středa 8. října 2014

Výroba plošných spojů doma i venku

Když mi bylo -náct, vyráběl jsem podomácku plošné spoje různými postupy, ale všechny jsem je bohužel od té doby zapomněl. Zkoušel jsem tehdy lak, fix, jakýsi asfalt, vosk, frézku a jiné podivnosti, ale detaily odvál čas. Proto když jsem se k pájení po čtvrtstoletí vrátil, dlouho jsem se vyhýbal tvorbě plošných spojů (jelikož jsem nevěděl jak na to).
Můj stereofonní zesilovač i s vyleptaným letopočtem...
Všechny své nové výrobky jsem se místo toho snažil stavět na univerzálních destičkách, kdy jsem vývody součástek propojoval drátky místo vyleptanými/vybroušenými měděnými cestičkami. Vznikly tak i docela komplikované zapojení s kolikrát až vícevrstvými spoji (stále mluvím o těch drátkách), které mi teď doma řídí různé klíčové procesy jako například vytápění domu, měření teploty v bazénu či odjezdy autobusů. Čili je to funkční a spolehlivé, ale docela málo estetické:

nejmenovaný výrobek s místy až trojvrstvými spoji
Nakonec mě ale plošné spoje přece jen doběhly. Začal jsem totiž koketovat s USB a na to jsem potřeboval připojit k elektronice mini USB konektor. A ten už na univerzální destičce připájet nijak rozumně nejde. Takže jsem vybaven teorií od +Ondřej Caletka na jaře 2014 vyrobil podomácku svůj první plošný spoj v tomto století, a s úlevou jsem musel konstatovat, že to nebylo zas tak těžké/hrozné. Co k tomu bylo potřeba? Především program pro návrh plošných spojů, pak technologie převodu plošného spoje z obrazovky na kuprextit (viz níže) a pak už zbývalo desku jen vyleptat a vyvrtat.
Mini-USB konektor vyžaduje plošný spoj na míru
Program pro návrh plošných spojů mi pomohl vybrat +Ctirad Feřtr, který mi to vysvětlil politicky zhruba následovně: všichni navrhují plošné spoje v programu Eagle, který ale není svobodný a navíc je docela dost drahý. Můžeš si v něm sice navrhnout malou destičku (10x8 cm) v jakési Freeware Edition (bez zaplacení), ale jakmile se v něm naučíš a začneš chtít víc než dvojvrstvou nebo malou desku, narazíš na limity toho "demo režimu" a musíš si draze koupit plnou verzi. Proto rovnou začni v něčem jiném, nejlépe svobodném, ať se nenaučíš dělat v něčem, co tě pak bude jen omezovat.

Tomuto jevu (umět ovládat jen jeden program na danou věc, např. Corel, Word, Photoshop, ...) se říká vendor lock-in, buduje ho v lidech už naše (v tomto zcela prohnilé) školství a pak se lidi diví, že mají v práci i doma zavirované Windowsy (ať už zaplacené či ne) místo pohody s jakýmkoliv jiným operačním systémem. Případně skučí, že na Linux přejít nemůžou, protože tam není ten jediný program, který oni zrovna umí ovládat. Jako dlouholetý uživatel především svobodného software jsem si proto z dostupných svobodných (takže i zadarmo) možností rychle zvolil KiCad a jal se ho učit.
KiCad umí vizualizovat hotovou desku v 3D
KiCad EDA je velmi mocný a komplexní nástroj, nebo spíš celá sada nástrojů, a ze všech tutoriálů, které jsem o něm přečetl, rád doporučím především následující:
Ještě musím speciálně zmínit, jak úspěšně tisknout z KiCadu na papír, protože jsem to dlouho ladil, tak ať ušetřím čas čtenářům. Nejdřív je potřeba buďto Export do SVG, nebo Plot do SVG a správně navolit možnosti, především tedy zrcadlově otočit, pokud tiskneme horní stranu dvouvrstvého plošného spoje. Pokud tiskneme spodní stranu nebo častěji prostě jen jednostranný plošný spoj, není nutno tisk  zrcadlově otáčet, protože se to otočení provede při přenosu předlohy na měď, viz níže. Při Export to SVG je důležité mít SVG Page Size nastaveno na “Current page size”, jinak ztratíme měřítko. Samozřejmě to předpokládá mít správně nastavenou velikost stránky v Soubor->Page Settings.

Potom, v Ubuntu 12.04 výchozí prohlížeč obrázků Eye Of Gnome tiskne SVG o 6 % menší, než by měl, takže je potřeba to SVG předem zkonvertovat do PDF přes program Inkscape, takto:

$ inkscape --without-gui --export-pdf=foo.pdf foo.svg

Výsledné PDF už pak výchozí PDF prohlížeč v GNOME (Evince) vytiskne přesně a správně.
Jakmile máme plošný spoj hotový a na obrazovce i na papíře vypadá nádherně, je potřeba ho přenést na měď kuprextitu. Na to mi Ondřej doporučil nečekaně funkční postup, který je velmi dobře popsán v následující odkazu. Jen prozradím, že hlavní roli hraje lepicí papír, žehlička a laserová tiskárna:
Mohu dosvědčit, že někdy se povede obtisknout obraz na měď tak perfektně, že nejde ani za nic odstranit - obvykle bohužel tehdy, když je špatně vytištěný nebo navržený. Když je návrh perfektní, tak se nažehlení naopak vůbec nedaří a je potřeba se obrnit svatou trpělivostí a zkoušet to pořád dokola, čistit, odmašťovat, přižehlovat a odmočovat, až se to prostě skoro povede. Jednou jsem to dělal celý víkend v kuse a povedlo se mi to až v neděli ve 22:30. Během toho martyria jsem přišel i na tak nečekané věci, jako že plocha některých žehliček není rovná, ale prohnutá dovnitř, takže s takovou člověk uprostřed nic nepřižehlí.


Drobné chybičky (odlepené/odplavané saze) se dají velmi dobře opravit pomocí fixy, a to prosím nikoliv té se zavádějícím nápisem "Centropen PERMANENT", ale té s nápisem "CD/DVD - LINER". Vyleptání je pak už téměř brnkačka, stačí jen trefit správnou dobu leptání, kdy je měď už co nejvíc odleptaná tam, kde zůstat nemá, a co nejméně naleptaná tam, kde zůstat má. Protože je horší, když zůstane tam, kde být neměla (vodivé zkraty mezi cestičkami - zdroj těžko odhalitelných poruch výrobku), raději to celé trošku přeleptám a výsledek pak vyspravím pocínováním.

Vyleptanou destičku vyvrtám a natřu roztokem kalafuny v acetonu, protože je to míň lepivé než roztok kalafuny v lihu. Pak se na to dá rovnou krásně pájet a všechno funguje jak má.




Výše popsaným domácím postupem se dá vyrobit jedna deska na prototyp celkem lehce, ale když by jich člověk měl dělat víc, a ke všemu stejných, anebo dokonce vícevrstvých a nedej bože s prokovenými otvory, potiskem a nepájivou maskou, začne v něm hlodat červíček, jestli by to nemohl raději udělat někdo profesionální za peníze. Prošel jsem si nabídku českých firem a musel jsem se smát skrz slzy. Cenově je to naprosto nedostupné až nesmyslné - startovní poplatek kolem tisícikoruny a pak poměrně mastné ceny za decimetr. Nechat si vyrobit takto malou sérii malých desek je smrt (příklad: 5x5 cm 10 ks = 1800 - 2000 Kč).

