Hakkuritesti

Oletko ikinä miettinyt onko halvoista eBay-hakkureista mihinkään? Halpa ei välttämättä ole hyvää, mutta kuinka huonoja ne oikeastaan ovat? Välttäisivätkö ne kuitenkin omaan projektiisi?

Testasin 3 eri Buck (Step-down) hakkurin jänniteregulaatiota kuorman muuttuessa. Oma motivaationi oli testata, mikä näistä sopisi parhaiten pienen audiovahvistimen (Kiinasta tilattu TA2020-levy) jännitelähteeksi itse tehtyyn boomboxiin.

 

Hakkurit

Testin hakkurit ovat näkyvillä alla olevassa kuvassa 1 ja kutsun niitä numeroinnilla 1-3 järjestyksessä vasemmalta oikealle. Kaikkien hakkurit olivat käytännössä kolmipinnisiä, kahteen piirilevyyn on vain laitettu kaksi erillistä maapinniä. Hakkurit 2 ja 3 käyttivät samaa LM2596 piiriä ja niiden layout oli suht’  samanlainen muutamaa pintaliitoskomponenttia ja elkojen tyyppiä lukuun ottamatta. Hakkurit 2 ja 3 on tilattu eri myyjiltä.

IMG_3547

Kuva 1: Testatut step-down hakkurit. Hakkurit numeroitiin kuvan mukaan vasemmalta oikealle.

 

Hakkuri Ulostulojännite Linkki vastaavaan
1 12.8 V http://www.ebay.com/itm/DC-DC-HRD-Convertor-36v-48v-Step-Down-To-12v-3A-pPactical-Switching-Power-Module-/400484445729?ssPageName=ADME:L:OC:GB:3160
2 1.5-35 V http://www.ebay.co.uk/itm/LM2596-DC-DC-Step-Down-Adjustable-Converter-Power-Supply-Module-/321234663840?ssPageName=ADME:L:OU:GB:3160
3 1.5-35 V http://www.ebay.co.uk/itm/1-2-5-10X-LM2596S-Adjustable-Step-Down-Power-Supply-Module-DC-DC-Input-3-40V-UK-/400703398823?ssPageName=ADME:L:OC:GB:3160

Lisäksi, mittailin kahta alla näkyvää step-up hakkuria (kuva 2), mutta niitä ei voinut vertailla samaan käyttöön, koska pajan powerin virransyöttökyky loppui kesken.

IMG_3548

Kuva 2: Mitatut step-up hakkurit.

Mittausjärjestely

Määritin testikuorman vahvistimen maksimitehosta: 20W 80% hyötysuhteella vahvistin haluaa ~30 wattia sähköä. Vaikka kahden hakkurin ulostulojännitte oli säädettävä, kolmas antoi ulos ”kiinteät” 12.8 volttia, joten kaikkien hakkureiden ulostulojännitteeksi ilman kuormaa säädettiin tuo 12.8V. Keinokuorman resistanssiksi tuolla jännitteellä saadaan  R=(12.8 V)^2/30W ~ 6.6Ohm.

Alamontulta löytyi tehovastuksista kasattu 6.8 Ohm ja 150W keinokuorma. Virtaa keinokuorma söi 1.9A, kun kaikkien hakkureiden luvataan puskevan 3A jatkuvana. Hakkureiden sisääntulojännitteeksi ajettiin 18V alamontun labrapowerista.

Kuorman muuttaminen tehtiin kytkemällä keinokuorman kanssa sarjaan FET-transistori, jota ohjattiin signaaligeneraattorin 15V kanttiaallolla. Kanttiaallon pulssisuhde oli 50-50 ja testit tehtiin taajuuksilla 10Hz, 100Hz, 1kHz ja 10kHz.

Hakkurin ulostulojännitettä tarkkailtiin AC-moodiin kytketyllä oskilloskoopilla ja yleismittarin DC-mittauksella. Koska analogisen oskilloskoopin pystysuuntainen siirto ei riittänyt tarvittavan suurella jänniteresoluutiolla 12.8V:n asti, oli pakko käyttää oskilloskoopin AC-mittausta ja tarkkailla tasajänniteosaa yleismittarilla. Kokonaisuudessaan mittausjärjestely näkyy kuvassa 3.

