Jak wybrać obciążenie USB

W związku z ogromną popularnością różnych urządzeń mobilnych, a co za tym idzie zasilaczy i powerbanków korzystających ze standardowego złącza USB, pojawiła się cała klasa obciążeń elektronicznych przeznaczonych do ich testowania.
W praktyce obciążenia te mają wiele wspólnego ze zwykłymi, ale ze względu na specyfikę zastosowania mogą mieć funkcje, których zwykłe modele nie oferują. Z drugiej strony mogą nie potrafić tego, co potrafią ich „starsi bracia”.

Przypominam: żeby być na bieżąco z nowymi tematami na blogu, polecam obserwować mój Instagram. Będę tam publikować powiadomienia o nowych wpisach, a może też pisać po prostu o czymś ciekawym — link do konta

Można też subskrybować aktualizacje i nowe artykuły na kanale Telegram — https://t.me/KirichBlog



Najczęściej używa się ich do:
1. Testowania wydajności prądowej zasilaczy (ładowarek).
2. Oceny pojemności powerbanków.

Zwykłe obciążenia i obciążenia USB mają wspólny układ mocy, składający się z mocnego tranzystora, układu kontroli prądu i oczywiście radiatora, często z wentylatorem. Dlatego wiele kryteriów wyboru obciążenia USB pokrywa się z kryteriami dotyczącymi zwykłych obciążeń: chodzi tu zarówno o prąd, jak i napięcie oraz moc.


Kluczową cechą obciążeń USB są oczywiście wbudowane odpowiednie złącza — to jedno z kryteriów wyboru.
Są modele, w których na płytce zamontowano tylko gniazda, więc źródła zasilania podłącza się do nich za pomocą standardowych kabli USB. Zwykle są to co najmniej dwa typy złączy: MicroUSB i USB Type-C, ale czasem trafia się też „wymierające” MiniUSB.
Drugi sposób podłączenia to wtyk USB-A na płytce. W takim przypadku obciążenie można podłączyć bezpośrednio do zasilacza.


Jeśli korzystacie z urządzeń ZKEtech, możecie dokupić do nich adapter USB. Nie wyróżnia się on bogactwem złączy, ale ma kilka istotnych zalet:
Podłączenie czteroprzewodowe
Możliwość pomiaru prądu w trybie monitorowania, czyli śledzenia prądu pobieranego przez inne obciążenie, na przykład smartfon.


Jeśli spodobało wam się jakieś obciążenie, ale nie ma odpowiednich złączy, to żaden problem — dostępne są specjalne płytki-adaptery. Można używać ich w całości albo rozdzielić na części, żeby wygodniej z nich korzystać.


Kolejnym ważnym czynnikiem jest obsługa przez obciążenie elektroniczne nowoczesnych protokołów szybkiego ładowania, takich jak Quick Charge i Power Delivery. Ta funkcja występuje dość rzadko, zwłaszcza obsługa Power Delivery, ale i w takim przypadku można sobie poradzić, na przykład używając jednego ze złączy do podłączenia testera USB lub wyzwalacza zmiany protokołu. Pierwsze rozwiązanie jest lepsze, choć droższe.


Tester lub wyzwalacz protokołów można też podłączyć szeregowo na wejściu obciążenia.


Ostatnim decydującym kryterium wyboru jest moc.
Do większości zastosowań domowych wystarczy 10–35 W. Jeśli potrzebne jest urządzenie, które pozwoli testować wszystkie dostępne obecnie zasilacze USB, potrzebne będzie już 100 W. To maksymalna moc dla protokołu Power Delivery, ale jeśli kupujecie urządzenie „na zapas”, lepiej rozejrzeć się za jeszcze mocniejszymi modelami — 150–180 W lub więcej.

Najprostszym i pod pewnymi względami najwłaściwszym rozwiązaniem jest obciążenie rezystancyjne. Oczywiście nie da się tu płynnie regulować prądu, a wskazania ograniczają się do dwóch diod LED. Mimo to takie urządzenia całkiem dobrze nadają się zarówno do testowania ładowarek USB, jak i do szacowania pojemności powerbanków.
W pierwszym przypadku można używać samego obciążenia, przełączając wartość prądu. W drugim najprawdopodobniej przyda się tester USB albo przynajmniej stoper.
Wady: brak stabilizacji prądu (zależy on od napięcia), testowane napięcie tylko do 5 V (przy wyższym urządzenie będzie się przegrzewać), brak jakichkolwiek funkcji serwisowych.
Zaleta: cena.