Proto jsem se při dalším hledání obrátil do zahraničí, jak na západ tak i na východ. V Číně a Hong Kongu existuje celá řada firem, například Seeed Studio, ITEAD Studio, Elecrow, Hackvana a určitě i další. První tři jmenovaní se v ostrém konkurenčním boji dostali až na cenu 9,90 US$ za 10 kusů plošného spoje 5x5 cm. To je vlastně cca 220 Kč, takže zhruba 8x levnější než výroba u nás.


Jelikož se cenově neliší a neměl jsem zkušenost s žádným z nich, vybral jsem si 1.října odpoledne Seeed Studio (doporučili Ctirad a Honza) a jal se mu posílat své výstupy z KiCadu. No, bojoval jsem s tím do tří ranních hodin následujícího dne. První problém byl se správným pojmenováním souborů, kdy Seeed (na rozdíl od jiných služeb) vyžaduje soubor s okrajem/ořezem desky s příponou GML - a to přesto že jeho FAQ tvrdí, že zvládne i GKO. POZOR, je to chyták - s GKO nepozná správně rozměry desky! Jiné služby (např. OSH Park, viz dále) naopak trvají na příponě souboru GKO, jinak hlásí "Error processing file".
Druhý problém byl v rozměrech desky: měl jsem ji sice 34x36 mm (takže pod požadovaných 5x5 cm), ale na vrstvě s popisy byly obrysy součástek a některé konektory mi přečnívaly obrys desky, a to tak, že hodně. No a Seeed spočítal rozměr celé desky podle rozměrů přečnívajících konektorů, takže jsem na šířku překročil 50 mm a měl jsem platit za nejbližší vyšší rozměr, tedy $19,90 za 5x10 cm. To jsem samozřejmě nechtěl, takže jsem ho pár hodin různě přemlouval. Nakonec mi nezbylo než úplně vyřadit vrstvu/soubor s potisky, abych dosáhl kýženého správného rozměru 34x36 mm. Nedokázal jsem v KiCadu zneviditelnit některé/všechny obrysy součástek, bohužel.

Třetí problém pak byl s otvory: na desce mám kombinaci prokovených a neprokovených otvorů, což KiCad při exportu v pohodě vyřešil dvěma soubory - normálním a NTPH (neprokoveným). Z výše uvedených výrobců tomu byl ochoten rozumět snad jen Elecrow, jestli se nepletu. Pro Seeed jsem nakonec, po dlouhém boji, oba soubory s vrtáním jednoduše sjednotil v textovém editoru v soubor jediný, takže budu mít ty dvě díry pod USB konektorem taky prokovené. To nevadí, hlavně, že tam budou. A díky bohům za to, že všechny výstupy jsou v čistě textových souborech, které se dají jednoduše ručně zeditovat, když není jiného zbytí.

Ještě zmíním zajímavou zkušenost s placením. Průběh objednávání není zrovna jednoduchý, postupně se člověk proklikává stránkami a nakonec PayPalem zaplatí $9,90. Pak ještě chvíli proklikává a vyplňuje formulář pro doručení a naráz mu naskočí další $4,01 za poštovné, takže je přesměrovaný znovu na PayPal a tam zaplatí celkovou cenu, $9,90 + $4,01 = $13,91. Přiznám se, že jsem z toho byl mírně zmatený - skoro to vypadalo, že desku platím dvakrát a dohromady to bude $23,81. Nakonec podle výpisu z banky se zdá, že jsem platil jen tu druhou částku. Proč jsem tedy v PayPalu musel potvrdit tu první nevím - možná šlo o nějakou rezervaci či test nebo prostě jen zmatek z jejich strany.

Takže za 10 kusů té desky pod 5x5 cm bude celková cena kolem 300 Kč i s poštovným. Pořád nejméně šestkrát levnější než u nás! Nevím ještě kvalitu ani rychlost, ale čekám a až to přijde, tento článek doplním. Bohužel jsem se trefil zrovna do nějakého čínského svátečního týdne, takže dnes je 8. října a moje deska pořád ještě není vyrobena, protože do včerejška tam všichni pařili a nic nedělali.

Pro srovnání jsem se ještě téhož dne rozhodl objednat si výrobu jiné desky v USA - v OSH Parku. Postup objednání byl radikálně jiný než v Číně: jednoduchý čistý web, který v reálném čase zpracuje nahraný soubor a bez nějakého proklikávání několika formuláři okamžitě vidím náhled hotové desky! To je nesmírně příjemné - člověk si tak zkontroluje, jestli má pojmenované správně soubory, jestli se export povedl atd. Mimochodem, OSH Park trvá na koncovce souboru s ořezem .GKO a odmítá zpracovat objednávku obsahující jen .GML, takže přesně naopak než Seeed Studio. Každopádně to ihned klidně oznámí, podobně jako problém s prokovenými+neprokovenými dírami a nechá nahrát opravený soubor.

Když potom člověk postupuje objednávkou dál, vidí každou vrstvu z těch 8 nahraných (přední a zadní měď, přední a zadní potisk, přední a zadní nepájivá maska, otvory a obrys desky) krásně vyobrazenou a tak si neustále kontroluje, že mu skutečně vyrobí to, co si přeje. Největší překvapení ale nastane, když OSH Park oznámí celkovou cenu: za 3 kusy (OSH Park dělá vše v násobcích 3 kusů) o rozměrech 18x16 mm zaplatím pouhých $2,20! Neuvěřitelná cena, která vychází z toho, že OSH Park chce jen $5 za 1 palec čtvereční a platí se přesně za skutečnou plochu desky, ať má jakékoliv rozměry! Toto je zásadní rozdíl proti Číňanům, kteří pracují v násobcích 5x5 cm a co přeleze byť jen jeden z rozměrů už padá do dalšího násobku (ale zas posílají za nižší cenu až 10 kusů, to se jim musí nechat).

A šok na závěr: zatímco Seeed Studio chce zaplatit poštovné (což je u Číňanů nezvyklé), tak americký výrobce posílá hotové plošné spoje kamkoliv po světě zadarmo (což je pro změnu nezvyklé pro Američany, kterým poštovné na rozdíl od Číňanů nikdo nedotuje).


Nyní zbývá čekat, kdy a v jaké kvalitě vyrobené desky přijdou. Osobně jsem původně sázel na Číňany, ale zatím se zdá, že USA vede. Ještě toho 2.října v 21:00 zařadili mé destičky na velkou desku spolu s ostatními zájemci a odeslali ji výrobci (v 21:06). A dnes, 8. října, mi v 20:07 napsali, že deska přišla a že ji teď musejí rozřezat a o 4 minuty později další mail, že už je to rozřezané a pošta už mi to doručuje. To je rychlost!

Z mnou uvedených údajů si už asi každý spočítá, kdy se mu vyplatí dělat si desky doma a kdy je lepší je zadat venku, a na kterou světovou stranu. A až mi desky dorazí, najdete zde pokračování se zhodnocením kvality a rychlosti výroby/dodání.

