Электронная нагрузка USB 15W DC3.7-13V с регулировкой тока до 3.00A

Приветствую! Небольшой отчет о электронной USB нагрузке с плавной регулировкой до 3.00A и рассеиваемой мощностью до 15Вт

Для тестирования USB источников питания заказал себе электронную нагрузку. Уже давно ощущалась необходимость этого устройства, до сих пор обходился скрутками обрезка USB кабеля и «зелеными» резисторами. Точность установки сопротивления, конечно, хромала, особенно при значительном нагреве указанных резисторов.

Так вот, посмотрел обзоры, в том числе и здесь на mySKU.me, прикинул одно к другому, в итоге выбрал простую электронную нагрузку за $5. Нагрузка простая донельзя – шунт и транзистор с ШИМ. Есть обратная связь с плавной регулировкой тока, коэффициент обратной связи изменяется многооборотным подстроечным резистором.
Пределы регулировки: 0.15А до 3.0А. Минимальный предел обусловлен тем, что схема имеет какое то номинальное потребление, плюс еще и цепь питания вентилятора. Расчетная мощность, которую долговременно рассеивает нагрузка – 15Вт. То есть можно длительно тестировать павербанк или сзу на 5В при максимальном токе 3А, или выставить аккумулятор 3S с током 1А. В При напряжении более 5В можно и больше 1А ток делать, только нагрузка будет греться чуть сильнее и желательно контролировать нагрев.
Доступные напряжения питания: от 3,7 до 13В. То есть можно тестировать и различные ячейки и сборки (например, 3S 11.1В).

Эта электронная нагрузка имеет небольшие размеры, достаточно компактная, что позволяет носить ее с собой. При этом, мощность разряда составляет до 15W, вернее продолжительная мощность, так как встроенный вентилятор позволяет долговременно отводить тепловыделение при режимах до 15 Вт (например, 5В/3А или 12В/1А), но это не мешает кратковременно для тестирования включать ее на максимум. Главное не дожидаться перегрева компонентов.

Характеристики:
— Компактный дизайн.
— USB подключение.
— Продолжительная мощность разряда: 15Вт.
— Плавная регулировка тока разряда в пределах 0.15-3.00A многооборотным резистором.
— Предельные напряжения для тестирования: Umin=3.7В, Umax=13В.
— Активное охлаждение вентилятором.
— Контроль температуры: вентилятор включается при превышении температуры в 40°С.
— Совместимость с большинством USB устройств.

Посылка пришла в простом почтовом пакете, внутри zip-пакет с штрихкодом товара, и сама нагрузка.

Кстати, достаточно компактная нагрузка, я ожидал чуть больших размеров.

— Габаритные размеры: 68 х 30 х 20 мм.

— Масса нагрузки: 30 г.

А вот интересная наклейка сзади на радиаторе с тремя иероглифами.

工业级

Что примерно означает «Industrial grade», то бишь для изготовления нагрузки используется не всякий ширпотреб, а компоненты вполне индустриального назначения (аналог «Военной приемки», только по проще, коммерческий. Как правило, подобные компоненты проходят контроль и тестирование, и стоят чуть выше «гражданских»).


Небольшой фотоотчет о электронной нагрузке.
Фото с разных сторон, склеить. Указать основные органы управления и части.
Силовой транзистор TIP122 (100В/5А)

Для регулировки используется подстроечный резистор 3296W 102 на 1 кОм. Удобно, что есть ручка для вращения. Так как изначально резистор со шлицом под отвертку.

Вот дополнительная информация из лота по органам управления нагрузкой

Указаны индикатор работы (красный светодиод), ручка подстройки тока, нераспаянный переключатель (джампер) вкл/выкл вентилятора. На обратной стороне стоит NTC термистор, а также заботливо оставленные свободными площадки USB питания. К ним можно подключить какое-либо устройство, например, индикатор напряжения.

Перед активным использованием желательно провести небольшую доработку. Даже не доработку — обслуживание. Необходимо снять радиатор и намазать пастой КПТ-8 транзистор. КПТ-8 наше ВСЁ!
Снимаем крохотный вентилятор (два самореза закручены между ребрами радиатора). Не забывайте про провод питания вентилятора.

Далее, переворачиваем плату и откручиваем снизу 3 винта: два держат радиатор, третий крепит транзистор к радиатору.

Если честно, то радиатор очень сильно исцарапан снизу, о полированной поверхности и хорошем прилегании речь не идет. Поэтому наносим толстый стой термопасты слегка КПТ-8 на транзистор и прижимаем радиатором.

Собираем в обратном порядке.

Данной электронной нагрузкой можно оценивать емкость внешних аккумуляторов, а фактически мы убиваем сразу нескольких зайцев:
— тестируем внешние аккумуляторы
— тестируем сзу
— кабели
— тестируем аккумуляторы 1S, 2S, 3S

Отдельный плюс — можно оценить значения шкалы индикации оставшегося заряда в павербанке в реальных единицах. Предполагается, что в случае наличия 4х светодиодов в павербанке индикация осуществляется таким образом:
Все четыре светодиода: заряд 75%....100%
Три светодиода: заряд 50%....100%
два светодиода: заряд 25%.....50%
один светодиод: заряд 1%.....25%
Один мигает/горит красным — павербанк разряжен (0%)


Немного теории.
Для оценки емкости павербанков я пользовался формулой:

Емкость батареи= ( Измеренное напряжение х Измеренная емкость)  / (КПД х Напряжение батареи)

Емкость батареи — то, что мы ищем. Это реальная емкость (остаточная, если устройство длительно использовалось перед тестированием) батареи.
Измеренное напряжение — фактическое напряжение на USB докторе. То есть для USB разъема это 5В.
Измеренная емкость — емкость, которую показывает счетчик USB доктора.
КПД — это эффективность преобразователя. Для повышающих DC-DC в павербанках я обычно беру 80%, хотя для некоторых это завышенное значение. В формуле удобнее использовать коэффициент КПД=0,8
Напряжение батареи — «родное» напряжение. Для элементов 18650 это 3.7В, как и для большинства других видов батарей с одной литиевой ячейкой. Для 2S это 7.4В, ну и так далее.

