10% korting in de Elektor Store, en exclusieve aanbiedingen
Toegang tot meer dan 5000 Gerberfiles
Toegang tot het complete web-archief
10% korting in de Elektor Store
8x Elektor Magazine (PDF)
Toegang tot meer dan 5000 Gerberfiles
www.elektormagazine.nl/abo
66e jaargang nr. 701 januari/februari 2026
ISSN 2590-0765
Elektor verschijnt acht keer per jaar en is een uitgave van Elektor International Media B.V. Postbus 11, 6114 ZG Susteren (Nederland) Tel.: +31 (0)46 4389444
www.elektor.nl | www.elektormagazine.nl
Voor al uw vragen: service@elektor.nl
Lid worden: www.elektormagazine.nl/abo
Abonnementsprijzen: per 1 december 2025 bedraagt het print lidmaatschap (Gold) €144,95 per jaar voor een 1-jarig abonnement. Het digitaal lidmaatschap (Green) kost €99,95 voor een 1-jarig abonnement en €169,95 voor een 2-jarig abonnement.
Kennisgeving inzake auteursrecht en aansprakelijkheid
Niets uit deze uitgave mag verveelvoudigd en/ of openbaar gemaakt worden door middel van druk, fotokopie, microfilm of op welke wijze dan ook, zonder voorafgaande schriftelijke toestemming van de uitgever. De auteursrechtelijke bescherming van Elektor strekt zich mede uit tot de illustraties met inbegrip van de printed circuits, evenals de ontwerpen daarvoor. In verband met artikel 30 van de Rijksoctrooiwet mogen de in Elektor opgenomen schakelingen slechts voor particuliere of wetenschappelijke doeleinden vervaardigd worden en niet in of voor een bedrijf. Het toepassen van de schakelingen geschiedt buiten de verantwoordelijkheid van de uitgever. De uitgever is niet verplicht ongevraagd ingezonden bijdragen, die hij niet voor publicatie aanvaardt, terug te zenden. Indien de uitgever een ingezonden bijdrage voor publicatie aanvaardt, is hij gerechtigd deze op zijn kosten te (doen) bewerken. De uitgever is tevens gerechtigd een bijdrage te (doen) vertalen en voor haar andere uitgaven en activiteiten te gebruiken tegen de daarvoor bij de uitgever gebruikelijke vergoeding. Voor onze volledige voorwaarden verwijzen wij u naar onze website.
Toen ik in 2005 bij Elektor begon, leerde ik al snel Thomas Scherer kennen, een van onze meest trouwe auteurs. Thomas had de eer om Elektor-redacteur te zijn in het gouden tijdperk van de elektronica, de jaren 80, nog vóór de meeste jonge techneuten computers gingen programmeren in plaats van te knutselen met componenten. Dus Thomas wist veel meer dan ik (en waarschijnlijk nu nog steeds). Zijn specialiteit was leds en verlichting, maar ook voedingen en batterijen. Door de jaren heen heeft Thomas uitgebreide artikelen gemaakt van verschillende batterijtechnologieën, waaronder veelbelovende types die in laboratoria zijn ontwikkeld. Nu, in 2026, is Thomas voor mij de logische keuze om een artikel te schrijven over verschillende (lithium) batterijen en hun voor- en nadelen (pagina 20). Toegegeven, er zijn de afgelopen
jaren niet veel spectaculaire ontwikkelingen geweest. Lithiumbatterijen met NMC-cellen hebben nog steeds de beste specificaties die je op de markt kunt vinden, en ze moeten voorzichtig worden behandeld. In een webinar waarschuwde Thomas mij en anderen om deze regelmatig op te laden om vervelende gevolgen te voorkomen. De week erna maakte ik een lijst van alle powerbanks en ingebouwde NMC-batterijen die ik thuis heb en kwam ik uit op meer dan 60 stuks!
In dit nummer hebben we natuurlijk nog veel meer te bieden, te beginnen met de magnifieke ruisarme voeding (pagina 6) van Ton Giesberts. Andere interessante projecten zijn een superzuinige sensornode, een instelbare en flexibele DC-belasting, een netfrequentiemeter en nog veel meer! <
BU ZZZ Around ........
“Power tech is helemaal terug in Europa. Vulcan Energy’s hernieuwbare lithium voor EV’s, ICECAP thermoelektrische technologie en BTRYbatterijen zien er veelbelovend uit.”
Udo Bormann — Marketing Manager
“Een goed voedingsontwerp gaat verder dan alleen onderdelen en simulaties. Het draait om nauwkeurige, goed gedocumenteerde technische beslissingen.”
Glaucileine Vieira — Editor
“Energie en energietechnologie gaan snel vooruit door slimmere vermogenselektronica, AI optimalisatie en schaalbare hernieuwbare energiebronnen.”
C. J. Abate — Content Director
Internationaal hoofdredacteur: Jens Nickel | Content Director: C. J. Abate | Internationale redactie: Hans Adams, Asma Adhimi, Roberto Armani, Eric Bogers, Rolf Gerstendorf (RG), Ton Giesberts, Saad Imtiaz, Alina Neacsu, Dr. Thomas Scherer, Jörg Starkmuth, Clemens Valens, Brian Tristam Williams | Vaste medewerkers: David Ashton, Stuart Cording, Tam Hanna, Ilse Joostens, Prof. Dr. Martin Ossmann, Alfred Rosenkränzer | Vormgeving & Layout: Harmen Heida, Sylvia Sopamena, Patrick Wielders | Directeur: Erik Jansen | Technische vragen: editor@elektor.com
Ons team
IN DEZE EDITIE
66e jaargang – nr. 701 januari/februari 2026
Low-noise laboratorium voeding (1)
Een stabiele voedingsbron voor gevoelige circuits
Rubrieken
3 Voorwoord
42 Vreemde onderdelen Varistoren
50 Alle begin... ...maakt er een eind aan
84 Uit het leven gegrepen
De tsunami der verwendheid
86 Err-lectronic
Correcties, updates en lezersbrieven
88 2026: Een AI-odyssee
Wanneer modellen de hardware bepalen
Achtergrond en info
20 Batterijen van vandaag
Technologie en verschillen in lithiumbatterijen
31 Step-down converter van 48 V naar 5 V
Het verhaal achter de ontwikkeling van een schakeling
57 Elektor Live! Expert Day 2025
63 Fnirsi DPS-150
Compacte draagbare voeding en converter
82 Een ventilator voor de mini-reflow plate
Slimme aanpassingen die de resultaten verbeteren
98 Draadloze energievoorziening van apparaten
Met inductieve technologie
102 Autonoom rijden op basis van AI
De Self Driving Challenge 2024 van de RDW
Projecten
6 Low-noise laboratorium voeding (1)
Een stabiele voedingsbron voor gevoelige circuits
26 Instelbare elektronische belasting
Statische en dynamische DC-belasting
34 Autonome sensornode v2.0
Deel 2: Hardware-validatie en vermogensoptimalisatie
44 Grafische netfrequentiemeter
Controleer de kwaliteit van het stroomnet
68 Instelbare USB-C voedingsbron
Maak van uw USB-C-lader een regelbare voeding
72 Eenvoudige lader en capaciteitstester
Met twee goedkope kant-en-klaar modules
74 Slimme kleurendetector met AI-stem en afspeelfunctie
79 PbMonitor v2.0
Overzicht van het vernieuwde accu-bewakingssysteem
92 Precisie pico-ampèremeter (2) Montage, kalibratie en test
110 Geluidskaart als signaalgenerator PC als DCF77-testzender
FOCUS OP
Instelbare elektronische belasting
Statische en dynamische DC-belasting
Industry
18 TM32 Edge-AI Contest 2025 De winnaars
52 Piekstroombelasting SMD-ferrieten Beter bestand tegen stroompieken
60 Energy harvesting belooft de implementatie van IoT- en IIoT-toepassingen te zullen versnellen Hoe energy harvesting IoT loskoppelt van het stroomnet
BONUS CONTENT
Download de gratis Energie & Vermogen bonuseditie van Elektor!
> Spanningsbewaking met een microcontroller
> Zonne-energie voor elektronica
> Bedrading en calibratie van een 10-µA high-side stroomsensor
> Infographics: vermogen en energie
www.elektormagazine.nl/ energie-vermogen
kwaliteit
Binnenkort
Elektor maart/april 2026
Natuurlijk bereiden we weer een interessante mix voor van projecten, schakelingen, achtergrondinfo en tips en trucs van en voor technici en makers. De focus ligt daarbij op embedded en AI.
> Scrutiny: Open-source debugtool
> BLEnky: Bluetooth Low Energy eenvoudig gemaakt
> Programmeren: AI maakt een bibliotheek
> Signalen genereren met RP2040 PIO
> Hey Elektor: AI-spraakherkenning
> Gezichten tellen met een MaixCam
> Symmetrische DC-belasting
> Audio-transceiverboard: klokken afregelen
Elektor maart/april 2026 verschijnt omstreeks 11 maart 2026
Alle aankondigingen onder voorbehoud.
Instelbare USB-C voedingsbron Maak van uw USB-C-lader een regelbare voeding
Low-noise laboratorium voeding (1)
Een stabiele voedingsbron voor gevoelige circuits
Door Ton Giesberts (Elektor)
Deze volledig analoge, instelbare, symmetrische voeding met gemiddeld vermogen bevat geen schakelende of digitale componenten. Hij levert een uitgangsspanning die instelbaar is tussen 0 V en ±22 V, en een uitgangsstroom die instelbaar is van 0 A tot 1 A. Omdat er geen schakelende circuits worden gebruikt, produceert het ontwerp zeer weinig ruis. Om zowel de uitgangsspanningen als de uitgangsstromen weer te geven, worden vier miniatuur draaispoel-paneelmeters gebruikt.
De meeste moderne laboratoriumvoedingen en AC-adapters maken gebruik van schakelende technieken. Zelfs de meest geavanceerde voorbeelden vertonen onvermijdelijk hoogfrequente rimpel en andere schakelruis op de uitgang, die het testen van gevoelige analoge schakelingen kunnen verstoren en metingen op laag niveau kunnen beïnvloeden. Om dit te verhelpen, is het hier voorgestelde concept een volledige analoge voeding. Hoewel deze minder efficiënt is dan zijn schakelende tegenhangers, maakt het lagere rendement voor testgebruik weinig uit en zorgt het voor betere, betrouwbaardere meetresultaten.
Omdat veel analoge schakelingen een symmetrische voeding vereisen, levert dit ontwerp positieve en negatieve uitgangsspanningen van gelijke grootte. Je kunt deze een beetje bijstellen om eventuele onbalans te compenseren. Natuurlijk is er ook een variabele stroombegrenzing.
Analoge meters
Om het concept volledig analoog te houden, tonen vier kleine draaispoelmeters de uitgangsspanningen en stromen (Figuur 1). Hoewel hun nauwkeurigheid en resolutie beperkt zijn, is het voordeel dat ze geen extra voeding nodig hebben. Elke stroommeter is geplaatst in de terugkoppellus van de regelaar, zodat zijn interne weerstand de uitgangsspanning niet beïnvloedt.
Drie transformatoren
Om de koelplaat klein te houden, moet de ingangsspanning van de voeding idealiter de uitgangsspanning volgen. Als je rekening houdt met spanningsverliezen over
Figuur 1. Traditionele draaispoel-paneelmeters hebben geen extra voeding nodig en veroorzaken geen ruis.
Overzicht van de low-noise voeding.
gelijkrichters, spoelen, zekeringen, rimpel op de elco’s en spanningsverlies van de regelaar, moet de ingang minimaal 3,5 V hoger zijn dan de uitgang. Alleen een schakelende oplossing zou dat efficiënter kunnen doen, maar dat is niet de bedoeling van dit ontwerp. Een praktischer analoog alternatief is het gebruik van een voedingstransformator met meerdere secundaire spanningen en het overschakelen naar een hogere spanning als dat nodig is. Twee secundaire wikkelingen is het minimum; drie is beter en maakt de koelplaat aanzienlijk kleiner. Losse koelplaten per uitgangstrap verbeteren de koeling verder en maken het bouwen eenvoudiger.
In plaats van één transformator met zes secundaire wikkelingen die lastig te vinden is, worden drie identieke ingegoten ringkerntransformatoren gebruikt. Ze worden gemonteerd op een aparte print die ook de relais bevat voor het schakelen van de juiste secundaire spanning. Deze modulaire aanpak vereenvoudigt de bouw en maakt het mogelijk de transformatorprint los van de hoofdprint te plaatsen. Een overzicht van de complete low-noise voeding is te zien in Figuur 2. Zoals je ziet bestaat de voeding uit drie aparte printen: een netfilterprint, een transformatorprint en een spanningsregelaarprint. We beginnen rechtsboven met het netfilter.
Het netfilter
Netspanning bevat allerlei ruis en storing. Voor een stille voeding moet je die goed filteren. In de meeste gevallen is commonmode storing erger dan differentiële ruis, die je vaak eenvoudig met een RC- of LC-filter kunt onderdrukken. Om de common-mode onderdrukking te verbeteren, gebruikt dit ontwerp twee common-mode smoorspoelen in plaats van één.
De schakeling is conventioneel, zie Figuur 3. De condensatoren C3 … C6, die de netlijnen met aarde verbinden, zijn Y-types. De condensatoren C1 en C2 over fase en nul zijn X-types. De zekering is 500 mA voor 230 V AC en 1 A
Figuur 2.
Batterijen van vandaag
Technologie en verschillen in lithiumbatterijen
Door Dr. Thomas Scherer (Duitsland)
Lithiumbatterijen voorzien alles van stroom, van smartphones tot elektrische auto’s, maar niet alle chemische samenstellingen zijn gelijk. Ontdek hoe de huidige batterijtechnologieën van elkaar verschillen en welke innovaties de energieopslag in de nabije toekomst zullen veranderen.
Batterijen zijn onmisbaar in de technologische ontwikkeling van de mensheid. Zonder batterijen zou er geen mobiele beschikbaarheid van elektrische energie zijn. Niet alleen voor smartphones en laptops, maar vooral voor elektrische auto’s en zonneopslag zijn batterijen cruciale onderdelen waarop capaciteit, gewicht, volume, stabiliteit en prijs afhangen. Genoeg reden om ze in Elektor te belichten.
Batterijen ondergaan gelukkig ook de veranderingen van de tijd en zijn door technologische ontwikkeling steeds beter geworden. Iedereen heeft ze, en in elk huishouden komen ze in verrassend grote aantallen voor. Zelfs in mijn eengezinswoning is het aantal apparaten met batterijen opmerkelijk. Telefoons: 4, smartphones: 3, smartwatches: 2, afstandsbedieningen: 8, rookmelders: 5, zaklampen: 5, radiatorthermostaten: 10, en meetapparaten: 7. Daarnaast zijn er twee e-bikes, een e-step, en natuurlijk de gewone loodaccu van de auto, die mogelijk binnen-
kort volledig elektrisch wordt met de aanschaf van een zonneopslag. Ook is er een voorraad knoop-, AA- en AAA-cellen. Een wilde mix van ruim vijftig batterijen van verschillende types, zoals gebruikelijk in de meeste moderne huishoudens. Niets werkt tegenwoordig nog zonder batterijen. Elektor heeft zich ook al vaker over dit onderwerp gebogen. Het eerste Elektorartikel over lithiumbatterijen [1] is al meer dan 40 jaar oud!