Obciążenie można zbudować samodzielnie z kilku rezystorów, ale prościej zwrócić uwagę na gotowe urządzenia. Poniżej pokazano dwa warianty, różniące się zakresem i skokiem regulacji. Pierwszy ma trzy poziomy: 1, 2 i 3 A, a drugi pozwala ustawić prąd od 0,25 do 4 A ze skokiem 0,25 A. Podane wartości prądu dla obu wariantów dotyczą napięcia 5 V.


Ponieważ przy prądzie 4 A i napięciu 5 V moc osiąga 20 W, producent pomyślał o chłodzeniu i wypuścił model z wentylatorem. Nie cieszyły się one jednak popularnością, bo po niewielkiej dopłacie można już kupić obciążenie elektroniczne.


Części opisanych wyżej wad nie ma regulowane obciążenie USB JUWEI, które pozwala płynnie regulować prąd do 3 A i ma maksymalną moc 15 W w zakresie napięć od 3,7 do 13 V.


Ciekawszym i bardziej funkcjonalnym urządzeniem jest JUWEI JW-D2LCDS-35W. Ma wygodną regulację za pomocą dwóch potencjometrów (zgrubną i precyzyjną), wiele wariantów złączy, wyświetlacz pokazujący prąd i napięcie na wejściu oraz napięcie na liniach danych portu USB, a także pomiar pojemności w Ah. Do tego dochodzi całkiem poważna moc 35 W w zakresie od 3 do 21 V.
W zasadzie jest to swego rodzaju hybryda obciążenia i testera USB. Można też powiedzieć, że producent wziął obciążenie elektroniczne i dołożył do niego tester USB, więc w praktyce jest to urządzenie 2 w 1.


Firma Rui Deng jest bardzo dobrze znana na rynku tego typu urządzeń. Produkuje zarówno obciążenia, jak i testery oraz przetwornice napięcia, a jej produkty wyróżniają się stabilną jakością.
Najprostsze modele to LD25 i LD35. Mają kilka wariantów złączy, prosty wyświetlacz LED i potencjometr do ustawiania prądu. Na wyświetlaczu pokazywane są zmierzone wartości prądu i napięcia, a także obliczona moc pobierana przez obciążenie.


W ofercie Rui Deng są jednak także dwa bardziej funkcjonalne modele: HD25 i HD35. Są bardzo podobne do poprzednich, ale dodatkowo obsługują protokoły QC2.0 (5 V, 9 V, 12 V, 20 V), QC3.0, FCP i AFC9V, a ich cena jest niewiele wyższa.


Modele różnią się maksymalnym prądem (odpowiednio 4 i 5 A), mocą (odpowiednio 25 i 35 W) oraz obsługą protokołów szybkiego ładowania. Przy takich samych wymiarach zewnętrznych wersje 35 W mogą rozpraszać większą moc, ponieważ zamontowano w nich wydajniejszy wentylator.
Różnica w cenie urządzeń nie jest duża, a HD35 wydaje się lepszym wyborem.


Niedawno pojawiło się podobne obciążenie innego producenta. Zasada działania jest taka sama jak w HD25 i HD35.


Jeszcze ciekawszym rozwiązaniem jest obciążenie USB DTU-CCL01. Ma ono również kilka wariantów złączy, wbudowany wyzwalacz protokołów i moc do 35 W przy napięciu do 30 V i prądzie do 3 A, ale znacznie bardziej informacyjny wyświetlacz.


Od spodu zamontowano aluminiową płytkę. Nie bierze ona udziału w chłodzeniu, ale ma chronić elementy elektroniczne płytki przed uszkodzeniem.


Obsługiwanych jest wiele protokołów szybkiego ładowania, a samo obciążenie jest dość funkcjonalne: umożliwia pomiar rezystancji przewodów, ma zabezpieczenie przed przeciążeniem i programową kalibrację pomiaru prądu. Ustawianie prądu odbywa się jednak tak samo jak w prostszych modelach, za pomocą dwóch rezystorów (zgrubnie/dokładnie).


Podczas projektowania różnych urządzeń chińscy konstruktorzy czasem trochę ponosi fantazja i powstają całe stanowiska testowe „wszystko w jednym”. Przykładem jest Juwei Atorch Q7-T.
Model ten ma parametry zbliżone do pokazanych wyżej urządzeń: moc 30 W przy prądzie do 2,8 A i napięciu do 24 V, wiele różnych opcji podłączenia oraz regulację prądu za pomocą pary „pokręteł”.


Urządzenie jest „hybrydowe” i w zasadzie składa się z kilku modułów. Jednym z nich jest odpowiednik testera USB UM24C. Świadczy o tym menu z dużą liczbą ustawień oraz wysoka dokładność pomiaru prądu i napięcia. Urządzenie rozpoznaje różne protokoły szybkiego ładowania, ale nie pozwala nimi sterować.


Urządzenie ma jednak także swój „smaczek”: w odróżnieniu od poprzednich jeden z modułów to odbiornik do współpracy z ładowarkami bezprzewodowymi.


To nie wszystko. Za pomiary odpowiada odpowiednik testera UM24C, a urządzenie ma też Bluetooth, więc po zainstalowaniu odpowiedniego programu można monitorować pomiary za pomocą komputera lub smartfona. Trudno już zresztą nazwać je obciążeniem.

Ciekawe urządzenie, o niezłej dokładności pomiaru i dużej funkcjonalności, ale niestety nie potrafi sterować funkcją szybkiego ładowania.


Wygląda na to, że to obciążenie nie jest już produkowane, a jego miejsce zajęła nowość — UD18L. Ona również umożliwia sterowanie protokołami i łączenie ze smartfonem.


Pojawiły się też inne nowości: 65 W w bardzo kompaktowej obudowie — link.


To obciążenie ma jednak pewną wadę: choć deklarowana jest obsługa PD 60 W, nie potrafi przełączać protokołów, dlatego producent zaleca użycie wyzwalacza.


A tutaj deklarowana moc wynosi aż 100 W, choć szczerze mówiąc, mam poważne wątpliwości, czy urządzenie długo ją wytrzyma.
Ciekawsze są jednak jego szczególne cechy. Początkowo było sprzedawane w zestawie z testerami CT3 i CT-3A, a w komplecie można znaleźć dziwną taśmę.


Samo obciążenie też nie jest tak proste jak poprzednie — ma nawet mikrokontroler.


Cały trik polega na tym, że podłącza się je do testera USB, tworząc jedno urządzenie.


To obciążenie USB wygląda podobnie do poprzednich, ale pod względem funkcjonalności znacznie się od nich różni. To urządzenie znanego producenta ZKEtech, model EBD-USB+, który niestety nie jest już produkowany, ale być może uda się go znaleźć na rynku wtórnym.

Pod względem parametrów mamy tu te same 35 W, 4 A i 0,4–21 V, ale uważny czytelnik najpierw zauważy, że dolny zakres napięcia zaczyna się od 0,4 V. Obciążenie jest zasilane osobno (przez złącze MicroUSB), dzięki czemu może nie tylko mierzyć niskie napięcia, ale też służyć do testowania pojemności akumulatorów.


Jeszcze uważniejsi czytelnicy zauważą, że EBD-USB+ nie ma ani pokręteł do regulacji prądu, ani przycisków do sterowania trybami, ani nawet wyświetlacza. To bardzo proste: całe sterowanie odbywa się z komputera za pomocą specjalistycznego oprogramowania, które jest uniwersalne dla niemal wszystkich urządzeń (wyjątkiem jest seria EBC-X). To właśnie ta cecha jest głównym atutem, ponieważ zapewnia znacznie większe możliwości.
Podobnie jak w innych modelach ZKEtech, można ustawić progi odcięcia do testowania akumulatorów. Dostępny jest też autotest zasilaczy, kalibracja i oczywiście możliwość tworzenia wykresów oraz zapisywania ich do pliku CSV.


Oprócz tego oprogramowanie umożliwia bezpośrednie sterowanie protokołami szybkiego ładowania.


Niestety wybór złączy jest ograniczony do USB-A, ale w razie potrzeby można dokupić niewielką płytkę-adapter, która zapewni zarówno microUSB, jak i nowsze USB Type-C.


Opisane wcześniej obciążenia różnią się funkcjonalnością, konstrukcją, obecnością wyświetlacza i elementów regulacyjnych, ale łączy je jedno: ich moc jest ograniczona do 30-35 W. Dla tych, którym to nie wystarcza, produkowane są znacznie mocniejsze elektroniczne obciążenia USB, choć w tym przypadku ta funkcja jest raczej dodatkiem.

Jako przykład podam dwa stosunkowo niedrogie modele Atorch. Różnią się tylko wielkością radiatora, a co za tym idzie maksymalną mocą: odpowiednio 150 i 180 W. Link do modelu 150-watowego.


Oba obciążenia mają duży ekran, na którym wyświetlane są zarówno zmierzone parametry, jak i informacje serwisowe oraz obliczone wartości (moc, pojemność).
Do testowania zasilaczy USB i powerbanków służą trzy rodzaje złączy: MicroUSB, MiniUSB i USB Type-C. Nie ma wbudowanego wyzwalacza protokołów, ale jest USB-A do podłączenia zewnętrznego wyzwalacza. Oprócz tego dostępne są osobne zaciski do podłączania mocnych źródeł zasilania.
Sterowanie jest klasyczne: dwa potencjometry (zgrubny/precyzyjny) i jeden przycisk.


Oczywiście pokazane obciążenie jest już od dawna przestarzałe, więc jeśli budżet jest ograniczony, lepiej kupić nowszą wersję. Choć obecnie ona również jest już przestarzała, to przynajmniej ma połączenie czteroprzewodowe, bardziej zaawansowane oprogramowanie itp.
No i oczywiście możliwość podłączenia do komputera oraz tworzenia wykresów rozładowania. Ogólnie uważam, że w tej cenie to świetny wybór.


Kolejną cechą świadczącą o przynależności do bardziej zaawansowanych modeli są cztery tryby pracy (CC, CV, CR, CP), możliwość podłączenia zewnętrznego czujnika temperatury oraz liczne ustawienia progów zabezpieczeń i automatycznego wyłączania.


A jeśli ktoś się nudzi i ma ochotę na coś... oryginalnego, Atorch ma też taką wersję


Jeśli planujesz używać obciążenia nie tylko z urządzeniami USB i źródłami o niewielkiej mocy (do 150 W), sprawdzi się DL24MP lub DL24EW. Recenzję tego drugiego modelu znajdziesz tutaj. W tych obciążeniach moc rozpraszana jest przez kilka tranzystorów, a prąd jest równoważony. Do każdego z nich można też podłączyć dodatkowe moduły.



Tak naprawdę nie da się jednoznacznie powiedzieć, że jedno obciążenie USB jest dobre, a inne złe. Wszystko zależy od zadań, do których ma służyć, oraz od kwoty, jaką jesteście gotowi wydać.
Na przykład nawet najprostsze obciążenie z rezystorami, używane razem z testerem USB, pozwoli przetestować ładowarki lub powerbanki z wyjściem 5 V. Tym bardziej że można użyć kilku takich urządzeń połączonych równolegle.
Wygodniejsze są urządzenia z wbudowanym wskaźnikiem, płynną regulacją i różnymi funkcjami dodatkowymi, na przykład produkty Rui Deng lub DTU-CCL01. Jednak w związku z upowszechnieniem się ładowarek obsługujących Power Delivery mogą one również wymagać dodatkowego wyzwalacza protokołów.
Osobną kategorię stanowi model firmy ZKEtech — EBD-USB+. Mimo dość skromnych parametrów technicznych urządzenie ma bardzo zaawansowane oprogramowanie, które obsługuje jednoczesne sterowanie kilkoma obciążeniami i pozwala zbudować nawet wielokanałowe stanowisko testowe.
Jeśli natomiast obsługa USB ma być tylko dodatkiem, lepiej zwrócić uwagę na modele 150/180 W, których można używać również jako pełnoprawnych obciążeń elektronicznych.