Пример расчета для павербанка на 10000мАч:

Емкость батареи= (5В х 6000мАч) / (0,8 х 3,7В) = 10135 мАч

То есть, если USB доктор при подсчете покажет не 10000мАч, как «нарисовано» на аккумуляторе, а 6000мАч, но при 5В, знайте, что вас не обманули!

Измерения емкости батарей
Проведем сравнительное тестирование ряда внешних аккумуляторов. Сравнивал все аккумуляторы работой на разряд с током 1А.

Xiaomi 10000mAh Mobile Power Bank (три высокоемких ячейки). Один из самых дешёвых аккумуляторов, но при этом имеющих хорошие характеристики (Если это оригинальный Xiaomi, а не подделка).
Подключаем USB доктор, затем нагрузку. Устанавливаем ток 1А.

На индикаторе 6000мАч измеренных при напряжении 5В, что по моей формуле соответствует емкости 10000мАч 3,7-вольтовых ячеек внутри аккумулятора (три штуки, параллельно, емкость примерно по 3400мАч). Что же, весьма неплохо для китайского павербанка, работающего на износ каждый день в течении года.
Время теста составило почти 6ч.

Далее будет другой аккумулятор, аналог Xiaomi — LenovoMP506 5000mAh. Этот тот еще старичок, почти два года использования. Итак, тестируем током 1А.

Результат: 3000мАч за 3 часа. Аналогично высокий показатель. Удобный маленький павербанк, тонкий и легкий, способный пару раз зарядить вам смартфон.

Далее китайский ширпотреб CANYON CNE-CPB100W 10000mAh.
Гоняем 3 часа с током 1А.

Через 3 часа результат… 3000мАч. То есть, этот тяжеленный (почти 300г) аккумулятор служит ровно столько, как и тонкий, легкий предыдущий кандидат. Тут явный промах со стороны китайцев. Надо его разобрать будет, гаек что ли они наложили вовнутрь.
Первый минус.

Далее совсем махровый китаец. Noname аккумулятор, который предлагали купить с рук.
По идее внутри один или два элемента 18650, емкость должна быть в пределах 3000....5000 мАч. На обороте маркировка 5600 мАч.
Не ведемся, тестируем.

Это единственный кандидат, который не выдержал марафона 1А (на корпусе маркировка «1А max»). Даже 1А — это значительное превышение его возможностей. Тестировался током 0,5А. Полученный результат за 2,5 часа — всего 1000 мАч. То есть внутри «всего» 1680 мАч. Вот вам и обещания…
Второй минус и дисквалификация. Не нужен такой аккумулятор!

Далее попробуем оценить сетевое зарядное устройство на отдачу тока.
Кандидат — Блицвульф 48Вт (2х2,4А). Достаточно неплохая зарядка, тоже «трудится» у меня на протяжении года.

Выставляем поочередно токи: 1А, 1,5А, 2А, 2,4А.

Наблюдается незначительная просадка напряжения. Очень наглядно видеть это в сравнении. Если взять другое сзу, просадка может быть более значительна.
Также можно тестировать и кабели, потребуется переходник кабель — USB-гнездо для нагрузки.

Замер температуры.
При тестах на 0,5...1А, вентилятор включался изредка. Стартует«карлсон» примерно от 40°С и быстро понижает температуру до отключения. Это при условии небольшой рассеиваемой мощности.
Слева — тест с током 1А. Справа — 2А.

Но при токах более 1,5А вентилятор вращался без остановки. А при токе 2,4А ощутим был нагрев радиатора.


Нагрузку гоняю уже пару недель, периодически смотрю температуру, и скажу, что при 5В тестировании температура невысокая, даже при многочасовом марафоне (40°…50°С). При тестировании 2S и 3S батарей с током значительно более 1А вентилятор крутится практически непрерывно, но температура в разумных пределах дым не идет.
По поводу шума скажу, что при небольшой рассеиваемой мощности вентилятор работает импульсно – пожжужал секунды три, отключился. И по новой… Слегка раздражает не сам звук вентилятора, он достаточно тихий, а эти импульсы включения-выключения, типа Жжжжж….Жжжжж…Жжжж. Рядом с кроватью рядом не оставлял, в целом нагрузка тихая, не мешает и не отвлекает.
Теперь частенько ношу ее с собой в комплекте с USB доктором. Теперь смотрю USB-доктор с возможностью учета количества Ватт-часов.

Вывод
Теперь можно оценивать остаточный ресурс павербанка при покупке или продаже б/у, а также можно тестировать китайские недо-павербанки с последующим диспутом и возвратом средств.
Так, тестирование помогло не ошибиться мне при покупке б/у павербанка с малым ресурсом, а также выявить «поддельные» зарядные устройства. Фактически, эта нагрузка окупилась в первую неделю.
Отдельно выделю положительные качества – это малые размеры (очень удобно носить с собой, вместе с USB доктором), точность установки тока (до сотых ампера, плавная регулировка) и наличие активного охлаждения.

Update: