 V -> 0.028 Ω

Poznámka k indikácii napätia

Zabudovaný voltmetr nemeria skutočnú hodnotu výstupného napätia, ale iba nastavenú hodnotu. Napríklad, ak nastavíte napätie, kým sa na displeji nezobrazí 5.00 V a nezaťažíte napájací zdroj, voltmetr bude naďalej zobrazovať 5.00 V, aj keď skutočné dodávané výstupné napätie klesá v dôsledku zvyšujúceho sa zaťažovacieho prúdu.

Šum a zvlnenie výstupného napätia

Tento parameter môžete merať dvoma spôsobmi: pomocou mV metra, ktorý dokáže merať striedavé napätie v širokom frekvenčnom rozsahu, alebo pomocou osciloskopu. Bude však zrejmé, že obe merania vám ukážu celkom odlišné výsledky. Koniec koncov, merač striedavého prúdu zobrazuje priemerné alebo v lepšom prípade stredné hodnoty, no osciloskop sa zameriava na špičkové napätie, ktoré ovplyvňuje výstupné napätie napájacieho zdroja.
Prvé meranie vykonávame pomocou analógového mV metra Philips PM 2454, ktorý meria až 2 MHz. Výsledky sú zhrnuté v nasledujúcej tabuľke. Šum a zvlnenie sú preto nad špecifikáciou, ktorá koniec koncov sľubuje "menej ako 10 mV_rms".

Záťažový prúd A	Šum pri 5 V	Šum pri 12 V	Šum pri 30 V
---	1.85 mV_eff	3.70 mV_eff	6.90 mV_eff
1 A	11.2 mV_eff	10.0 mV_eff	9.50 mV_eff
2 A	12.0 mV_eff	11.2 mV_eff	10.0 mV_eff
3 A	12.0 mV_eff	11.6 mV_eff	14.8 mV_eff
4 A	12.0 mV_eff	11.0 mV_eff	16.0 mV_eff
5 A	12.0 mV_eff	11.0 mV_eff	16.2 mV_eff

Príbeh sa však stane dramatickejším, keď pripojíme osciloskop k dvom výstupným zásuvkám napájacieho zdroja, pozri obrázky nižšie. Vľavo môžete vidieť šum a zvlnenie výstupného napätia 5.00 V pri nezaťaženom stave a vpravo pri plnom zaťažení. Dajte pozor na nastavenia citlivosti, ktoré nie sú identické! Šum má preto pozitívne aj negatívne vrcholy s amplitúdou viac ako 150 mV pri plnom zaťažení!

Spínacia frekvencia hlavného napájacieho zdroja

Ak nastavíme obraz šumu na o niečo vyššiu rýchlosť základnej časovej základne, môžeme zmerať, na akej frekvencii pracuje spínaný zdroj. To trochu závisí od výstupného napätia a zaťažovacieho prúdu, ale spínacia frekvencia je okolo 950 kHz.

Správanie sa zdroja v prípade skratu

Čo sa stane, ak dôjde k skratu na výstupe zdroja? Je logické, že výstupné napätie náhle vypadne. Zaujímavejšie je, ako sa správa zdroj, keď je skrat odstránený. Nasledujúca fotografia ukazuje, že sa SPS-H305 správa veľmi dobre. Napájací zdroj bol nastavený na výstupné napätie 12.00 V. Pri odstránení skratu dosiahne výstupné napätie nastavenú hodnotu v priebehu asi 15 ms bez toho, aby došlo k jeho prekročeniu alebo iným nepríjemným javom.

Správanie sa zdroja pri dynamickom zaťažení

Nakoniec sa treba pozrieť aj na to, ako sa napájací zdroj správa pri dynamickom zaťažení 2 A. Na tento účel zaťažíme napájací zdroj výkonovým tranzistorom typu 2N3055 (alebo KD503) s výkonovým odporom 10 Ω na kolektore. Takže pri výstupnom napätí 20.00 V je zdrojom napájania približne 2 A. Báza je napájaná cez 100 Ω rezistor zo signálu kompatibilného s TTL s frekvenciou 1 kHz. Z fotografie nižšie vyplýva, že výstupné napätie (žltá stopa) sa líši asi o 200 mV. Modrá stopa predstavuje signál TTL používaný na riadenie 2N3055 (alebo KD503).

Výstup 5 V USB

Stabilita tohto napätia

Ako je uvedené v nasledujúcej tabuľke, konektor USB neposkytuje stabilizované výstupné napätie. Kolísanie tohoto napätia je približne 80 mV. Zariadenia, ktoré budte napájať cez tento konektor, však tento problém nezistia.

Záťažový prúd	Napätie na výstupe
---	5.089 V
200 mA	5.017 V
400 mA	5.043 V
600 mA	5.053 V
800 mA	5.055 V
1.000 mA	5.046 V
1.200 mA	5.041 V
1.400 mA	5.029 V
1.600 mA	5.050 V
1.800 mA	5.075 V
2.000 mA	5.099 V

Zvlnenie a šum

Samozrejme tak ako pri majoritnej časti zdroja, tak sa meral tento parameter aj tu. Merač Philips mV indikoval hodnotu, ktorá sa pohybovala medzi 7 mV pri žiadnom zaťažení a 22 mV pri plnom zaťažení. Na osciloskope vidíme, že tento napájací zdroj je regulovaný veľmi odlišne od hlavného napájacieho zdroja. Zvlnenie je skôr trojuholníkové než sínusové. Ale aj na tomto výstupe nájdeme dosť veľké špičky viac ako 200 mV pri plnom zaťažení 2 A.

Názor na SPS-H305 od GVDA

Tento zdroj napájania bol veľmi dobre navrhnutý a aj správne zostavený. Nastavenie napätia aj prúdu na požadovanú hodnotu je rýchle a presné vďaka dvojici potenciometrov. Chýba mi však indikátor na "koliesku" o jeho polohe. To je nedostatok, najmä pokiaľ ide o kolieska dvojice jemných nastavení. Nakoniec to musíte najskôr tak, že potenciometer nastavíte do strednej polohy, až potom pomocou kolieska pre hrubé nastavenie nastavíte hodnotu výstupnej premennej približne na požadovanú hodnotu. Potom môžete vykonať jemné doladenie.
Presnosť meradiel pre napätie a prúd je dosť dobrá. Stabilita vstupu a výstupu je vynikajúca pre väčšinu činností, kde budete potrebovať zdroj.
Účinnosť zdroja je zjavne veľmi vysoká, pretože aj pri maximálnom zaťažení vzniká veľmi málo stratového tepla, takže ventilátor musí bežať iba krátkodobo.
Závažnejším problémom je však fakt, že napájací zdroj produkuje na výstupe príliš veľa zvyškov vznikajúcich spínaním, čo je však bežný jav pre túto kategóriu napájacích zdrojov.