Terminologie en geschiedenis Zoals bekend begon alles met een kikker waarvan de spieren samentrokken bij contact met verschillende metalen, zoals Luigi Galvani in 1780 ontdekte [2]. Daarmee had hij, zonder het te weten, de eerste “galvanische cel” geconstrueerd, zoals Alessandro Volta in 1792 ontdekte toen hij hoorde van Galvani’s experimenten. Hij besefte dat dit (contact)elektriciteit was. Dit was het begin van de zogenaamde primaire cel, die elektrische energie opwekt via
chemische processen. Slechts acht jaar later bouwde hij de zogeheten Volta-zuil, een stapel koper- en zinkplaten met daartussen een poreus materiaal, doordrenkt met vloeibare elektrolyt (Figuur 1). De meervoudige herhaling in de stapel (om een batterij te vormen, in de oorspronkelijke betekenis van het woord) was, zoals vandaag de dag nog steeds het geval is, bedoeld om de spanning te verhogen. Deze vroege wetenschappers werden in de terminologie vereeuwigd met galvanisme (de studie van de omzetting van chemische energie in elektrische energie) en de volt als eenheid van elektrische spanning in de techniekgeschiedenis.
Het duurde niet lang voordat Johann Wilhelm Ritter in 1803 een oplaadbare variant uitvond, de zogenaamde secundaire cel. Nog eens vijftig jaar later vond Wilhelm Josef Sinsteden de loodaccu uit. Niet lang daarna werden zulke batterijen fundamenteel als “centrale batterijen” in telefooncentrales voor de eerste telefoonnetwerken.
Figuur 1: Historische Volta-zuil (Bron: Luigi Chiesa, CC BY-SA 3.0 [7]).
Rond 1900 waren er al meerdere eerste elektrische auto’s met grote en zware loodaccu’s (Figuur 2), waardoor verbrandingsmotoren meer dan honderd jaar de standaard bleven.
Vanwege de geschiedenis spreken technisch georiënteerde mensen van primaire cellen als ze niet oplaadbaar zijn en hun materialen verbruiken of chemisch veranderen tot de cel onbruikbaar wordt bij het opwekken van stroom. Men spreekt van secundaire cellen wanneer de cel zo is ontworpen dat de chemische veranderingen elektrisch omkeerbaar zijn en dus de cellen herlaadbaar zijn. Daarnaast wordt soms onderscheid gemaakt tussen accu’s (van het Latijnse accumulare = verzamelen) en batterijen, hoewel het laatste woord uit het Frans komt (battre = slaan) en batterie oorspronkelijk een reeks kanonnen betekende, en in overdrachtelijke zin gewoon een rij. Dit is echter geen echte tegenstelling, want alle celtypen kunnen in serie worden geschakeld.
In Engelstalige landen gebruikt men meestal het woord “battery” zonder onderscheid tussen meerdere cellen in serie of individuele cellen. Overigens wordt het begrip nog steeds militair gebruikt voor kanonnen. Er wordt geen onderscheid gemaakt tussen primaire of secundaire cellen. Door voortdurende internationalisering is deze brede term de afgelopen decennia ook in Duitsland gangbaar geworden, en zo spreekt men nu bijna uitsluitend van “batterijen”. Voor autobatterijen was dat altijd al zo; nu nog steeds zijn 90% daarvan loodaccu’s. De terminologie is vergelijkbaar in Nederland. Zelfs in Frankrijk, waar men onderscheid maakt tussen pile (kleine batterij) en batterie (grote batterij), lijkt dit proces van veralgemening niet te stoppen. Aangezien er maar één schakelsymbool is (Figuur 3), spreken we hieronder gewoon over batterijen.
Criteria
De verschillende batterijtypen verschillen vooral qua chemie (de materialen voor de elektroden en de elektrolyt). Ook details van de interne constructie en het ontwerp spelen een rol. Voor verschillende toepassingen worden verschillende eigenschappen belangrijk gevonden. Voor kleine
mobiele apparaten zoals afstandsbedieningen worden doorgaans primaire cellen gebruikt, zoals de vroegere zink-kool en de huidige alkaline-mangaan soorten. Deze “wegwerpartikelen” zijn, afgezien van het ecologische aspect, grotendeels probleemloos en worden in dit artikel verder niet behandeld. De nadruk ligt hier vooral op secundaire cellen, met name lithiumbatterijen vanwege hun belang.
Voor moderne mobiele apparaten is vanwege het relatief hoge energieverbruik van hun microcontroller vooral het kleine formaat (of preciezer: de energie/ volume-verhouding, de zogeheten volumetrische energiedichtheid in Wh/l) doorslag-
Figuur 3: Eén voor allen. De elektronica kent maar één schakelsymbool voor primaire of secundaire cellen, waarbij de polariteit van de elektroden wordt weergegeven door lijnen van verschillende lengte.
gevend, zodat één acculading de hele dag meegaat. Deze eigenschap is ook van belang voor elektrisch aangedreven voertuigen, omdat elektrische auto’s met energievoorraden van 20 tot meer dan 100 kWh anders veel ingebouwde ruimte zouden moeten meeslepen die niet beschikbaar is voor passagiers of bagage. Voor elektrische auto’s zijn echter ook andere criteria relevant: allereerst stabiliteit, oftewel het aantal laadcycli tot een bepaalde energiebuffer (meestal 80 of 75% van de nieuwe waarde) is bereikt. Ook de verhouding tussen energie en gewicht, de zogenaamde gravimetrische energiedichtheid in kg/l, is van belang. Een Tesla Model Y, die ongeveer 2 ton weegt met een 100-kWh-accu bestaande uit bijna 5.000 cellen, is zwaarder dan de oude Lohner-Porsche met een 24-kWh-loodaccu. De accu maakt hier ongeveer 1/3 van het totale gewicht uit en het gewicht bepaalt onder andere eigenschappen als acceleratie en energieverbruik tijdens het rijden. Ten slotte speelt de prijs ook een grote rol, want het benodigde lithium voor alle accu’s van elektrische auto’s is duur en bepaalt het grootste deel van de meerkosten ten opzichte van vergelijkbare auto’s met verbrandingsmotor. Snelladen is ook een belangrijk verkoopargument. Dit is begrijpelijk, want het maakt uit of je na 300 km slechts 10 minuten of een lange 45 minuten moet opladen. Ter vergelijking: de Lohner-Porsche had meerdere dagen nodig om op te laden voor een bereik van 50 km.
Figuur 2: De 1,8 ton zware Lohner-Porsche, aangedreven door vier naafmotoren van elk 1,5 kW, uit 1900. Links naast de bestuurder staat Ferdinand Porsche.
Instelbare elektronische belasting
Statische en dynamische DC-belasting
Door Alfred Rosenkränzer (Duitsland)
De voordelen van een instelbare DC-belasting voor het testen van voedingen spreken voor zich. U hoeft niet meer met een verzameling verschillende belastingweerstanden te werken, omdat u de gewenste belastingstroom eenvoudig kunt instellen. Indien de belasting ook de mogelijkheid biedt om snelle belastingspieken te genereren, wordt het mogelijk om ook de dynamische respons van de bron te testen.
Voor dynamische mogelijkheden moet een elektronische belasting minstens kunnen schakelen tussen twee instelbare waarden. Daarvoor heeft de schakeling een soort functiegenerator nodig. Dat is nogal wat elektronica, wat je misschien wilt vermijden als je zulke functies maar een paar keer per jaar nodig hebt. Je kunt dit heel makkelijk oplossen door een functiegenerator te gebruiken, iets wat elke elektronicaliefhebber die met audiosignalen of andere analoge elektronica werkt al heeft, om de belastingsstroom dynamisch te maken. De belasting heeft dan alleen een stuuringang nodig en de schakeling wordt veel eenvoudiger. Een externe functiegenerator heeft nog een voordeel: die geeft meestal niet alleen blokgolven op de uitgang, maar ook sinus- en driehoekgolven, wat meer meetmogelijkheden opleverd. Een geschikte functiegenerator is ideaal als de onder- en bovenspanning (en dus de stroom) onafhankelijk ingesteld kunnen worden. Anders kun je deze waarden ook berekenen uit de amplitude en offset van het gegenereerde signaal.
Principe
Met deze aanpak blijft de schakeling eenvoudig. Figuur 1 toont het blokschema. Een 5 V spanningsregelaar fungeert als referentiespanning voor de statische stroominstelling via een potentiometer. Een relais schakelt tussen de statische waarde van de potentiometer en de
Figuur 1: Het blokschema van de elektronische belasting.
ingang voor de functiegenerator. Het volgende Bessel-filter beperkt de stijg- en daaltijd van het generatorsignaal tot redelijke waarden. Het uitgangssignaal hiervan stuurt de uitgangstrap, de regelbare stroombron.
Dit project heeft twee van deze uitgangstrappen, die je ook parallel kunt aansluiten om de stroom te verdubbelen. Elke trap is goed voor 5 A, dus maximaal 10 A totaal. Als 5 A of minder genoeg is, is één uitgangstrap voldoende.
De uitgangstrappen zijn spanningsgestuurde stroombronnen. Ze meten de stroom via een spanningsval over een shuntweerstand. Die spanning wordt tien keer versterkt en aan de regeling aangeboden als werkelijke waarde. Aan de meetuitgang verschijnt de stroom van beide trappen als spanning, die je met een oscilloscoop kunt bekijken.
Schakeling
Figuur 2 laat de implementatie van het blokschema met echte componenten zien. De 5 V referentie komt uit de spanningsregelaar IC7. Met P2 (plus R2) stel je de maximale spanning van de potentiometer aan K4 in. Een meerslagen-potentiometer maakt de kalibratie van de statische stroom makkelijker. Omdat de uitgangstrappen gemaakt zijn voor 500 mV/A regeling, moet een belastingstroom van 5 A een maximale spanning van 2,5 V over R4 opleveren. Dit betekent dat de
Figuur 2: Door de externe functiegenerator is de schakeling van de elektronische belasting niet bijzonder ingewikkeld.
Grafische netfrequentiemeter
Controleer de kwaliteit van het stroomnet
Door Kurt Schuster (Duitsland)
Niet alleen sinds de totale stroomuitval op het Iberisch Schiereiland afgelopen voorjaar staat de kwaliteit van de elektriciteitsvoorziening in de publieke belangstelling. De netfrequentie is een goede indicator voor de balans tussen de in een stroomnet ingevoede energie en de gevraagde energie. Dit meetinstrument toont het verloop van de netfrequentie en storingsgebeurtenissen over maximaal 24 uur op een e-paperdisplay.
Netfrequentie en netspanning zijn belangrijke indicatoren voor de belasting op een onderling gekoppeld net. Binnen zo’n net moeten de frequentie en fase van de opwekkende onderdelen exact gelijk zijn. Als er afwijkingen ontstaan, beginnen de generatoren ‘tegen elkaar in te werken’, wat in extreme gevallen tot ernstige schade of uitval van het net of delen daarvan kan leiden. Dit zeer dynamische systeem met veel generatoren en miljoenen verbruikers moet daarom constant worden bewaakt en in balans worden gehouden.