Doplněno 30.října 2014:

Obě objednávky už dorazily hotové, takže můžu hodnotit. První dorazila zásilka ze Západu, a kupodivu doporučeně (tj. podepisoval jsem pošťačce převzetí, tzn. pošta se zásilku neodváží někde zašantročit - při poštovném zdarma je to paráda!). V tenké obálce odeslané z Oregonu byly tři nádherné kousky plošných spojů a jedna reklamní samolepka OSH Parku. Odesláno 8. října, dorazilo 23. října.


Odhlédnu-li od otřepů na třech stranách každé destičky, které jsem musel sundat pilníkem, jsou ty desky nádherné. Pozlacené, natřené pěkným silným lakem, paráda!

Z Východu dorazila zásilka včera, tj. 29. října. Byla taktéž zaslána doporučeně, a mnohem lépe zabalena - v tvrdé kartonové krabičce. Odeslána byla 10. října ze Singapuru, čemuž trochu nerozumím (myslel jsem, že Seeed je v Číně), ale nevadí. Plošné spoje byly vakuově zabaleny do bublinkové fólie a podle popisky na ní vyrobeny už 5. října. Zajímavé (myslel jsem si, že ctili ten týdenní svátek na začátku října, ale asi ne).


Kvalita desky samotné je OK, řekl bych. Sice se neleskne zlatem (zlato bylo v Seeedu za příplatek), ale zas oceňuju, že nemusím nic dopilovávat - Seeed mi to ořezal úplně přesně tak, jak jsem mu nakreslil, což je speciálně v tomto případě zásadní (deska přesně padne do krytky konektoru).

K rychlosti celého procesu: OSH Park vyrobil a odeslal během 6 dní (8.10.) a pak už to bylo na poště - 15 dní z Oregonu do Česka. Seeed to sice vyrobil rychleji (za tři dny), ale chvíli mu trvala logistika, odeslal později (až za osm dní od objednávky) a ze Singapuru to sem šlo o chlup déle (18 dní, odečtu-li náš státní svátek, aby to bylo fér). Celkově vyhrává USA nad Čínou - 21 dní oproti 27 dnům. Nejspíš ale celý závod ještě jednou zopakuju, abych vyloučil vliv těch říjnových svátků.

Více méně je to vlastně jedno - když má člověk 4 týdny čas, může směle objednat tam i tam. V OSH Parku zaplatí přesně za každý milimetr čtvereční, v Seeedu za bloky 5x5 cm, ale zas mnohem nižší cenu. A kvalitu je vidět na fotkách výše, s obojím jsem spokojen (vlastně jsem z toho úplně nadšený :-)

EDIT 29.11.2014:
Celý závod jsem pro jistotu zopakoval. Start 5. listopadu, v cíli první USA 26. listopadu, Čína přes Singapur vzápětí, tedy 27. listopadu. Zajímavé je, že tentokrát se pošťačka vůbec neobtěžovala doručit mi doporučené balíčky až do ruky - vždycky jsem ho našel ležet na dně schránky... Jo a kvalita naprosto identická jako v předchozím pokusu - dokonce i ty otřepy z USA byly nachlup stejné.

EDIT 2.6.2015:
Napsal jsem pokračování k tématu, tentokrát o levné komerční výrobě kusových plošných spojů v Česku.

pátek 12. září 2014

Arduino Pro Micro USB peklo

Teď trošku přeskočím frontu 12 rozepsaných blogpostů a napíšu něco zcela aktuálního, čerstvého jak dnešní ranní pečivo, protože mě to dostalo až skoro do kolen a musí to ze mě ven.

Poslední dva-tři měsíce jsem pracoval téměř výhradně na doplnění USB k mému oblíbenému Arduino Pro Mini osazenému procesorem ATMEGA328P. Existuje projekt V-USB, který dokáže takřka nemožné - softwarově na pouhém 12MHz procesoru simulovat 1,5Mbps proud dat USB 1.1. Je to ale skutečně krutě optimalizovaný kód, který pro správnou funkci vyžaduje splnit celou řadu podmínek, ze kterých se nesmí ustoupit ani o píď (a kdo to zkusí, jako např. já, zbytečně promarní mnoho času trápením se, proč to nefunguje jak má).

Takže po týdnech tvrdé práce a bezpočtu bezesných nocí se mi podařilo vyladit V-USB dostatečně dobře, aby bylo spolehlivé, rychlé a jelo všude (ještě se k tomu budu muset někdy vrátit a popsat podrobněji, co všechno jsem zkusil, abych ušetřil ctěným čtenářům nervy, vlasy atd.). No a tady na konci USB cesty, v tu nejméně pochopitelnou chvíli, jsem se rozhoupal a koupil si kopii Arduino Pro Micro, kterému jsem se z důvodů cenových celou dobu vyhýbal. Toto Arduino oplývá procesorem ATMEGA32U4, který má USB přímo v sobě, implementované v HW!


Chtěl jsem si zkusit zažít tu pohodu mít funkční USB bez práce, bez nervů, bez SW berliček a plně kompatibilní se specifikací USB 2.0 Full Speed. Včera Pro Micro dorazilo, tak jsem se ihned pustil do testů. Bohužel, po necelé hodině hrátek se mašinka odmlčela = přestala se hlásit na USB sběrnici. Zkoušel jsem všechno možné i nemožné (různé OSy, různé PC, přeflašování firmware, proměření všech cestiček od USB až k samotnému procesoru, dokonce i přepájení micro USB konektoru), ale nic nepomohlo.

O půlnoci jsem po mnoha dalších kombinačních testech všeho HW, co doma mám, zjistil, že se mašinka překvapivě přihlásí a dokonce i funguje, pokud je zapojena do takového slabého USB hubu, který mám v podložce notebooku. To mě povzbudilo v dalších pokusech, které pokračovaly až do čtyř hodin do rána. V tu chvíli jsem si byl už docela jistý, že je něco velmi krutě špatně snad v samotném procesoru, protože ten USB hub dělá akorát jednu (nečekanou) věc: svou slabostí sráží napájecí napětí na USB z 5,0 na 4,2 V, což obvody na desce Arduina dál sníží až na 3,8 V (ochranná dioda o 0,3 V a stabilizátor na 5 V o dalších 0,1 V) - a při takto nízkém napětí procesoru funguje USB správně!

Vím, jak šíleně to zní, ale sérií pokusů jsem se skutečně dostal až k tomuto závěru. Krom jiného jsem například přemostil tu ochrannou diodu a stabilizátor, takže místo 3,8 V dostal procesor 4,2 V a už to nejelo. Zkoušel jsem taky jiný hub, který nesrazil napětí o tolik - a přes něj se sice Arduino na USB sběrnici objevilo, ale další komunikace nefungovala. Prostě při vyšším napětí to zlobí až nejede vůbec. Podezřívám nějaký zkrat snad někde uvnitř jádra, který nějak přetahuje D+ na VCC a tím blokuje celou USB sběrnici nebo co.

