Тест 10 автомобильных зарядок по стандартам ISO

Кто-то спросит: «А зачем разрабатывать собственную зарядку, если полно готовых устройств?». Как и многие автолюбители, в машине я пользуюсь несколькими дополнительными устройствами, для которых не предусмотрено штатное питание. Сложившаяся ситуация на рынке источников питания для автомобиля — использование разъема прикуривателя для всего на свете. В итоге — провода по всему салону, непонятно, включен регистратор или нет... Наверное, для большинства пользователей это удобно, но не для меня. Внезапно захотелось иметь розетки USB, чтобы любое устройство заряжалось быстро как дома, чтобы в прикуривателе ничего не торчало и не мешало закрыть шторку около селектора АКПП. Захотелось, чтобы регистратор просто включался и работал во время движения, а задние пассажиры не ломали ногами его адаптер. Ничего готового, к счастью, не нашлось — и вот я уже рисую схему!

Voltage transient emissions test (ISO 7637-2:2004 4.3)

Этот тест предназначен для оценки устройства как источника помех в сети питания. Стенд, собранный по этой схеме, показан на первой иллюстрации.

^[5]

Где:

1. Осциллограф (Keysight MSO-X 3104T 1GHz)
2. Пробник осциллографа
3. Эквивалент сети (самодельный, см. ниже)
4. Тестируемое устройство (источник помех)
5. Заземленная поверхность(металлический лист серый)
6. Источник питания (Keysight DC power analyser N6705B)
7. Заземление

Эквивалент сети.

^[6]

Где A — контакт источника питания, B — земля, C — конденсатор, L — индуктивность, P — контакт тестируемого устройства, R — резистор.

Их характеристики:

L = 5 мкГн (без сердечника);
Сопротивление между P и A: < 5 mΩ;
C = 0,1 μF на напряжение 200 В a.c. and 1500 В d.c.;
R = 50 Ω.

Сопротивление катушки вышло чуть больше указанного в стандарте, так что лабораторию по сертификации мне не открыть.

Сняты осциллограммы:

• в момент включения входного питания
• выключения входного питания
• помехи в режиме работы на номинальную нагрузку

Измерен полный размах напряжения, времена нарастания-спада не измерялись. В нормальном режиме измерена частота основной помехи (часто она была не одинока).

ВАХ

Состав стенда как в тесте Voltage transient emissions test. Измерено напряжение на выходе устройства при номинальном токе, потребляемый ток. Нагрузка имитируется тем же прибором N6705B - у него 4 порта, каждый со своим внутренним модулем, некоторые модули можно использовать как нагрузку. Номинальный ток потреблялся только с одного порта USB, для многопортовых устройств данные о КПД и максимальных помехах могут быть неточными. Сняты сопротивления проводов для ввода поправок.

Совместимость с разными устройствами

Проверялась возможность заряда Apple Ipad и Samsung Galaxy, измерялась величина входного тока.

Transient immunity test (ISO 7637-2:2004 4.4)

Эта схема включения предназначена для проведения тестов на устойчивость к переходным процессам. По этой схеме проведены все последующие тесты.

^[7]

Где:

1. Осциллограф (внутренний осциллограф у Keysight N7973A)
2. Пробник осциллографа (в нашей конфигурации отсутствует)
3. Генератор тестовых импульсов (Keysight N7973A 60V 33A)
4. Тестируемое устройство
5. Заземленная поверхность(металлический лист серый)
6. Заземление
7. Опциональный резистор (в нашей конфигурации отсутствует)
8. Опциональный диодный мост (в нашей конфигурации отсутствует)

Импульс 2b (ISO 7637-2:2004 п. 5.6.2b)

Симулирует помехи от моторов постоянного тока, работающих в режиме генератора после выключения зажигания.

^[8]

Импульс 4 (ISO 7637-2:2004 п. 5.6.4)

Симулирует просадку питания, вызванную включением стартера ДВС, исключая всплески, вызванные стартом.

^[9]

Импульс 5b (ISO 7637-2:2004 п. 5.6.5)

Этот тест моделирует помеху «Сброс нагрузки», которая происходит в случае отсоединения батареи. Генератор продолжает отдавать ток зарядки, при этом остальные нагрузки остаются подключенными. Под грозный импульс 5а попало два устройства: №4 и №11. Оба сгорели. Потом я прочитал, что в современных автомобилях есть супрессор, и таких напряжений не будет. №4 выбыл из дальнейшего тестирования. Для всех остальных устройств вместо него использовался следующий импульс (LV124).

^[10]

LV124/VW8000 2013-6:E-05 «Load dump»

Суть та же, что у импульса 5b, но он определен производителями Audi, BMW, Daimler, Porsche и VW. Взят из брошюры Keysight.

^[11]

Direct current (ISO 16750-2 п.4.1)

Этот тест проверяет функционирование оборудования в пределах между минимальным и максимальным напряжением питания. Критерий оценки: класс A.

^[12]

Overvoltage (ISO 16750-2 п.4.2)

Этот тест симулирует ситуацию, когда вышел из строя регулятор генератора, и его выходное напряжение превысило нормальные значения. Этот тест симулирует «прикуривание». Подавал напряжение 24В в течение 60с из п. 4.2.1.2. Критерий оценки: класс D.