Door de toegenomen en gedecentraliseerde invoeding van hernieuwbare wind- en zonne-energie is deze taak aanzienlijk ingewikkelder geworden en moeilijker te balanceren. Dit is vooral merkbaar op zondagen en feestdagen met wisselende wind- en zoncondities. Juist omdat de netbelasting lager is door minder industrieel stroomverbruik en het weer snel verandert, ontstaan afwisselend overschotten of tekorten aan elektriciteit, waardoor de netbeheerders moeite hebben het evenwicht te bewaren. De schommelingen brengen het net nu vaker tot aan de grenzen van de gestelde toleranties dan vroeger, toen vooral continue generatoren als waterkracht, kolen en kernenergie het net voedden.
Sinds het begin van de grote zonne-energie- en balkoncentrale-hausse is de volatiliteit van de netfrequentie duidelijk veranderd. Ik kon de grote stroomstoring in delen van Spanje en Portugal op 28 april 2025 als het ware ‘live’ volgen. Zoals Figuur 1 laat zien, steeg de netbelasting om 12:33 uur fors, en daalde de netfrequentie met 0,3%, terwijl waarden van ±0,4% al als kritiek gelden. Op de lange termijn komen grotere schommelingen vaker voor, zoals Figuur 2 laat zien, en zijn ze vrijwel geen probleem.
Figuur 1: Start van de stroomuitval in Spanje, bekeken met een resolutie van 5 s (a) of 1 s (b).
Figuur 2: Vaak voorkomende langetermijn-schommelingen, hier van 20 maart 2025.
Het maakt niet uit of u de frequentie van het Europese net volgt op een stopcontact in Nederland, Duitsland of Frankrijk, het verloop van de curve is op elk moment hetzelfde. U kunt dus overal in het net live volgen hoe de netkwaliteit er op dat moment voorstaat. Een kleine opmerking: er zijn ook onafhankelijke secties van het Europese net die via gelijkstroomomzetting zijn losgekoppeld en een eigen fasepositie hebben.
Netfrequentiemeter met Raspberry Pico en E-Paper
Na een eenvoudige led-balk voor netfrequentiebewaking in Elektor 01/2012 [1] en een uitgebreidere versie in Elektor 05/2014 [2] voor continue frequentieregistratie op de pc, komt hier een standalone apparaat voor continue netfrequentiebewaking. Het idee ontstond toen de eerste goedkope e-paper-displays met snelle beeldopbouw en hogere resolutie op de markt kwamen. Deze displays bieden een uitstekend contrast, gebruiken weinig stroom en behouden hun weergave zelfs na een stroomuitval. Als de geïnstalleerde buffercapacitor leegloopt bij een stroomonderbreking, blijft de frequentiecurve zichtbaar.
Een eerste versie van de netfrequentiemeter werd gebouwd met een ATmega1284 in een DIP40-behuizing, het enige ATmega-lid met 16 KByte SRAM, genoeg om display- en frequentiegegevens te bufferen. Een opnamecyclus van 24 uur was echter pas mogelijk sinds het project overstapte op de Raspberry Pi Pico met 264 KByte SRAM.
Mijn waarneming van de netfrequentie loopt onafgebroken sinds augustus 2019, waarbij het display de updates per seconde goed verwerkt. In vergelijking met een ongebruikt exemplaar is het scherm alleen maar een beetje grijzer geworden.
De display wergave
De curve in het displaygebied (Figuur 3) geeft de netbelasting op een makkelijke en intuïtieve manier weer. Waarden boven de middenlijn betekenen een hoge belasting en waarden eronder een lage belasting. Of andersom, de bovenste helft toont de (te) lage frequentie en de onderste helft de (te) hoge frequentie.
Het verloop van de netfrequentie is bijna nooit vlak en schommelt constant rond de ideale waarde van 50 Hz. In een 50 Hz net kan een afwijking van ±0,1% als normaal (toelaatbaar) worden beschouwd; pas boven ±0,4% wordt het kritisch. Mocht er ooit een constant vlakke frequentiecurve precies op de ideale waarde op de middenlijn worden weergegeven, dan heb je waarschijnlijk een PV-systeem met batterijopslag dat nu in de noodmodus draait.
Tabel 1. Netfrequentie bij hoge, gebalanceerde en lage belasting.
Afwijking
Display f in Hz
Belasting d in % t in µs
top 49.84 -0.32 +64 hoog
middle 50.00 ±0 ±0 gebalanceerd
bottom 50.16 +0.32 -63 laag
De display-elementen gemarkeerd met groene stippen in Figuur 3 betekenen:
1. Tijdschaal en tijdsbereik van het displaygebied. De tijdschalen kunnen worden gewisseld door de knoppen ingedrukt te houden.
Tabel 2. Tijdschalen en weergavebereiken.
Tijdschalen 1 s 5 s 15 s 30 s 100 s Weergavebereik 5 min 25 min 1.25 h 2.5 h 15 h
2. Foutenteller
Deze worden indien nodig weergegeven bij ontbrekende, abnormale of foutieve halve golven. De oorzaken van storingen kunnen schakelingen in centrales en verdeelstations zijn, evenals grote verbruikers, maar dit is vrij zeldzaam. Veel vaker zie je lokale vervormingen van de spanningscurve in het elektriciteitsnet thuis. Schakelende voedingen, omvormers, grote verbruikers aan- en uitzetten veroorzaken pieken die de netfrequentiemeting verstoren en de foutenteller kunnen activeren. Deze gebeurtenissen worden geteld en als verticale lijnen over de tijd getoond (zie Figuur 4). Naarmate foutgebeurtenissen geleidelijk uit de buffer verdwijnen, worden de tellers verminderd; als ze weer op nul staan, worden ze niet meer getoond.