Dnes ráno jsem vzal celou tu parádu do práce a chtěl ještě zkusit jiný USB hub, ale věci nabraly rychlý spád - těžký kabel od hubu vylomil celý mikro USB konektor z desky a tím brutálně degradoval drahé Pro Micro na obyčejné Pro Mini. Teď už jen zbývá, abych k němu připojil svůj vyladěný V-USB převodník a nasadil tak celému tomu peklu korunu (nebo parohy?)



neděle 10. srpna 2014

Bezdrátová nabíječka telefonů a pan doktor přes USB nabíjení

Nedávno jsem si koupil Qi bezdrátovou "nabíječku" pro telefon a kolega +Kamil K si teď koupil věcičku honosně nazvanou USB CHARGER Doctor, tak jsem je dal dohromady:


Bezdrátová nabíječka je ta podložka vlevo. Je velmi krásná, na blízký pohled a dotyk jakoby sametová, tenká a lehoučká. Má microUSB konektor, takže se jednoduše zapojí mezi telefon s Qi standardem bezdrátového nabíjení a jeho zdroj, který obvykle mívá také microUSB konektor, díky naší skvělé Evropské unii.


Zezadu má bezdrátová nabíječka napsáno, že žere až 2 ampéry a vysílá až jeden, takže je dost silná na všechny dnešní telefony. Už z rozdílu mezi příkonem a výkonem je možné vytušit, že za bezdrátové pohodlí se platí daň v podobě menší než poloviční účinnosti přenosu energie, ale aspoň člověk nezapomene telefon nabít - prostě ho jen položí na správné místo:


USB CHARGER Doctor je ta věcička s displejem napravo, která se pak jednoduše zařadí do jakékoliv USB přípojky a ihned začne zobrazovat napětí a proud. Majíc jen jeden displej, přepíná Doktor mezi ukazatelem napětí a proudu sám v pravidelných a na můj vkus příliš dlouhých 8sekundových intervalech. Kolikrát bych potřeboval sledovat proud a musím 8 sekund čekat...

Vražednou slabinou Doktora je čitelnost displeje na denním světle (neřku-li na slunci). Málem jsem se vyboural v autě, když jsem se za jízdy pokoušel vyluštit, kolik zrovna odebírá proudu telefon s aktivní navigací. Nepřečetl jsem ale nic. Situaci zhoršuje podobnost 0 a 8, a v horším světle i 7, 1 atd. Už jsme asi odvykli sedmisegmentovým displejům...

Další zajímavostí je, že měří proud až do hodnoty 3 A. Fakticky ale měří úbytek napětí na vnitřním rezistoru 0,05 ohmu, takže vlastně sám napětí o něco málo sráží. "Naštěstí" dávají běžně dostupné zdroje k telefonům napětí v širokém rozmezí 4,9 - 5,2 V, takže se desetinka spálená v Doktorovi lehce ztratí.  Škoda také přesnosti jen na desítky miliampér - kvůli tomu vím, že prázdná Qi nabíječka nežere víc než 10 mA, ale kolik přesně, to Doktorem nezměřím:


Pro porovnání jsem ještě telefon připojil ke zdroji přímo, drátem, abych se pokusil porovnat účinnost bezdrátového s drátovým nabíjením. A tady ukázal USB CHARGER Doktor svou silnou stránku:


Nejdřív odhalil, že nabíječka od Apple, která sama dává až 2,1 A (pro iPad1), nevoní telefonu od LG, takže ten ji vyhodnotil jen jako USB zdroj z PC a odvážil se brát maximálně 0,43 A. To je vtipné, protože na fotce výše ten samý zdroj v klidu dodává do Qi 0,8 A. Qi má tedy jinak zadrátované vyhodnocování, je-li zdroj proudu USB z PC nebo ze zdi.


No a telefon připojený na svůj originální zdroj LG, který dává až 1 A, správně vyhodnotí, že se teď nabíjí ze zdi (AC), ale kupodivu si bere jen 0,26 A! Takže vlastně ničemu nerozumím a účinnost bezdrátového přenosu energie takto nespočítám (je to buďto 0,43 / 0,78, anebo 0,26 / 0,78, anebo nějaké ještě jiné číslo). Holt telefon si řídí nabíjení sám a bere si kdy chce kolik chce.

Což mi připomíná další věc, kterou bych rád zmínil, a sice že se tato bezdrátová nabíječka při práci nesmírně zahřívá. Po hodině je na ní ležící telefon tak rozpálený, že se bojím o jeho zdraví. Že pálí i samotná podložka je mi fuk, v ní se nemá moc co pokazit.

Poslední věcí, která mi trošku kazí radost z bezdrátového nabíjení telefonu, je fakt, že nabíječka vysílá poměrně dost elektrického smogu i v době, kdy už je telefon plně nabitý. Doktůrek naměřil odběr nabíječky 0,3 A, což je minimálně 1,5 wattu. Takže moje představa, že budu mít nabíječku na nočním stolku, kam si každý večer telefon položím a ráno ho vezmu plně nabitý, zatím nedošla realizace. Nechce se mi nejdřív 2 hodiny telefon rozpalovat a potom si dalších 5 hodin nechat zbytečně vysílat pořádnou porci elektromagnetického vlnění u hlavy...

EDIT (o pár hodin později): tak jsem s pomocí Doktora zjistil pro mě překvapivou skutečnost: i nabitý telefon připojený ke zdroji (USB kabelem) pořád saje energii, a to klidně 0,2 - 0,3 A. Je to vlastně logické - plně nabitý akumulátor si nechává v záloze a jede na energii z elektrické sítě. To znamená, že i na bezdrátové nabíječce si bude brát všechnu vyzářenou energii pro sebe a celou noc na ni pojede.  Tím je vlastně předchozí odstavec anulován. Přehřívání zkusím vyřešit podložením telefonu (asi budou stačit dvě párátka nebo tak něco) a bezdrátové nabíjení už bude mít jen samé plusy a pozitiva :)

pátek 4. července 2014

Stavba retro laboratorního zdroje zadarmo

Všechna předchozí měření těch různých step-up, step-down a jiných konvertorů jsem prováděl v práci na půjčeném laboratorním zdroji tvrdého elektrického napětí. Zdroj bohužel nebyl pokaždé k dispozici, měření se různě komplikovalo a tak jsem nakonec (až jsem všechno doměřil) dozrál k rozhodnutí postavit si vlastní regulovatelný zdroj stejnosměrného napětí, neboť jsem dodneška žádný neměl (vláčkové trafo z roku 1983 nepočítám, neboť má velmi měkký nefiltrovaný výstup a proudu dá maximálně 1 ampér).

vláčkové trafo z osmdesátých let opravdu neposlouží jako dobrý zdroj

Srdcem celého zařízení musí být spínaný zdroj, aby měl dostatečný výkon a byl zároveň lehký a malý. Jako obvykle jsem položil důraz na pořizovací cenu, takže vítězem se stal ATX zdroj z vyřazeného počítače, který byl zadarmo. Vyroben byl v srpnu 2003, takže už opravdu leccos pamatuje.

