Ich bin gerade auf dem Trip, alles mit USB-C auszustatten, und dachte mir, dass es aktuell etwas
lästig ist, jedes Mal mein großes Labornetzteil (Gossen Konstanter, eignet sich zum Gewichtheben)
hervorzuholen, wenn ich es brauche. Es ist schön, aber leider groß und schwer. So kam ich kaum
umher, mir auch eines der bekannten Netzteilmodule samt Gehäuse von Hangzhou Ruideng Technology zu
holen, allerdings das DPH-5005 (50V, 5A), welches die Spannung hoch- und herunterwandeln kann. Mit
USB-C und USB-PD habe ich nun ein portables Netzeil, das 45 Watt aus meiner Powerbank liefert.
Das Netzteilmodul
Für wenig Geld bekommt man ein solides Gerät, dessen Lüfter nur bei größerer Last angeht und das
sogar einen Verpolschutz am Eingang hat. Wie es mit dem Ausgang aussieht, habe ich ehrlich gesagt
nicht getestet. Alles kommt in einer schicken Verpackung. Als ich all das sah und auspackte, wurde
mein Verlangen stärker, doch einmal nach Shenzhen zu fahren. Es muss ein Paradies für den
Elektronik-Bastler sein!
Doch nach Minuten der Schwärmerei guckt man vielleicht genauer hin, was das Bild etwas trübt:
Metallgehäuse
Schön, nur ist das Gehäuse weder geerdet noch fest mit einem Potential verbunden. Es wird
eventuell geerdet, wenn man das Gerät via USB an den Rechner anschließt und die Micro-USB-Buchse
durch günstige Umstände das Gehäuse berührt. Ansonsten ist es dem Zufall überlassen, welches
Potential das Gehäuse führt. Hier hätte ich ein Plastik-Gehäuse oder einen Anschluss zum Erden
bevorzugt.
Minus ≠ Minus
Der unbedarfte Nutzer würde vielleicht denken, dass vielleicht der negative Eingang dem negativen
Ausgang entspricht, quasi Masse ist, und nur die positive Seite geregelt wird. Dem ist aber nicht
so: Es war bei Netzteilen üblich, den Laststrom über einen Shunt im negativen Strompfad zu messen,
und hier ist es auch so. Das heißt: Schließt man Minus am Ein- und Ausgang kurz, geht der
angezeigte Strom auf Null. Auch wenn man das weiß, ist es lästig, weil man deswegen z.B. nicht
einfach den Minuspol als Masse auf das Gehäuse legen kann. Zudem heißt das, dass die
Spannungsquelle keinen Bezug zur Schaltung haben darf, die man mit dem Netzteil betreibt.
Ansonsten bildet sich eine Schleife und der angezeigte Strom ist quasi Null.
Ein Grund mehr, wieso ich mein Netzteil aus einer Powerbank speisen wollte.
Galvanische Trennung im USB-Modul: es wird eng
Abstände beim USB-Modul
Wie zuvor erwähnt, darf das Netzteil keinen Bezug zu irgendwelchen anderen Potentialen haben. Um
das zu gewährleisten, besitzt das USB-Modul zwei Optokoppler, die die USB-Seite von der
Netzteil-Seite galvanisch trennen. So weit, so gut. Nur ist der Isolationsabstand zwischen beiden
Seiten an den engsten Stellen kaum einen Millimeter groß! Das reicht bestimmt für ein paar kV
Potentialdifferenz aus, zumal weil die fragliche Stelle mit Lötstopplack beschichtet ist. Doch
zeigt es klar, wie viele Kompromisse hier im Detail eingegangen wurden, um das Produkt preiswert
zu halten.
Lahme Display-Updates
Es ist 2019. Ich drehe am Dreh-Encoder und das Display aktualisiert sich mit 4 Hz.
Zwei Lüfter
Der Gehäusebausatz enthält einen Lüfter, der permanent läuft. Zusätzlich zum lastgesteuerten
Lüfter der Netzeilplatine. Hier hätte ich mir gewünscht, dass es so wie in meinem Umbau ist: Nur
ein lastgesteuerter Lüfter. Siehe unten.