Superimposed alternating voltage (ISO 16750-2 п.4.3)

Этот тест симулирует добавленное переменное напряжение поверх постоянного. Частота изменялась 50Гц — 10кГц - 50Гц, в стандарте до 20 кГц, у нас до 10 кГц, источник больше не мог. Критерий оценки: класс А.

^[13]

Starting profile (ISO 16750-2 п.4.5.3)

Этот тест проверяет поведение тестируемого устройства во время и после старта. Критерий оценки: класс С. По сути, он такой же как Имульс 4 из ISO 7637-2, только дбавилась осцилляция на полочке.

^[14]

Short circuit protection (ISO 16750-2 п.4.8)

Этот тест симулирует короткое замыкание входов и выходов устройства. Коротим все контакты одного USB выхода между собой, т.е. на землю. В стандарте предписано коротить на землю и на питание 12В, но у нас второй вариант невозможен, и я его не моделировал. Один раз это получилось случайно - так сгорел один из Ginzzu «GA-4015UB». Критерий оценки: класс С.

Reversed voltage (ISO 16750-2 п.4.6)

Этот тест проверяет устойчивость устройства к неверной полярности батареи когда используется вспомогательное пусковое устройство. Прикладываем -14В на вход на 60с. Критерий оценки: после замены сгоревших предохранителей класс С. Внешний предохранитель не использовался, был сожжен один 10А стандартный FUSE — на токе 33А это заняло 150 мс, что намного больше чем выдержало любое сгоревшее устройство.

Gerffins CC02

^[15]

Лучшее из купленных устройств — на входе самовосстанавливающиеся предохранители, супрессор, LC-фильтр, диоды для защиты от обратного напряжения. Разводка аккуратная, устройство сильно усложнено, видимо, из экономии на микросхемах источников. Предусмотрены варианты подключения линий D+ D- к делителям напряжения для Apple, но закорочены. Написано, что разработано в США, изготовлено в Китае, собственность Евросеть. Не хотят у нас разрабатывать…

Samsung Сar adapter

^[16]

LC-фильтр, плавкий предохранитель, после замены которого (пайка) устройство работает. Аккуратная трассировка.

Phantom PH2163

^[17]

Входная защита не предусмотрена, взорвался электролит. Микросхема питания зашлифована (защита от копирования?), микросхему пробило.

Deppa Ultra duo

^[18]

Плавкий предохранитель, после замены которого (пайка) устройство работает. На одном порту D+ D- соединены, на другом — делители. IC зашлифована. Аккуратная трассировка.

Ginzzu GA-4415UW

^[19]

Защита не предусмотрена. На одном порту D+ D- соединены, на другом — делители. Плата сильно пострадала. Трассировка плоха — расположение дросселя и микросхемы. Зато англоязычным пользователям предлагают 4.8А против 3.1А для русских. В миллиамперах характеристики совпадают!

Stark CC2USBSTWH

^[20]

Плавкий предохранитель, после замены которого (пайка) устройство работает. На одном порту D+ D- соединены, на другом — делители. Дроссель далеко от микросхемы. Зато однослойная плата…

GAL UC-1127M

^[21]

Плавкий предохранитель не сработал. Плата низкого качества.

Ginzzu GA-4015UB

^[22]

Защита не предусмотрена. На одном порту D+ D- соединены, на другом — делители. Правда, разбираться какой где пользователю придется самостоятельно. Плотная компоновка, элементы залиты каким-то компаундом. Убиты 2 шт.

Pockets SPECHR-011

^[23]

Плавкий предохранитель, после замены которого (пайка) устройство работает. Предусмотрены варианты подключения линий D+ D- к делителям напряжения, но линии закорочены.

Belkin RoadRockstar

^[24]

Плавкий предохранитель, после замены которого (пайка) устройство работает. Супрессор, предохранитель, LC-фильтр на штекерной части, предохранитель и фильтр на пассажирской части. Замечательное качество разработки. IC для определения устройства как оригинальной зарядки разными потребителями.

Мой 4USB

^[25]

Плавкий предохранитель, супрессор, e-Fuse, IC для определения устройства как оригинальной зарядки разными потребителями.

Мы можем закрыть глаза на требование стандарта сохранять полную или частичную работоспособность во время теста, ведь для зарядки важно не сгореть и не пожечь заряжаемые устройства. Класс A и C считаю лучше класса B — либо делаем как положено, либо ничего не заряжаем.

Думаю, тут сошлись три проблемы: КПД, нехватка места и себестоимость. Кроме того, многие микросхемы позволяют работать с повышенным напряжением (34063A имеет максимальное напряжение на входе 40В), а входной конденсатор может сглаживать часть помех. КПД с диодом будет хуже (допустим, — 10%), что для ЗУ, помещающихся в разъем прикуривателя, чревато перегревом (от 3-амперного Ginzzu ждал, что перегреется и сгорит под номинальным током, через час он начал сбрасываться, разогревшись очень сильно, но не сгорел). Для многопортовых ЗУ диод будет рассеивать очень много — у belkin при мощности на выходе 36Вт, общие тепловые потери будут около 10Вт, а сейчас только 4Вт. Если поставить транзисторную защиту — дорого.