Zřejmě díky svému stáří je vevnitř velmi jednoduchý. Řídí ho obvod KA7500B, který je dostatečně podobný obvykle používanému TL494, takže jsem mohl postupovat podle návodu pro úpravy zdrojů s TL494. Návodů na doplnění regulace výstupního napětí jsem našel několik, přičemž ten nejjednodušší byl na dalších webech shazován jako nefunkční, protože ho prý blokují kontroly na podpětí, přepětí a podobně a pak regulace funguje sotva od 8 do 12 voltů.

štítek ATX zdroje, který jsem použil

Můj starý ATX zdroj zdá se žádné takové kontroly nemá, protože po odpájení rezistoru k 12V větvi (a samozřejmě i k 5V větvi) a nahrazením potenciometrem 100 kOhm (jiný jsem neměl po ruce) jsem mohl regulovat napětí od krásných 2,50 V (což je referenční napětí řídicího obvodu KA7500B) až po 13,60 V. Pokud jsem pootočil potenciometrem ještě kousíček víc, zdroj zhasl (zřejmě zaúřadovala přepěťová ochrana) a musel jsem ho vypnout+zapnout, aby  se znovu rozeběhl.

Změřil jsem si tedy, kolik činí maximální hodnota odporu, kdy zdroj ještě jede - 20,8 kOhm - a přemýšlel, co s tím. Ve starých zásobách jsem našel jsem ještě jeden potenciometr, tentokrát 10 kOhm, což je zrovna polovina z těch potřebných 20 kOhm. Jiný jsem neměl, tak jsem se rozhodl použít tento. Musel jsem tedy zpolovičnit hodnotu rezistoru od vývodu č.1 řídicího obvodu k zemi, aby poměr napěťového děliče zůstal stejný. Normálně je tam 4,68 kOhm, tak jsem z jiného mrtvého zdroje vzal ten samý rezistor a připájel ho paralelně ke stávajícímu. Dokonce tam můj zdroj měl i vývody, kde kdysi nějaký rezistor byl připájený, a pak ho zřejmě v QA ucvakli nůžkama, tak jsem ten paralelní dal na jeho místo a vypadá to líp než originál.

takto jsem zapojil regulaci napětí na 12V větvi

Teď zdroj už krásně fungoval a napětí šlo regulovat v celém rozsahu potenciometru. Akorát se výrazně zpomalil jeho ventilátor, sotva se točil a to ještě v závislosti na mnou nastaveném výstupním napětí (pokud jsem měl méně než 5 V, tak se ani neroztočil). O tom se návody také zmiňují a doporučují přepojit ventilátor zdroje na VSB větev +5 V (fialový vodič na ATX napájecím konektoru). Toto napětí je nezávislé a zůstane zachováno i po výše popsané úpravě s potenciometrem. Takže jsem vystopoval, kam vede fialový drát z ATX napájecího konektoru do zdroje, odpájel ho z desky, vzal červený drát od ventilátoru a přepájel ho do místa uvolněného fialovým drátem na desce zdroje. Všechno pečlivě opět sešrouboval a slavnostně spustil.

Bohužel se teď ventilátor točil až moc divoce, a opět jeho rychlost závisela na nastavení výstupního napětí. Chvíli jsem se pokoušel předstírat, že mi to vůbec nevadí a že je dokonce fajn znát nastavenou velikost napětí jen podle sluchu - možná, že po trošce cviku nebudu ani potřeboval voltmetr - ale nakonec ve mě převážila obava, kudy vlastně ten proud ventilátorem vevnitř proboha teď teče, a tak jsem zdroj znovu celý rozdělal. Chápal jsem, že když se napětí na červeném drátu od ventilátoru nemění (je +5 V) a přitom se ventilátor točí divoce, mění se asi napětí na černém drátu, o kterém jsem si předtím bláhově myslel, že je připojený na zem.

originální zapojení ventilátoru v ATX zdroji na -12 V větev

Na webu danyk.cz jsem našel i hromadu schémat zdrojů a tak jsem si je prošel a našel pravděpodobné zapojení toho mého zdroje. Velmi zajímavé! Ventilátor je ve skutečnosti připojen na záporných 12 V ve zdroji! Ventilátor jsem tím pádem omylem zapojil mezi +5 a -12 V, takže běžel až na 17 V (plus moje regulace, mínus regulace dle teploty ve zdroji díky termistoru). Není divu, že dělal zvuky jak vrtulník při startu... No, rychle jsem přepojil černý drát na skutečnou zem ve zdroji a ventilátor se už točí pěkně potichu a netůruje podle toho, jak nastavuju výstupní napětí :-)

Dalším krokem je vestavění voltmetru, abych viděl, jaké výstupní napětí zrovna mám nastaveno. Podařilo se mi z prastarých zásob vylovit modul LCD voltmetru, který jsem si někdy koncem minulého století koupil proto, aby mi ukazoval napětí v palubní síti mého prvního vozidla Škoda 105. Tento vůz totiž za vlhka často odmítal startovat, tím velmi trpěla baterie, díky tomu byla obvykle neustále téměř vybitá a tak jsem měl snahu vestavět do auta voltmetr, který by mi ještě před otočením klíčku ukázal, jestli ten den jedu do práce autem nebo autobusem.

historický displej zepředu

Bohužel tento LCD voltmetr má jednu zásadní vadu - potřebuje pro svůj chod nezávislý zdroj napětí, který není ani zemí spojen s měřeným napětím. V praxi jsem prostě musel mít u displeje další 9V baterii, která se taky často vybila a tak to celé ztratilo půvab, Škoda 105 zrezivěla a tento LCD voltmetr upadl na desítky let v zapomnění. Dnes jsem si na něj vzpomněl a řekl si, že by to bylo celé velmi retro, kdybych ho do zdroje dokázal zabudovat. Akorát kde pro něj vzít ten oddělený zdroj napětí?

historický displej zezadu

Na Ebay jsem našel nějaké "isolated DC/DC converter", ale bohužel byly jen z 5 V na 5 V, zatímco displej potřebuje 9 V. Už už jsem zvažoval, že kromě toho izolovaného převodníku napětí využiju ještě i některý ze step-up konvertorů, které jsem nakoupil při minulých měřeních, a představoval si, jaké to zřetězení konvertorů bude, ale pak mi Vesmír přihrál řádově dokonalejší řešení. V diskusi pod tímto dotazem na můj displej kdosi poradil, že na starých síťových kartách ještě s BNC konektory jsou převodníky napětí z 5 na 9 V a jsou izolované! Znovu jsem se zahrabal do zásob a našel kartu z konce minulého století, která byla určena pro zasíťování mého Atari Falcon. Hle, mám další totálně retro přídavek do laboratorního zdroje!

síťová karta do ISA s BNC a KUS-0509 čipem

Mimochodem, nedařilo se mi vygooglovat, jak má tento KUS zapojených svých 10 vývodů, a tak jsem připájel na ISA sběrnici napájení a proměřil ten obvod voltmetrem, abych našel jeho vstupy a výstupy.

síťová karta zezadu + testovací napájení 5V

Když už jsem byl v ráži, napadlo mě, že správný laboratorní zdroj měří kromě napětí i výstupní proud. Nechtělo se mi shánět další měřidlo, a tak jsem se rozhodl pro přepínání LCD voltmetru mezi měřením výstupního napětí a proudu. Už mi chyběl jen rezistor s odporem 0,01 ohmu, který vydrží proud přes 10 A (což je maximum tohoto zdroje na 12V větvi). Chvíli jsem takový odpor zkoušel najít jako hotovou součástku, pak jsem se probíral nabídkou odporových drátů, ale pořád mi vycházela jejich potřebná délka v milimetrech, což bych těžko udělal přesně.

Nakonec jsem se rozhodl namotat si odpor 10 mOhm sám přímo z měděného drátu. Jako síťař mám po ruce akorát tak CAT5E kabely, tak jsem jeden popadl a změřil, že 663 cm modrého drátu 24AWG má odpor 576 mOhm, což téměř odpovídá tabulkové hodnotě 84,2 mOhm na metr. Informace o maximálním proudu se trošku liší - někde píší 0,58 A, jinde až 3,5 A. Nakonec jsem našel, že vydrží proud až 10 A (když budu tolerovat ohřátí o 50℃). Pro jistotu jsem se rozhodl navinout ten odpor ze tří 34,5 cm drátů paralelně a bylo to.

CAT5E kabel v nouzi poslouží i jako rezistor

V tuto chvíli jsem měl elektroniku kompletní a chyběla akorát bižuterie - jeden spínač pro zapnutí zdroje (tedy uzemnění zeleného drátu z ATX konektoru), jeden přepínač pro přepínání mezi měřením proudu a napětí a dve banánkové zdířky. Jelikož jsem do této chvíle utratil za tento laboratorní zdroj přesně 0 korun, vzal jsem to jako výzvu a rozhodl se dokončit ho za stejnou cenu. Vypínač a přepínač jsem tak vymontoval ze starých kancelářských telefonů (zespodu jsou přepínače pulzní/tónová volba), banánkové zdířky se mi podařilo vyhrabat ze svých dětských zásob a teď už zbývalo jen to nejtěžší - vsadit všechno do elegantního panelu a nějak ho připojit k stávajícímu ATX zdroji.

První logická volba, tedy vytisknout panel či celou krabici na naší 3D tiskárně, bohužel nebyla možná, protože tiskárna je už déle než měsíc na nemocenské a kdo ví, kdy ji +Jaroslav Gajdošík  dá dohromady a bude-li zase tisknout jako dřív (nebo lépe). Bohužel nemám nářadí pro práci s plechem, takže tudy cesta také nevedla. Ze dřeva by to bylo možná elegantní, ale jistě příliš mohutné, málo uzemněné a docela hořlavé.

Po dlouhém dumání jsem ve sklepě našel starší reklamní ceduli, která je z nějakého měkkého plastu tloušťky 5 mm a jal se vyřezávat panel z něj. Nejdřív pracně a nepřesně pilou + rašplí+ pilníkem + vrtákem + lupenkovou pilkou. Až když byl přední panel hotový, zjistil jsem, že se ten plast dá řezat i obyčejným odlamovacím nožem, pokud je nový, ostrý a fest se přitlačí.


Doufal jsem, že plast půjde pevně slepit sekundovým lepidlem, ale na poslední chvíli jsem vyměkl a kolmé spoje pro jistotu zpevnil hliníkovými úhelníčky. Celé to trvalo neúměrně dlouho, ale po třech týdnech jsem to jaksi dokončil.


Hliníkovou lištu jsem nakonec použil i zvenčí, abych umocnil vzhled (a zakryl nepřesné řezy). Do montážních otvorů jsem zasadil jednotlivé součástky a tavnou pistolí vše zalil do nerozebiratelného stavu.

vnitřnosti panelu a dráty propojující jej s ATX zdrojem

Nakonec jsem se tam násilím pokusil vecpat velké množství drátů (dva žluté 12 V, čtyři černé zemnicí, zelený spínací, fialový napájecí, dva dráty k potenciometru plus to klubko tří 34,5 cm drátů tvořících odpor 0,01 ohm) a celek rychle přišroubovat k ATX zdroji. Vzhledem k tomu, že dráty neustále vylézaly jak klubko hadů, povedlo se mi to zvěčnit až zvenčí a to ještě raději potmě, s bleskem. Výsledek mi přijde docela krutopřísný.

přednímu panelu ještě chybí popisky
Jiný pohled odhaluje, jak inovativně jsem to celé napojil na krabici původního zdroje. Lepší je ale pokochat se dvěma USB konektory z boční strany. 5 V ze zdroje lze šikovně použít na napájení/nabíjení až dvou USB zařízení (USB konektory jsem vypáčil z mrtvého notebooku, takže celková cena stále 0,-).


Ačkoliv jsem s výsledkem mimořádně spokojen, už nikdy bych to nechtěl opakovat. Je potřeba zprovoznit 3D tiskárnu a panel jednou v CADu vymodelovat a pak jednoduše víckrát vytisknout bez všech těch nepřesných řezů, sekundových lepidel, hliníkových lišt a boje v nepřístupném vnitřním prostoru.

Dobrá zpráva je, že ten elektrický postup úpravy ATX zdroje je poměrně jednoduše reprodukovatelný, neboť jsem už stejně upravil druhý kus a chystám se na dva další. Mechanickou stránku věci je ale potřeba ještě pořádně doladit :-)

čtvrtek 3. července 2014

Test USB nabíječek do auta

Nadpis je docela nepřesný, ale takto to holt lidé znají. Jedná se samozřejmě o převodníky napětí z 12 V (pasující do zdířky cigaretového zapalovače v autě), jejichž výstupem je 5 V v USB zásuvce, což se dá použít pro napájení či nabíjení telefonů/tabletů a dalších mobilních zařízení v autě. Pěkný obrázek vydá za tisíc slov:
V minulých testech modulů pro převod napětí jsem se docela zklamal, ale ještě pořád živím naději, že někde existuje kousek dobrého hardware, který převádí napětí s účinností blížící se ideální 1. Kdysi jsem totiž proměřil od oka ten GRIFFIN na obrázku a vyšla mi 90% účinnost, což je parádní.

Bohužel je docela těžké koupit originál GRIFFIN či jinou dobrou nabíječku do auta, jelikož kluci čínští šikovní valí ven množství k nerozeznání podobných kopií, ale s horšími vnitřnostmi. Proto jsem si vymyslel určité vodítko: pokud je deklarovaný výstupní proud jen 1 A, nemá smysl to ani kupovat, bude to absolutní šunt jak výkonem, tak účinností. Pokud je ale deklarovaný výstupní proud 2 či dokonce 3 ampéry, plyne z toho určitá naděje na vysokou účinnost, protože v opačném případě by se ztrátové teplo z převodu nemělo kde rozptýlit a hrozil by požár vozidla.

Nakoupil jsem proto postupně několik různých typů těchto "USB nabíječek" doufaje, že alespoň jedna z nich bude ta pravá griffinovská, já ji rozpitvám a konečně budu mít potřebný modul.


Kromě co nejvyššího výstupního proudu jsem šel přímo po dvouzdířkových, protože tam je větší naděje, že skutečný výstupní proud se bude blížit inzerovanému (neboť při napájení dvou zařízení odběr jistě překročí 1 A, s čím snad počítá i výrobce a prodejce).

Takže si představme naše hrdiny, postupně zleva do prava: ten první, jednozdířkový, je vyfocen jen pro výstrahu, co určitě nekupovat. Nedokázal dodat ani 1 ampér, napětí mu klesalo pod 5 V a naštěstí už sám umřel, takže jsem ho nemusel obřadně utratit.

Druhý zleva je můj favorit GRIFFIN, zřejmě originál, který mi před lety někdo z Ebay či DX omylem prodal za cenu kopie. Slibuje proud 1 ampér na každé zásuvce, celkem tedy zřejmě 2 A.

Prostřední budu nazývat BÍLÝ, protože se nijak nejmenuje. Prý je pro "iPad" a na horní zásuvce slibuje 1 A, zatímco na dolní celých 2,1 A. Dokáže to dodat zároveň (1 + 2,1 = 3,1), nebo je 2,1 A maximum? Měření vše odhalí!

Předposlední se jmenuje USAMS, a koupil jsem ho proto, že vypadal nejvíc podobně jako GRIFFIN a samozřejmě především proto, že slibuje fantastických 3,1 A, což je prý vhodné i pro "iPad 2" :-)

Poslední jsem vlastně nekoupil, ale půjčil mi ho kolega, který není žádný troškař, a proto koupil poměrně drahý výrobek pyšnící se výstupním proudem 2x 2,1 A, takže zřejmě až 4,2 ampéry! Budu mu říkat VCLOO.


Tak soutěžící jsou představeni, měřicí metodika zůstává stejná jako v minulých testech, takže můžeme jít rovnou na výsledky. První řádek tabulky ukazuje klidový odběr, aneb za jak dlouho nenastartuju auto, když zapomenu nabíječku v zapalovači. Druhý řádek pak výstupní napětí bez zátěže, které by vlastně mělo být 5,0 V, ale není tomu tak vždy. Třetí řádek je při připojené zátěži 5,1 ohmu a poslední pak zahřívá odpor 2,3 ohmu.

 nabíječka  Griffin  Bílá  Usams  Vcloo
 odběr naprázdno  8 mA  4 mA  26 mA  10 mA
 napětí naprázdno  5,39 V  5,16 V  5,28 V  5,23 V
 napětí/účinnost při 1 A  5,18 V / 89 %  4,90 V / 60 %  5,10 V / 87 %  5,01 V / 88 %
 napětí/účinnost při 2,1 A  4,93 V / 80 %  padá pod 3,3 V  4,84 V / 80 %  4,75 V / 83 %

Výsledky jsou velmi zajímavé. První si vyškrtneme Bílou, která sice vítězí v odběru naprázdno, ale má katastrofální účinnost při mírné zátěži a když po ní chceme ještě víc, úplně se odporoučí (napětí začne klesat a během sekund padne pod 3 V). Tohle byl pro mě důvod k reklamaci, která se mimochodem povedla. Při placení Paypalem na Ebay má člověk opravdu silnou páku na prodejce.

Dál můj favorit Griffin a jeho vyzyvatel Usams - měření účinnosti převodu ukazuje, že jejich vnitřnosti jsou zřejmě shodné (pokud si odmyslím spotřebu naprázdno). Griffin sice na oko vítězí ve stabilitě výstupního napětí, ale je to vlastně jen díky drobnému podvodu - tím, že má nastavené vyšší napětí v klidu. V zátěži pak poklesne o 0,2 V na ampér, úplně stejně jako Usams.

No a na závěr papírově nejlepší Vcloo: podle měření je prakticky stejně dobrý jako Griffin/Usams, takže jeho jedinou výhodou ospravedlňující mnohem vyšší cenu (oproti ostatním) by mohl být ten maximální proud, který jsem ale neměl jak ověřit (20W rezistor se mi kupovat nechtělo a žárovka se už dříve prokázala jako velmi špatná zátěž při měření). Zároveň mu ale podezřele nejvíc padá napětí - troufám si odhadnout, že při odběru 3 A už by neměl ani 4,5 V a nechci vidět, co by dělal při 4 A...

Samostatnou kapitolou je zapojení datových vodičů v USB zásuvkách. Zařízení připojené do USB zdířky totiž smí normálně odebírat maximálně 500 mA (spíš tedy jen 100 mA, ale může se dohodnout s počítačem až na 500 mA, mluvíme-li o USB 2.0). Ve skutečnosti by většina PC zvládla dodat mnohem silnější proud, ale mobilní telefon/tablet do USB připojený si to většinou raději netroufne odebírat - napíše, že se nabíjí z USB, omezí svůj odběr na max. 500 mA a plné nabití mu pak trvá několikrát déle, než když se nabíjí ze své nabíječky připojené do el. sítě.

Pokud mu ale přes USB datové vodiče zdroj napětí dokáže signalizovat, že není PC, ale jen hloupý silný zdroj napětí a proudu, vezme si připojené zařízení mnohem víc, klidně i ty 2 ampéry. Takže úkolem těchto auto nabíječek je krom jiného signalizovat, že nejsou PC a že dokáží v klidu dodat X ampér. Na toto mimochodem neexistuje žádný rozumný standard a tak si to každý výrobce pytlíkuje po svém. Například Apple vyžaduje velmi přesný poměr napětí na D- a D+, který se v praxi dociluje rezistorovou děličkou s netypickými hodnotami odporů 49K9, 43K2 a 75K.

Dobrá zpráva je, že Griffin má na jedné zdířce tuto signalizaci funkční minimálně pro Motorolu, HTC a LG, takže odtamtud se zařízení nabíjí stejně jako z domácí nabíječky (resp. zdroje, nabíječka je opět špatný ale už zažitý slang). Mobil rovnou napíše: "AC charging", "Nabíjí (AC)" nebo nějak podobně. Na druhé zásuvce to ale nemá, tam se nabíjí pomalu jako z USB PC. Bílá  naopak nemá správnou děličku ani na jedné zdířce, takže např. telefon LG se nabíjí pomalu jako z USB. Kdo ví, jestli to není i schválně, když stejně není schopna dostát deklarovaným hodnotám. U Usams jsou správnou děličkou napětí vybaveny obě zdířky, takže z obou se dá nabíjet plnou rychlostí všechny tři výše zmíněné značky mobilních telefonů. No a Vcloo momentálně nemám jak vyzkoušet, ale věřím, že tuto signalizaci má funkční na obou USB zásuvkách.



Každopádně se mi zdá, že v těch lepších auto USB nabíječkách (v tomto testu všechny kromě Bílé a samozřejmě té mrtvoly nalevo) jsou použité nějaké lepší součástky/zapojení než v těch DC step-down modulech, které jsem proměřoval minule, a které se k 90% účinnosti při odběru 1 A (resp. 80% účinnosti při 2 A) neblížily ani náhodou. Zbývá mi tak jedině sehnat další originál Griffin, protože Usams bere příliš mnoho proudu v klidu a to se mi nehodí ani v zaparkovaném autě, ani v mém uvažovaném přístroji, pro který už delší dobu sháním úsporný a účinný převodník.

