Auf der Suche nach USB-Netzteilen, die nicht explodieren

Jan 08, 2024

USB-Netzteile sind supergünstig und allgegenwärtig. Sie sind das Tribble meines Haushalts. Aber sie sind nicht alle gleich und einige von ihnen können sogar gefährlich sein. Ich musste USB-Netzteile für ein Produkt beschaffen, und das war nicht einfach. Aber der Vorteil ist, dass ich sie alle auseinandernehmen und mir ihre Designs ansehen konnte.

Um legitim zu sein, ist es schön (aber nicht gesetzlich vorgeschrieben), dass ein Netzteil über eine UL-Zulassung verfügt. Einige Einzelhändler, Büros und Gebäudeverwalter verlangen dies, und einige Versicherungsgesellschaften zahlen möglicherweise keine Ansprüche, wenn sich herausstellt, dass der Schaden durch ein nicht von UL zugelassenes Gerät verursacht wurde. Die UL-Zulassung ist jedoch kein einfacher Prozess und zeitaufwändig und teuer. Die gute Nachricht ist: Wenn Sie ein Niederspannungs-Gleichstromprodukt entwickeln, können Sie es mit einem UL-zugelassenen Netzteil kombinieren und können ohne weitere Tests loslegen.

Wenn Sie eine FCC-Zulassung anstreben und unbeabsichtigt Emissionstests durchführen lassen (was wahrscheinlicher ist als UL, da es sich um eine gesetzliche Anforderung für Produkte handelt, die bestimmte Qualifikationen erfüllen), müssen die Tests für die gesamte Lösung durchgeführt werden, also auch für das Netzteil ebenfalls in die Prüfung einbezogen werden.

Die Beschaffung günstiger Elektronik in großen Mengen landet meist in China und insbesondere bei Alibaba. Zuerst begannen wir mit einer „How-Low-Can-You-Go-Lösung“. Dabei handelte es sich nicht einmal um ein Netzteil; Es handelte sich um ein leistungsstarkes „adapteP“, und die gesamte Charge wurde falsch gedruckt. Qualitätskontrolle könnte keine hohe Priorität haben. Nach dem Aufschneiden war es nicht mehr so ​​schlimm und es waren alle notwendigen Teile vorhanden. Es war überraschend, wie viel davon durchlöchert war, was darauf hindeutet, dass der Zusammenbau größtenteils von Menschen durchgeführt wurde. Das passiert, wenn Fabriken billiger sind, billige Arbeitskräfte einstellen, nicht in Technologie investieren und sich nicht so sehr um Qualität kümmern.

Es gibt bestimmte Dinge, auf die Sie bei einem Netzteil achten sollten, um den Grad des Risikos zu bestimmen:

Also dieser erste Adapter? Der Isolationsabstand war in Ordnung, da es sich um zwei separate Platinen handelte, es gab jedoch keine Sicherung und kein Schutzband zwischen den Komponenten. Die Anschlüsse waren alle fest, aber das Etikett machte keine Versprechen. Was die Leistung anbelangt, bedeutete die Ausgabe bei 5,34 V unter der Last meines Produkts, dass sie etwas außerhalb der USB-Spezifikation (5,25 V-Grenze) lag, aber nicht gefährlich war. Auf dem Oszilloskop klingelte es mit einer Spitze von 5,5 V bei 4 kHz.

Natürlich erwies es sich als schwierig, diesen Vorrat für eine zweite Charge zu beschaffen, und wir wollten, dass der USB-Stecker seitlich statt vorne herauskommt, damit er an einer Wand ein dünneres Profil hat. Darüber hinaus benötigten wir für einen Kunden eine UL-Zulassung. Unser zweiter Versuch war überraschend erfolgreich. Dieser Adapter verfügt über eine UL-Zertifizierung mit einer Nummer zum Nachschlagen. Beachten Sie, dass es nicht ausreicht, nur eine Nummer zu haben; Viele Unternehmen geben einfach die Nummer einer anderen Person auf ihr Produkt und gehen davon aus, dass sich niemand die Mühe macht, dies zu überprüfen. Wenn Sie also nachschlagen und einen anderen Hersteller oder ein anderes Gehäuse finden und es eher wie ein Kühlschrank als wie ein USB-Netzteil aussieht, wundern Sie sich nicht zu sehr. Aber nein, dieser war großartig! Auf dem Etikett befanden sich der Firmenname, die Modellnummer und die technischen Daten sowie überprüfbare Zertifizierungen. Lass es uns aufreißen!

Süßes, süßes Silikonfleisch in einer ABS-Schale! Mit Schutzband umwickelte Komponenten, zwei Leiterplatten zur Isolierung und sogar ein spezielles spritzgegossenes Kunststoffteil für zusätzlichen Schutz. Komponenten sind beschriftet, und was ist das, ein IC zur Steuerung der Schwingung anstelle einer Rückkopplungswicklung am Transformator? Schick! Es ist ziemlich klar, dass dieses Netzteil gut ist, und ich würde diesem vertrauen.