Als zulke storingen vaker of in clusters voorkomen, is het raadzaam de oorzaak te zoeken. In het huishouden van de auteur werd een goedkope Chinese omvormer en een simpele, ruw gereguleerde elektrische deken verboden, omdat ze enorme storingen in het elektriciteitsnet veroorzaakten en het onmogelijk maakten om de netfrequentie goed te meten. De laserprinter, die slechts af en toe wordt gebruikt, mocht blijven, hoewel het aan- en uitschakelen van het verwarmingselement ook storingen veroorzaakte. In oudere huisinstallaties kunnen losse schroef- en klemcontacten in de verdeelinrichting ook opvallen door verhoogde foutpercentages bij belasting.
Een foutgebeurtenis wordt aangegeven door een verticale lijn.
Figuur 3: Display-inhoud en bediening.
Figuur 4:
Instelbare USB-C voedingsbron
Maak van uw USB-C-lader een regelbare voeding
Door Willem den Hollander (Zwitserland)
In tegenstelling tot oudere versies heeft de USB-Cstandaard aanzienlijke verbeteringen geïntroduceerd, met een intelligent protocol voor spanning- en stroombeheer en een sterke toename van het maximaal overdraagbare vermogen. Dit ontwerp stelt u in staat een USB-C lader van de nieuwste generatie aan te sturen en deze te gebruiken als een instelbare voeding. Laten we eens kijken hoe dat werkt.
USB-C-laders worden tegenwoordig de standaard. USB Type-C is een universele laaden gegevensoverdrachts-standaard die breed wordt toegepast. De laders ondersteunen een hoog vermogen tot 100 W, en kunnen daardoor telefoons, tablets en laptops opladen. De standaard [1] beschrijft het USB Power Delivery (PD)-protocol, waarmee USB-Capparaten stroomvereisten kunnen onderhandelen en flexibel en efficiënt laden mogelijk maken. In een ander artikel in Elektor [2] werd een eerdere versie van een PD Sink-controller beschreven waarmee een USB-C-lader meerdere discrete spanningen kan leveren. Volgens de nieuwste standaard kan een USB-lader elke spanning binnen bepaalde grenzen leveren. In dit artikel wordt een schakeling met een van de nieuwste PD Sink-controllers beschreven die, samen met een USB-C-lader, kan werken als een instelbare voeding.
ceerd IC die dat kan en effectief communiceert volgens het nieuwste protocol. Dit is de AP33772S, een USB PD3.1 EPR Sink-controller van Diodes Incorporated, die een I2C-interface heeft [3][4]. In mijn ontwerp wordt deze chip door een gebruiker bestuurd via een kleine microcontroller met een rotary encoder.
Schakeling
Achtergrond
De standaard beschrijft vier verschillende PDO’s (Power Delivery Object):
> Vaste PDO
> PPS (Programmeervoeding) PDO
> Vaste EPR (Uitgebreid vermogensbereik) PDO
> AVS (Instelbare spanning) EPR PDO
Reguliere PDO’s kunnen spanningen tot 20 V leveren. EPR PDO’s kunnen spanningen in een bereik van 15…40 V leveren. Op dit moment zijn USB-C-laders die meer dan 20 V leveren niet erg gangbaar. Daarom werkt de hier getoonde schakeling alleen met vaste en programmeerbare PDO’s. Een PD sink-controller communiceert met de USB-C-lader om de gewenste uitgangsspanning en stroomlimiet te programmeren. Na marktonderzoek vond ik een geavan -
Het schema van de instelbare USB-C-voeding is weergegeven in Figuur 1. De schakeling volgt de richtlijn van de fabrikant van de AP33772S, behalve dat in dit ontwerp slechts één MOSFET wordt gebruikt. Hier loopt de stroom slechts in één richting, stroombegrenzing wordt uitgevoerd door de MOSFET uit te schakelen. De AP33772S wordt ingesteld via de I2C-bus. Een PIC18F04Q40 van Microchip verzorgt dit. Met een draaischakelaar kan de gebruiker instellingen invoeren, en een klein, via I2C aangestuurd OLED-display toont de instellingen of uitgangswaarden. De uitgangsspanning die op het display wordt getoond, wordt gemeten met de interne A/D-converter van de microcontroller. Dit wordt gedaan door de spanning te meten van het verdelernetwerk dat wordt gevormd door de precisieweerstanden R11 en R12, ingesteld op 1/8 van de uitgangsspanning van het circuit. Zo wordt aan de A/D-ingang van U2 nooit meer dan 5 V aangeboden. In de digitale wereld is een deelverhouding van 1/8 ideaal, omdat delen of vermenigvuldigen met acht slechts een shift van drie bits vereist.
Figuur 1: Schema van de instelbare USB-voeding.
De stroom wordt gemeten door de PD-controller, via de shuntweerstand R5 (5 mΩ), en uitgelezen door de processor via de I2C-bus. R6 (0 Ω in dit ontwerp) moet overeenkomen met de versie van U1; voor eerdere generaties van deze chip moet dat 100 Ω zijn. Je kunt dat gewoon nakijken in het datasheet [4]. R7 is de VOUT-weerstand van U1 voor het meten van de uitgangsspanning bij de source van Q1, de seriële MOSFET-schakelaar. D2 geeft de status van de EPR sink-controller aan (Tabel 1). De aanwezigheid van uitgangsspanning wordt aangegeven door de groene LED D3.