Velký test DC step-down konvertorů

Po minulém testu DC step-up konvertorů ("zvyšovačů napětí") se v tomto příspěvku zaměřím na step-down konvertory ("snižovače napětí"). Už před rokem jsem koupil řekl bych klasika v této kategorii s čipem LM2596S, u kterého jsem později zjistil slabou účinnost a velký odběr naprázdno:

převodník LM2596S

Začátkem letošního roku jsem pak přikoupil další tři moduly, neboť čínští prodejci v jejich popisech na Ebay zmiňovali čím dál vyšší účinnost (nejdřív 96 %, pak dokonce až 98 %!), na což slyším a tak jsem neodolal a utrácel:

Tři převodníci a 1 Kč pro srovnání velikosti

Je vidět, že miniaturizace pokročila docela dramaticky, přitom výkon zůstal a účinnost papírově ještě vzrostla. Nelze ale věřit všem reklamním řečičkám a je potřeba tu drobotinu podrobit poctivému měření v naší laboratoři vybavené stabilizovaným zdrojem silného napětí, čtyřmi digitálními multimetry a sadou výkonových rezistorů.

Nejdřív si ty moduly pojmenujeme a ukážeme si, jak je prodejci vychválili. LM2596S bude prostě "LM2596S", zatímco ty tři další budu nazývat jednoduše "velký", "střední" a "malý" (dle fotografie).

LM2596S má vstupní napětí 3,2 - 40 V, výstupní 1,25 - 35 V (samozřejmě vždycky nižší než vstupní), výstupní proud až 3 A a účinnost až 92 % (chacha). Pracuje na frekvenci 150 kHz a prodává se za méně než dvacetikorunu.

převodník "Velký"

"Velký" má vstupní napětí 4,75 - 24 V, výstupní 0,93 - 18 V, výstupní proud 2,5 A (špičkově až 4 A) a účinnost až 98 % (óó). Nestojí víc než 35 korun a vypadá poměrně robustně - pěkné svorky pro vstup i výstup a dokonce spínací tlačítko.

"Střední" má vstupní napětí 4,5 - 28 V, výstupní napětí 0,8 - 20 V, výstupní proud 3 A a účinnost až 96 % (kéž by). Jeho srdcem je čip MP1584 a může pracovat na frekvenci až 1,5 MHz. Jakou frekvenci má nastavenou na tomto modulu jsem nenašel/nezjišťoval. Cenově kolísá kolem třicetikoruny.

převodník "Malý"

"Malý" má vstupní napětí 4,75 - 20 V, výstupní 1,0 - 17 V, výstupní proud 1,8 A (špičkově až 3 A), účinnost neuvedena, ale prý se hodí pro modely letadel. Podrobným studiem fotografií u prodejců jsem odhalil, že používá čip MP2307, který je i na "velkém", takže by teoreticky měl mít stejnou účinnost jako on, tedy až 98 %.

Mnohem později (ano, až po koupi) mě napadlo najít si dokumentaci výrobce tohoto čipu a tam jsem si přečetl, že skutečná účinnost MP2307 se sotva dotýká 95%, což je ale vlastně pořád ještě skvělá hodnota:

účinnost MP2307

Logické pak bylo zkontrolovat i dokumentaci čipu MP1584 a přišlo první vystřízlivění - k 96 % udávanými prodejci "středního" modulu se křivky jaksi ani neblíží. Neatakují dokonce ani hranici 90 %...

účinnost MP1584

Je na čase uveřejnit hodnoty mnou naměřené hodnoty (v únoru 2014). Při měření jsem se soustředil na tři situace, do kterých plánuji tyto moduly časem nasadit: jednak snížení napětí z notebookového zdroje 19,8 V na napětí 12 V a 5 V (např. pro harddisk, monitor či USB) a druhak snížení napětí z 12 V (např. autobaterie) na 5 V (např. pro USB).

Nejprve se podíváme na klidový odběr (bez zátěže na výstupu):

 měnič  LM2596S  Velký  Střední  Malý
 odběr naprázdno při 19,8 → 12 V  6 mA  19 mA  0 mA  22 mA
 odběr naprázdno při 19,8 → 5 V  5 mA  27 mA  0 mA  12 mA
 odběr naprázdno při 12 → 5 V  6,4 mA  25,8 mA  0,22 mA  12 mA

Už tato tabulka ukazuje naprosto dramatické rozdíly. Některé moduly opravdu nejde nasadit pro provoz z baterie, neboť by ji záhy vysály do mrtě. Jiné jsou naopak výborné a v klidu zdroj zatěžují málo či dokonce neodebírají prakticky žádný proud (je zřejmé, že první dva řádky tabulky jsem měřil s méně citlivým ampérmetrem než řádek třetí, takže tam chybí desetiny miliampér - hodnoty je však možné brát jako zaokrouhlené na jednotky mA).

Další tabulka už ukazuje provoz se zátěží, která se snaží z výstupu modulu odebírat přibližně 1 ampér. Vždy je uvedeno kam až pokleslo výstupní napětí a jaká byla účinnost převodu:

 měnič  LM2596S  Velký  Střední  Malý
 zátěž 12R3 při 19,8 → 12 V  11,77 V / 86 %  11,68 V / 91 %  11,66 V / 92 %  11,84 V / 91 %
 zátěž 5R1 při 19,8 → 5 V  4,96 V / 73 %  4,75 V / 81 %  4,56 V / 82 %  4,74 V / 85 %
 zátěž 5R1 při 12 → 5 V  4,75 V / 72 %  4,86 V / 77 %  4,35 V / 76 %  4,77 V / 83 %

Bohužel, účinnost nedosahuje prodejci deklarovaných hodnot. Je ale vidět, že novější převodníky jsou přece jen o kousek lepší než starší LM2596S. Jen ten střední modul docela nezvládá udržet nastavené výstupní napětí.

Pokusil jsem se ještě proměřit moduly s výstupním napětím 5 V při odběru zhruba 2 A:

 měnič  LM2596S  Velký  Střední  Malý
 zátěž 2R3 při 19,8 → 5 V  4,80 V / 75 %  4,46 V / 79 %  4,11 V / 73 %  4,49 V / 79 %
 zátěž 2R3 při 12 → 5 V  4,75 V / 59 %  4,66 V / 66 %  3,80 V / 61 %  4,51 V / 67 %

Tady je situace ještě horší. Střední nezvládl udržet výstupní napětí a tak úplně vypadl ze hry. Navrch zde získal starý poctivý LM2596S, který sice propadá v účinnosti, ale alespoň udrží napětí nejblíž nastavenému. Celkově je to ale naprostá bída. Když totiž účinnost padá až někam k 50 %, je už skoro lepší vykašlat se na veškerou složitou elektroniku, střídače na vysokých frekvencích, cívky a usměrňovače a raději spálit rozdíl napětí (12 - 5 = 7) v něčem jako je lineární stabilizátor 7805. Tomu ale říkám prohra...

Jelikož mám pořád ještě v paměti skvělou účinnost (kolem 90 %)  převodníku napětí pro nabíjení přes USB v autě, nakoupím zkrátka ty adaptéry do auta, proměřím je a vítěze rozeberu na součástky. Tak se snad konečně dostanu k solidnímu obvodu s vysokou účinností. Výsledky měření už jsou venku.