Introductie
Afgelopen week kwam in het artikel “Delta en Caiway vervangen deel stroomadapters van modems vanwege productiefout” ter sprake dat ik vrijwel altijd mijn eigen voedingen probeer te keuren. Het is een onderwerp dat op Tweakers veel discussie oplevert en maar al te vaak wordt er gemopperd op de grote boze Chinezen. Ik weet inmiddels wel beter. Alhoewel het geen goed idee is om voor €2,50 een lader op AliExpress te kopen, is er bijzonder veel rommel in omloop.Voedingen zijn voor fabrikanten een sluitstuk: Als jij een elektrische tandenbortstel verkoopt, ga je niet meer tandenborstels verkopen door er een hoogwaardige voeding bij te leveren. Voedingen die je los in de winkel koopt zijn meestal wel redelijk. Als je op AliExpress een beetje sjieke voeding uitkiest voor niet de laagste prijs krijg je meestal ook wel wat redelijks door de brievenbus. Fabrikanten van voedingen ervaren helaas vaak een enorme prijsdruk en doen hun best om de voeding zo goedkoop mogelijk te maken. Helaas is een voeding één van de meest kritische onderdelen voor de veiligheid van een apparaat, dus leidt prijsdruk maar al te vaak voor veiligheidsproblemen.
Het is in deze wereld buitengewoon nuttig om je eigen voedingen te kunnen keuren en velen vroegen me dan ook om foto's hoe een voeding gekeurd kan worden. Makkelijker gezegd dan gedaan, maar bij deze een forumthema over het onderwerp.
Theorie: Schema van een geschakelde voeding
Om een voeding te kunnen keuren is toch wat theorie nodig, daarom een schema van een schakelde voeding.:strip_exif()/f/image/C5nYFt9y71tJYi9mzbrfUECO.png?f=user_large)
Een geschakelde voeding heeft twee zijden: De hete zijde en de koude zijde. De hete zijde bevat gevaarlijke spanningen, 230V wisselspanning levert 324V gelijkspanning op, dus het is geen fijne plaats om met je vingers aan te zitten. De koude zijde van de voeding bevat de laagspanning, aan de koude zijde kun je alle onderdelen veilig aanraken.
Beide zijden van de voeding zijn galvanisch van elkaar gescheiden, er kan dus geen stroom lopen tussen de hete en koude zijde. De transformator verplaatst energie van de hete zijde naar de koude zijde door middel van magnetisme.
De hoeveelheid energie die een transformator kan verplaatsen is afhankelijk van de frequentie. In het verleden bestond de voeding van een apparaat vaak uit niet veel meer dan een transformator die op de lichtnetfrequentie van 50Hz werkt. 50Hz is een behoorlijke beperking op de hoeveelheid energie die de trafo kan overbrengen, om grote hoeveelheden energie te verplaatsen moest de trafo daarom groot en zwaar zijn.
Een geschakelde voeding maakt eerst 324V gelijkstroom van de netspanning en maakt er dan zelf weer wisselstroom van, nu op een hele hoge frequentie. Enkele tientallen KHz vrij normaal. Omdat de frequentie nu veel hoger is kan de transformator veel meer energie overbrengen en is er nog maar een klein trafootje nodig in een voeding.
De zekering
Als een voeding defect raakt, dan kan er een grote stroom gaan lopen, bij grote stromen ontstaat warmte en bij warmte is er brandgevaar. Om dat gevaar te voorkomen wordt een voeding vaak uitgerust met een zekering. Het is belangrijk om te melden dat een zekering de beste praktijk is, maar het voor de veiligheidsvoorschriften voldoende is als een voeding op een veilige manier faalt. Het is dus mogelijk dat een voeding zonder zekering toch veilig is, maar als ik een voedingen zonder zekering aantref gaan er bij mij toch alarmbellen rinkelen, want hoe garandeer je dat een voeding veilig faalt als er zoveel verschillende onderdelen inzitten?Fabrikanten bezuinigen vaak evenwel niet door de zekering weg te laten, maar door bijvoorbeeld een weerstand als zekering te gebruiken. Of een dun baantje op de printplaat. Dit komt zoveel voor dat een voedingen waarbij dit het geval niet zonder meer afgekeurd kan worden, maar het spreekt voor zich dat een echte zekering, die gemaakt is om specifiek bij een bepaalde stroomsterkte te springen, het veiligst is.
Het lichtnetfilter
Een voeding die op tientallen kilohertzen schakelt, zou heel erg pulserend stroom uit het stopcontact trekken. Dat zou betekenen dat de elektriciteitskabels in je muren zendmasten zouden worden en omdat te voorkomen hebben geschakelde voedingen een lichtnetfilter.:strip_exif()/f/image/B2gU1XaLQgqVhbtepyU2bcvU.png?f=user_large)
Een lichtnetfilter bestaat uit enkele condensatoren en spoelen. Het is voor de veiligheid belangrijk dat hier speciale veiligheidscondensatoren gebruikt worden. Condensator CX moet veiligheidsklasse X2 hebben, de CY-condensatoren klasse Y2.
:strip_exif()/f/image/uJNuV8Jw2kT78REp7ziX24jg.png?f=user_large)
Fabrikanten bezuinigen heel graag op het lichtnetfilter. Ze laten het vaak weg, of gebruiken in plaats van veiligheidscondensatoren gewone condensatoren. Als een een condensator een veiligheidscondensator is, dan staat de veiligheidsklasse erop geschreven.
Links een veiligheidscondensator (goed), rechts een gewone condensator (fout):
:strip_exif()/f/image/BgvZXOVvzrYQloNfAKd4vDK6.png?f=user_large)
De gelijkrichter (hete zijde)
De gelijkrichter bestaat vaak uit een bruggelijkrichter als één component of als 4 losse diodes en een condensator zorgt voor de afvlakking van de spanning. De gelijkrichter is meestal niet zo spannend voor de veiligheid.De oscillator
De oscillator zorgt ervoor dat de gelijkspanning die de gelijkrichter heeft gemaakt weer wordt omgezet naar een wisselspanning van tientallen KHz. Het is mogelijk de oscillator te bouwen met wat lossen transistoren of MOSFET's. Zoiets is eigenlijk altijd reden voor alarm, niet omdat het onmogelijk is om een goede oscillator met losse onderdelen te bouwen, maar omdat de prijsdruk het eigenlijk onmogelijk maakt om een goede voeding te maken met een oscillator uit losse onderdelen.De oscillator is namelijk in een moderne voeding ook verantwoordelijk voor een aantal beveiligingen, zoals hoge temperatuur en overbelasting. Het implementeren van deze beveiligingen met losse componenten maakt een voeding te duur.
Je wilt dan ook eigenlijk altijd een chip zien als oscillator, of MOSFET('s) die bediend worden door een chip.
:strip_exif()/f/image/v8H09wiHGEFBCualtRZygTQ4.png?f=user_large)
De transformator
De transformator is enorm kritisch voor de veiligheid van een voeding, omdat de draden van de hete en koude zijde hier letterlijk om elkaar heen gewikkeld zijn. De trafo moet zeer nauwkeurig geconstrueerd worden. In het voorbeeld op de foto heeft de fabrikant in redelijke mate geprobeerd de isolatie te verbeteren door plakband tussen de lagen aan te brengen, maar je ziet hoe dicht de dikkere draden van de koude zijde bij één van de draden van de hete zijde komen. En hoewel er nog lak op de draden zit zodat er niet direct contact is als ze elkaar raken: Je bent in dit voorbeeld letterlijk 1mm van je dood verwijderd.:strip_exif()/f/image/2xEBNyaqCqsjXt6udEuApux9.png?f=user_large)
De transformator is helaas niet te inspecteren zonder hem te vernietigen, als vernietigen geen optie is kun je het beste kijken naar hoe zorgvuldig hij eruit ziet. Een methode om ze formeel te testen zonder ze te vernietigen is om 2000V aan te brengen tussen beide zijden van de trafo: De trafo moet dat kunnen doorstaan. Ook dat is een experiment dat je beter niet thuis uitprobeert.
Gelijkrichter (koude zijde)
De transformator maakt vak de hoge wisselspanning een lage wisselspanning en die moet opnieuw gelijkgericht worden. Aan de koude zijde is de gelijkrichter vaak uitgerust als een enkele Schottkydiode en een condensator.Anders dan bij de hete zijde, hebben veel voedingen wel vaak problemen met de gelijkrichting aan koude zijde.
Namelijk, omdat het voltage veel lager is, is de stroomsterkte veel hoger en dat zorgt ervoor dat de diode heet wordt. Deze diode moet dan ook goed gekoeld worden en daar laten veel voedingen steken vallen. Koelblokken zijn namelijk helemaal niet zo goedkoop.
Spanningsregeling
De spanningsregeling houd de spanning van de voeding, bijvoorbeeld 12V, in de gaten en instrueert de oscillator om sneller danwel langzamer te schakelen. Daarbij is communicatie nodig tussen koude zijde en hete zijde, om de galvanische scheiding tussen beide zijden in stand te houden wordt deze communicatie vaak gedaan door middel van een optocoupler, signalen of de spanning te hoog of de laag is worden dus optisch gecommuniceerd.Rimpelfilter
De gelijkspanning die ontstaat na gelijkrichting is vaak nogal “vies”, er zit veel ruis in, met variaties van vaak tientallen millivolts. Met name analoge elektronica kan daardoor van streek raken, om dit verbeteren implementeren fabrikanten een rimpelfilter: Door middel van spoelen en condensatoren wordt een laagdoorlaatfilter gerealiseerd.Het rimpelfilter is iets waar fabrikanten zeer gretig op bezuinigen.
:strip_exif()/f/image/6DR7wv9B7fDqVOeGw6dysCDC.png?f=user_large)
Ontstoringscondensator
Tussen de hete en koude zijde van de voeding wordt vaak een ontstoringscondensator aangebracht. Deze condensator dient een veiligeidscondensator van klasse Y2 te zijn.Tot zover de openingsbijdrage. Het volgende bericht dat ik in deze discussie plaats is een praktijkvoorbeeld.
:strip_exif()/f/image/9fUp6Te24UKnwZdAJW0Hwfqt.png?f=user_large)
:strip_exif()/f/image/9PdpPvwaHVbn4I1taLm4Ysje.png?f=user_large)
:strip_icc():strip_exif()/u/105199/crop5cb76c6d18020_cropped.jpeg?f=community)
:strip_exif()/u/49248/DPCkoeienUD.gif?f=community)
/u/60597/crop5e56eb57d66d4_cropped.png?f=community)
/u/364570/icon.png?f=community){kind=icon}
/u/13460/JUN982.GIF?f=community)
:strip_exif()/u/47368/icon3.gif?f=community)
:strip_icc():strip_exif()/u/146731/crop562615a0aa64c.jpeg?f=community)
:strip_icc():strip_exif()/u/46872/volume-s.jpg?f=community)
:strip_exif()/f/image/QEKsoh5tigsnUYF18lzhtpWU.png?f=user_large)
/u/87474/crop595240c4803bc_cropped.png?f=community)
/u/147751/avatar455992_1.gif.png?f=community){kind=avatar}
En dat voor een verguisd Chinees product. 
:strip_exif()/u/141262/oypo-vierkant.gif?f=community)
:strip_icc():strip_exif()/u/42559/crop6120373ab6800_cropped.jpg?f=community)
/u/211309/crop61b0ff95cd8ef.png?f=community)
:strip_exif()/u/69356/crop6703a7ee02efa.gif?f=community)