Voeding
Zolang de 5,1 kΩ-weerstanden (R1 en R2) aanwezig zijn op lijnen CC1 en CC2, zal een
Tabel 1. LED-pin van de AP33772S.
State LED-Indicatie VOUT Toelichting
INIT N/A
UIT VBUS aangesloten en initialisatie van AP33772S
CHARGING 4-seconden pulserend AAN Succesvolle onderhandeling of overgang naar Non-PD-modus; start van laden
MISMATCH Full Licht
UIT VSELMIN-mismatch (VREQ < VSELMIN)
MOISTURE 2-seconden knipperen UIT Abnormale impedantie gedetecteerd
FAULT 0,6-seconden knipperen UIT OVP, OCP, UVP of OTP treedt op
USB-C-lader bij het opstarten 5 V leveren, zodat de controller-chip kan werken. Aanwezigheid van ingangsspanning wordt aangegeven door de blauwe LED D1. In het datablad van de AP33772S zie je dat dit IC een LDO-regelaar aan boord heeft die 5 V levert bij maximaal 30 mA. De processor en het display gebruiken samen ongeveer 5 mA, dus die kunnen hier zonder probleem op worden aangesloten. Zelfs als de uitgangsspanning van de lader wordt ingesteld op slechts 3,3 V, de minimale voedingsspanning van het display, werkt alles nog steeds goed. J2 is de ICSP-connector voor het programmeren van de PIC. Deze is gecombineerd met J3 op de printplaat, omdat je altijd een van de twee gebruikt. J3 wordt bij normaal gebruik doorverbonden om de microcontroller U2 te voeden. Let op: brug J3 moet worden losgenomen tijdens het programmeren van U2, omdat U1 mogelijk niet voldoende stroom levert tijdens dit proces.
Hardware
Figuur 2 toont beide zijden van de printplaat met de schakeling. Behalve de programmeerconnector, het display en de encoder, zijn het allemaal SMD onderdelen. De USB-C-connector en de AP33772S-IC
moeten worden gesoldeerd in een oven of op een verwarmingsplaat, wat ik zelf heb gebruikt. De print past in een kleine, goedkope RL6105 Hammond-behuizing.
Firmware
De firmware, geschreven in assembler, is eenvoudig en beschikbaar om te downloaden via [5], samen met de Gerber-bestanden voor de printplaat. Na het instellen van de poorten worden enkele timers, twee logische cellen en drie interrupts geactiveerd. De hoofdprogramma-lus bestaat alleen uit NOP’s. De eerste interrupt detecteert de rotatie van de encoder. De tweede wordt geactiveerd als de schakelaar kort of langer (2 s) wordt ingedrukt en de derde wordt eens per seconde geactiveerd door een timer. Deze laatste is alleen actief als de uitgang actief is. Hij leest en toont de uitgangsspanning en -stroom.
Bediening
Bij het inschakelen leest de PD-controller alle mogelijke PDO’s van de lader uit. Die van een typische USB-C-lader worden weergegeven in Figuur 3. Bij het opstarten of na een reset is de eerste PDO actief. Dit is voor compatibiliteit met oudere USB-laders. Door aan de encoder te draaien, worden alle PDO’s achter elkaar
getoond. De eerste drie zijn vaste PDO’s (eerste drie screenshots Figuur 3). De laatste twee zijn programmeerbaar; één daarvan is rechtsonder in hetzelfde plaatje te zien. De optie om een spanning te programmeren wordt als spanningsbereik op het display getoond. Door de schakelaar in te drukken wanneer een vaste PDO op het display staat, verandert
Componentenlijst
Weerstanden
(0805, tenzij anders vermeld)
R1, R2 = 5,1 kΩ
R3 = 10 kΩ
R4, R8, R9 = 100 kΩ (1206)
R5 = 5 mΩ (1206)
R6 = 0 Ω (zie tekst)
R7 = 100 Ω
R10 = 10 kΩ NTC
R11 = 9,1 kΩ, 1%
R12 = 1,3 kΩ, 1%
R13 = 1 kΩ
Condensatoren
(0805, tenzij anders vermeld)
C1, C3 = 10 µF (1206)
C2, C4 = 100 nF (1206)
C5 = 1 µF
C6…C8 = 100 nF
C9 = 10 nF
C10…C12 = 1 nF
Halfgeleiders
U1 = AP33772SDKZ
U2 = PIC18F04Q40-SL
U3 = OLED-display 0,91”
Q1 = SI4164DI N-kanaals MOSFET
D1 = Blauwe LED (1206)
D2 = Rode LED (0805)
D3 = Groene LED (1206)
Diversen
SW1 = Rotery encoder met schakelaar
J1 = USB-C-connector
J2 = Header, 6-pin
J3 = Jumper
Banaanstekker-bus rood, paneelmontage
Banaanstekker-bus blauw, paneelmontage
Behuizing (Hammond RL6105)
Knop
Printplaat
Figuur 2: De printplaat met alle componenten en het LCD aan de achterzijde.
Figuur 3: Verschillende PDO-voorbeelden, vaste en instelbare (rechtsonder).
