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China-Spannungswandler ohne Keramikkondensatoren


Chinesen sind berühmt-berüchtigt dafür, dass sie alles noch etwas billiger bauen können. Ein Beispiel davon entdeckte ich, als eine 12-V-Verteilersteckdose Funkstörungen produzierte. Genauer: Neben drei der großen, runden Buchsen enthielt sie noch zwei USB-Buchsen. Wenn ich die benutzte, stieg der Störpegel im 2-m-Band deutlich an.

Die Suche

Als erste, nicht-invasive Maßnahme versah ich die Eingangsleitung mit einem Ferritring. Auch verdächtigte ich den angeschlossenen Tablet-Computer und verdrosselte auch dessen Stromleitung. Nach dem Einstecken war erst mal Ruhe – offensichtlich aber nur so lange, bis die Ladeeinrichtung des Tablets aktiv wurde. Also musste ich die Verteilersteckdose untersuchen.

Spannungswandler ohne Kreamikkondensatoren

Die Untersuchung der Wandlerplatine zeigte mal wieder die Berechtigung obiger Behauptung: Bauteile, die zur grundsätzlichen Funktion nicht elementar wichtig sind, lässt man bewusst weg – auch wenn man damit nur wenige Cent spart:

  • Noch am ehesten verständlich ist das Fehlen der Diode D1 (unterer Kreis): Damit soll beim Verpolen der Betriebsspannung die Sicherung ausgelöst werden. Wer die Verteilersteckdose schlicht im Auto einsteckt, sollte nicht auf dieses Problem stoßen. Wer selber bastelt, die Betriebsspannung falsch herum anschließt und das dann nicht prüft, ist selber schuld.
  • Ganz anders sieht das bei C2 (Ellipse) aus: Da hat der Entflechter der Platine ganz bewusst und unmittelbar am Schaltregler die Eingangsspannung mit einem Keramikkondensator abgeblockt. Der ist nicht bestückt, schließlich ist unten rechts auf der Platine ein Elektrolytkondensator angeschlossen (auf der anderen Platinenseite). Genau hier wird ständig der Strom ein- und ausgeschaltet! Und das passiert mit sehr steilen Flanken, denn der Schaltregler ist mit 3,1 A bei 5 V spezifiziert. Ohne sehr schnelle Schalter würde der Regler viel zu warm.
  • Dass der Kondensator C5 (Mitte) fehlt, ist schon fast entschuldbar. Hier wird die Ausgangsspannung abgeblockt, aber da ist schon die Drossel des Schaltreglers davor, die das Störsignal hochohmig macht.

Dass sich die Hersteller in Fernost gerne auf gute Hochfrequenzeigenschaften von Elektrolytkondensatoren verlassen, ist für sie Stand der Technik. Wenn also ein Schaltregler Funkstörungen verursacht, kann man gleich mal auf Verdacht allen einschlägigen Elkos einen Keramikkondensator parallel schalten. Anschließend sollte man prüfen, ob die Störungen schon hinreichend unterdrückt sind. Geeignete Drosseln sind vergleichsweise groß und müssen in Serie angeschlossen werden. Das bedeutet oft genug das Durchkratzen von Leiterbahnen und mechanische Probleme, was alles die Betriebssicherheit beeinträchtigt.

Die Lösung

Spannungswandler mit Kerkos

Die Lösung sieht am Ende so aus:

  • Eine Ferritdrossel (obere Ellipse, im Isolierschlauch) liegt in der Plus-Zuführung des Spannungswandlers.
  • Ein Keramikkondensator schließt die Störungen kurz, die von der Drossel hochohmig gemacht wurden.
  • Die oben angemahnten Keramikkondensatoren (rechte Ellipse) reduzieren die Störungen an der Quelle und machen sie niederohmig – Voraussetzung dafür, dass die Ferritdrossel mit ihrer breitbandigen Impedanz von 50 Ohm überhaupt ihre Wirkung entfalten kann.

Mal ganz konkret:

  • Schon länger hatte ich bemerkt, dass das S-Meter meines FT-817 im 2m-Band immer wieder zuckte. Bei der Ortsrunde irritierte mich das nicht so sehr und das Zugspitzrelais kann ich selbst mit der Handfunke arbeiten. Also waren andere Dinge erst mal wichtiger.
  • Bei meiner Recherche zum Salzburger 2m-Relais OE2XZR [1] war dann nicht mehr zu überhören, dass ich Funkenstörungen auf dem Signal hatte. Das Relais ist über 100 km weit weg und kommt an meinem Rundstrahler so knapp über der Grasnarbe an. So war es jedenfalls nicht lesbar.
  • Ohne den Kondensator im Kreis waren die Störungen schon deutlich niedriger. Ich konnte aber immer noch hören, ob die Verteilersteckdose gerade 12 V bekam oder nicht.
  • Erst der Kondensator im Kreis sorgte dafür, dass ich nichts mehr vom Schaltregler höre. Dafür höre ich jetzt Interferrenzen von einem zweiten Relais, das ich ganz offensichtlich auch mit 5 W öffnen kann, das allein aber kein irgendwie verständliches Signal liefert. Dessen Antenne muss noch deutlich mehr Gewinn haben als die 4 dB bei OE2XZR.

Weitere Beobachtungen

Die Platine hat noch andere aufschlussreiche Spuren: Die Platine wurde nach dem Lötbad nicht gereinigt und ein Teil der Lötstellen, vor allem auch an den SMD-Bauelementen, wurden manuell gelötet. Ich vermute, dass die gesteckten Bauelemente in einem uralten Lötbad gelötet wurden und der Rest dann unter dem Mikroskop von Hand passierte. Die Elektrolytkondensatoren wurden vermutlich auch von Hand bestückt. Sonst steckten sie wohl nicht so schief in der Platine. Arbeitskräfte sind in China ganz offensichtlich immer noch billiger als moderne Maschinen.

Die Quintessenz ist die gleiche wie bei meinem Artikel über den Direktimport von Schaltreglern aus China [2], obwohl ich die Verteilersteckdose bei einem deutschen Händler kaufte: Man bekommt immer das, was man einkaufte. Nur haben wir da in vielen Fällen keine Wahl mehr: Die Billigkonkurrenz aus Fernost hat ihre Konkurrenz längst niedergewalzt. Es hat keinen Sinn, den Kopf in den Sand zu stecken: Wir müssen mit dem Fernost-Schrott leben und ihn selber zu Ende entwickeln.

Noch eine Störungsquelle

Wenn der Schaltregler im Kurzwellenbereich sauber ist, aber im VHF/UHF-Bereich Störungen produziert, sollte man nach einem Oszilloskop mit mehreren 100 MHz Bandbreite suchen. Falls man damit ein deutliches Klingeln an den Schaltflanken zwischen Leistungstransistor und Induktivität entdeckt, kann noch ein anderer, etwas komplexerer, Effekt Schuld sein. Näheres ist in [3] zu finden.

Verweise

[1] Oberbayern-Rundspruch 3/2020
[2] Kritisch unter die Lupe genommen: Schaltregler aus Fernost
In: Funkamateur 12/2019, S. 1138ff
[3] Nexperia (ex NXP): Application Note: AN11160 - Designing RC snubbers
In: https://assets.nexperia.com/documents/application-note/AN11160.pdf
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Alexander von Obert * http://www.dl4no.de/thema/china-sp.htm
Letzte Änderung: 10.02.20 (Literaturverweis [3] hinzugefügt)


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