Umbau
Der Plan
Statt den Bausatz einfach zusammenzubauen, habe ich ihn modifiziert: Einerseits wollte ich einen
zusätzlichen USB-C-Eingang mit USB-Power-Delivery-Funktionalität haben, um das Netzteil unterwegs
betreiben zu können. Mit USB-PD bekommt man locker 20 V und 45 Watt oder 65 Watt, je nach
Netzteil/Powerbank. Zudem kommt mir kein Gerät mit einem röhrenden Lüfter auf den Tisch,
außer es ist ungefähr so alt wie ich (hallo, geliebtes Tektronix 2440).
Ein Lüfter, ein Luftkanal
Der Lufttunnel
Beide Lüfter werden mit 5 Volt betrieben und besitzen den gleichen Stecker. Somit muss nur der
Luftkanal angefertigt werden. Ich habe ihn professionell aus der Verpackung meiner Xiaomi-Powerbank
und Klebeband hergestellt. Der Querschnitt verengt sich in beiden Richtungen zum Kühlkörper hin und wird dann
wieder größer. Beim zweiten Mal fiel mir wieder ein, was eine Parallelprojektion ist und wieso ich
die nicht ausschneiden und zusammenkleben kann. ;) An einer Seite schließt der Luftkanal bündig mit
dem Kühlkörper ab, an der anderen Seite ist er halb offen, sodass die Luft dort austreten kann. Ich
hoffe, dass das reicht. Temperaturmessungen stehen noch aus.
Galvanisch getrenntes Gehäuse, USB-C/USB-PD
Um sicherzustellen, dass das Gehäuse nicht mal mit der Schirmung der USB-Buchse verbunden ist und
mal nicht, habe ich sie mit Kapton-Klebeband umwickelt und mit Epoxidharz im Gehäuse fixiert. So
kann das Kapton-Klebeband auch nicht durchgerubbelt werden. Das Klebeband ist zudem nötig, um zu
verhindern, dass Epoxidharz durch die Öffnungen der USB-Buchse eindringt und sich dort verfestigt,
denn dort soll Platz für den Stecker sein, und nicht für Harz. ;)
Für die USB-PD-Funktionalität verwende ich einmal mehr eine kleine USB-PD-Triggerplatine mit
USB-C-Buchse von AliExpress. Sie gibt sich als USB-PD-Senke aus und verhandelt 20 Volt Spannung mit
der Gegenseite, die den Strom liefert. Bei dieser Buchse war es umso wichtiger, sie vom Gehäuse zu
isolieren, da sie mit dem negativen Potential des USB-Ports verbunden ist und wir weiter oben
festgestellt haben, dass die Minuspole des DPH5005 am Ein- und Ausgang nicht das gleiche Potential
haben.
Als glückliche Fügung erweist sich die nun überflüssige 5-V-Reglerplatine für den zweiten Lüfter:
Sie lässt sich zerteilen und als Halter für die USB-PD-Triggerplatine nutzen. Die Reglerplatine hat
genau die richtige Höhe, um die USB-C-Buchse einzuklemmen, wenn eine Mutter zwischen ihr und den
Eingangsbuchsen liegt. Zusätzlich zu den Leiterbahnunterbrechungen auf der Reglerplatine wird diese
von der USB-PD-Platine durch Kaptonband isoliert und alles mit Epoxidharz festgehalten. Bis das
Epoxidharz fest war, musste ich die USB-PD-Platine mit einer Stütze einkeilen, sodass sie genau
senkrecht zur Rückwand steht. Sonst würde später der USB-C-Stecker an der Rückseite schief stecken,
wie sähe das denn aus!
Zwischen beiden Eingängen (Bananenbuchsen, USB-C) wird mit einem zweipoligen Schalter umgeschaltet.
Dies soll ein böses Erwachen verhindern, wenn beide Eingänge beschaltet sind und die Potentiale der
Eingänge irgendein Verhältnis zueinander haben. Leider war es dafür nötig, die Ausstanzung für den
Schalter deutlich zu vergrößern.