IMG_3541

Kuva 3: Mittausjärjestely

 

Tulokset

Alla olevassa taulukossa näkyy ulostulojännitteiden maksimivaihtelu eri taajuuksilla sekä dc-tasot. Oskilloskoopin näkymät 1kHz:n taajuudella ovat näkyvissä kuvina 4-6. Huomionarvoista on, että kuvien 5 ja 6 jänniteskaala on 0.2 V/ruutu, kun kuvan 4 skaalana 0n 0.1 V/ruutu. Ensimmäisen hakkurin mittaaminen 10Hz:llä ei jostain syystä napannut, joten se puuttuu. Lisäksi 10kHz:n taajuudella kaikkien hakkureiden ulostulotaajudella havaittiin hervoton jännitepiikki kaikkien hakkureiden ulostulossa. Piikki oli huomattavan kapea ja sen peak-to-peak jännite on esitetty suluissa 10kHz:n sarakkeessa.

Hakkuri 10 Hz (V) 100 Hz (V) 1 kHz (V) 10 kHz (V) DC (V)
1 0.52 0.48 0.4 (6.0) 12.7
2 1.5 2.5 1.0 0.92 (7.5) 12.7
3 1.6 2.1 1.2 0.67 (8.0) 12.7

 

Hakkuri 1, ulostulo

Kuva 4: Hakkurin 1 ulostulo, kun 25 watin kuormaa pätkittiin 1 kHz:n taajuudella 50-50 pulssisuhteella. 1 ruutu pystysuunnassa on 0.1 V, vaakasuunnassa 0.2 ms.

Hakkuri 2, ulostulo

Kuva 5: Hakkurin 2 ulostulo, kun 25 watin kuormaa pätkittiin 1 kHz:n taajuudella 50-50 pulssisuhteella. 1 ruutu pystysuunnassa on 0.2 V, vaakasuunnassa 0.2 ms.

Hakkuri 3, ulostulo

Kuva 6: Hakkurin 3 ulostulo, kun 25 watin kuormaa pätkittiin 1 kHz:n taajuudella 50-50 pulssisuhteella. 1 ruutu pystysuunnassa on 0.2 V, vaakasuunnassa 0.2 ms.

 

Lisäksi mittailin kahta Boost (Step-Up) hakkuria, mutta alamontun powerin virrantuotto ei riittänyt 6.8Ohm kuorman ajamiseen 12.8 voltilla. Kun alamontun powerista otettiin 2.13A 3 voltilla toroidilla ja isommilla elkoilla varustetun Boost-hakkurin ulsotulo oli 7.4 volttia noin 1V peak-to-peak rippelillä, kun taas kuppaisemman Boost-hakkurin ulostulo samalla sisäänotolla 6.2V 2 voltin rippelillä.

 

Johtopäätökset

Vertailun paremmuusjärjestys on selvä: kiinteäulostuloisen hakkurin nro 1. ulostulo poukkoilee alle puolet kahden muun hakkurin ulostulosta jokaisella kuorman heilutustaajuudella. Lisäksi 10kHz:n piikki on pienin hakkurin 1 kohdalla. Hakkureiden 2 ja 3 ulostulo on yhtä karmeat, joskin niiden välillä löytyi pieniä eroja eri taajuuksilla.

Hakkurin 1 ylivoimaisuus voi tosin johtua siitä, että sen laudalla on huomattavasti isommat elkot ja sen jäähdytyskin näyttää vakuuttavalta (sellainen on olemassa). Mielenkiintoista olisi ollut testata hakkureiden käyttäytymistä, kun niiden ulostuloon lisätään kapasitanssia. Tämä jäi tästä testistä tekemättä ja jää for future research. Hakkureiden 2 ja 3 erot viittaavat siihen, että erot layoutissa ja komponettivalinnoissa vaikuttavat laitteen suorituskykyyn. Kuitenkin, hakkurit 2 ja 3 näyttävät aivan yhtä kuppaisilta, ja niin on niiden suorituskykykin.

Johtopäätös: hakkureiden kuppainen ulkonäkö vaikuttaa korreloivan voimakkaasti niiden paskuuden kanssa. Paremman näköinen hakkuri vaikuttaa toimivan paremmin. Kannattaa siis maksaa enemmän piiristä, joka näyttää pätevämmältä.

Comments are closed.