Im Vergleich zu den anderen fallen so viele kleine Details auf, die wichtig und klar durchdacht sind. Nehmen Sie zum Beispiel die Verbindung zwischen den Zinken und der Leiterplatte. Auf der vorherigen Platine wurde es mit von Hand gelöteten Drähten hergestellt. Solide, aber zeitaufwändig und anfällig für Ausfälle oder Qualitätsprobleme. Dieser Adapter verfügt über Metallkontakte, die sehr fest im Gehäuse einrasten, so dass sich die Zinken nicht lösen können. Die Verbindung zur Leiterplatte erfolgt über die Federkraft des Metalls. Beachten Sie jedoch, dass die Leiterplatte über Pads verfügt, die speziell dafür ausgelegt sind, die Oberfläche dieser Verbindung zu maximieren. Auf der nächsten Platine werden Sie keinen solchen Aufwand sehen.

Einige Komponenten waren mit Schrumpfschlauch, Klebeband oder nicht leitendem grauen Kleber abgedeckt. Die Baugruppe war fest und es gab keinen Platz für Komponenten, die sich lösen oder versehentlich berühren könnten. Und die Ausgabe war perfekt. 4,9 Volt ohne Welligkeit.

Aber das ist China, und es gibt Probleme bei der Beschaffung von Komponenten, daher hätte ich mich wohl nicht wundern sollen, als diese Vorräte nicht mehr verfügbar waren. Im Nachhinein betrachtet handelte es sich möglicherweise um nicht verkaufte Überbestände oder möglicherweise um Ausschussware aus der Qualitätskontrolle. Das würde erklären, warum sie nur geringfügig teurer waren als die anderen. Und so wechselten wir zu einem anderen Lieferanten; Eines, auf das unser Logo im Tampondruck gedruckt werden könnte.

Auf den ersten Blick schienen diese Netzteile identisch zu sein. Doch bei näherer Betrachtung fallen leichte Unterschiede im Stil rund um den USB-Anschluss und die erhabenen Rillen auf der Unterseite auf. Das Etikett war völlig anders und die Nummer neben dem UL-Logo fehlte. Auf dem Angebot stand auch kein Firmenname, und es stellte sich heraus, dass es sich bei der Firma, bei der wir kauften, um einen Wiederverkäufer und nicht um den OEM handelte. Warum betrug der Ausgang außerdem 4,7–5 V und warum meldete mein Oszilloskop 5,5 V (aber überraschend stabil)?

Drinnen war ein ganz anderes Biest. Bei Verwendung einer einzelnen Leiterplatte betrug die Kriechstrecke etwa einen Millimeter. Sie können die weiße Linie sehen, die sich durch die Unterseite der Leiterplatte schlängelt und die hohe und niedrige Seite anzeigt. Der USB-Anschluss war außer an den vier Signal-/Stromanschlüssen (siehe Unterseite unten links und die hängenden USB-Anschlussstifte) nicht mit der Platine verlötet, und es gab einen Kondensator mit wirklich langen, unbedeckten Leitungen und der positiven Seite, die gefährlich nah dran war die USB-Shell. Es gab fast kein Schutzband, keinen Schrumpfschlauch an den Leitungen und keinen Schutz im Falle eines Kurzschlusses.

Letztendlich würde ich den beiden Nicht-UL-Lieferanten nichts anvertrauen, das mehr als ein paar Dollar wert ist, und schon gar nicht mein Handy. Ich hätte wirklich große Bedenken, sie an Kunden weiterzuverkaufen, die den Unterschied nicht kennen. Der UL-zugelassene war großartig, aber die anderen beiden eignen sich nur für die Stromversorgung von Geräten mit geringer Stromaufnahme, die nicht spannungsempfindlich sind. Außerdem ist es SCHWIERIG, in China einen zuverlässigen Lieferanten zu finden.

Schauen Sie sich eine viel ausführlichere Analyse dieses und praktisch aller USB-Netzteilwürfel von [Ken Shirriff] an. Es ist überraschend, wie wenig sich in vier Jahren an diesen Verbrauchsmaterialien geändert hat, und seine Analyse befasst sich mit der Funktionsweise der Schaltkreise hinter diesen Verbrauchsmaterialien und identifiziert jede Komponente und ihren Zweck.

Wir berichteten auch über einen Sparkfun-Abbau einiger Netzteile mit ähnlichen Schlussfolgerungen und über einen Fail of the Week, bei dem ein fehlerhaftes USB-Netzteil die wahrscheinliche Ursache für einen Brand war.