Sluipverbruik in de woning: voedingsadapters

Elke woning is er helaas mee ‘vervuild’: vele voedingsblokken/adapters die bij het bijbehorende apparaat (GSM, mediaplayer, internet router, modem, switch, wekkerradio, MP3-speler, draadloze telefoon etcetera). Goed om ze eens na te lopen. Want veelal zijn het weinig efficiënte, niet zo energie-zuinige, warme voedingsblokken die veelal 24 uur per dag, 7 dagen per week zijn aangesloten en een aanzienlijk deel bijdragen op je eigen energierekening.

Hoe kun je dat nu oplossen?

Soorten voedingen: normaal en geschakelde voedingen, wat is het verschil?

Om eerst even een onderscheid te maken is het praktisch om stil te staan bij de vormen van voedingsblokken die door de leveranciers bij de apparaten worden meegeleverd.

Een goede voeding levert een stabiele spanning af (veelal worden de apparaten met gelijkspanning gevoed), waarbij ook de geleverde stroom toereikend is om bij piekbelasting het aangesloten apparaat te voeden. Een slechte voeding heeft een aanzienlijk variatie/fluctuatie op de geleverde spanning, waarbij de z.g. rimpel-spanning soms 1 of enkele Volt’s kan schommelen.

De eenvoudige voeding wordt globaal met een paar elektronische componenten in elkaar gezet: een transformator, een brugcel (4 dioden die de wisselspanning naar gelijkspanning ombuigen), een buffer-condensator (om de pulserende gelijkspanning naar een stabiele en constante gelijkspanning om te richten). Eventueel nog aanvullend een elektronisch component om enige verder stabilisering te verzorgen.

Bij deze voeding is vaak een brom-toon mogelijk waarneembaar (ten gevolge van de wisselspanning door de transformator, waarbij ook weer verliezen optreden, in de vorm van geluid (brom) en warmte)). Andere namen voor deze elektronische schakeling is: lineaire voeding of standaard voeding (powersupply).

Schematisch is dit ontwerp als volgt te beschrijven (met herkenbaar de stappen omvormen (transform) van de hoge spanning naar lagere spanning, gelijkrichten (rectification) via de diode-brug, filteren/bufferen (filtering) via een buffer-condensator, en regelen van de laatste spanning/stroom).

De nummers tussen de faseringen in bovenstaand schema refereren ook naar onderstaand figuur. Hier zien we hoe de spannings-vorm (van sinus en wisselspanning naar gelijkspanning) wordt omgezet:

Tot zover de normale/lineaire voedingen zoals ze al vanaf jaren op de markt zijn. Maar… techniek en inzichten vorderen, ook voor de voeding! Sinds jaren is inmiddels de geschakelde voeding (switching powersuppy) eigenlijk al gemeengoed bij veel apparatuur.

De schakelende voeding is complexer van opzet, zeker vergeleken met de lineaire voeding. Onderstaand diagram geeft dat weer. Enkele componenten komen overeen met de eerdere lineaire voeding. Wel is er een uitbreiding op toegepast, waaronder actieve PFC (power factor correctie, een aanpassing van de vermogens factor (of cos phi)). Voor de uitleg van de power-factor (of arbeidsfactor) verwijs ik naar het artikel (nederlandstalig) van OliNO. Als de power-factor gelijk aan ‘1’ is dan is de efficiëntie optimaal: de verbruiker krijgt alle energie toebedeeld. Bij power-factor groter of kleiner dan ‘1’ is er extra vermogen nodig om de gebruiker van voldoende energie te voorzien.

Voorbeeld van een apparaat met een power-factor ‘1’ (nagenoeg gelijk aan 1, in praktijk) is een elektrische oven of kachel.

Voorbeeld van een apparaat met een power-facter <1 zijn bijvoorbeeld elektromotoren, transformatoren

Voorbeeld van een apparaat met een power-factor >1 zijn bijvoorbeeld kabels, condensatoren

Het onderdeel wat in het blok ‘ PWM control’ boven in de grafiek is weergegeven regelt feitelijk de gewenste (uitgangs)spanning. PWM staat voor ‘Pulse Width Modulation’: met behulp van schakelende/pulserende signalen (waarbij variatie in tijdsduur van de puls (d.m.v. de breedte van de puls) ) wordt hier op geregeld. Is de (uitgangs)spanning niet correct, dan past de PWM Control module de verhouding van de blokvormige signalen (de ‘duty-cycle’) aan (zie onderstaand grafiek, hoe de verhouding van de

pulsbreedte wordt gevarieerd, met als label de berekende ‘duty-cycle’: 0% = uit, 100%=vol open). Door de terugkoppeling (van de uitgangsspanning naar de PWM-control module) wordt e.e.a. continue gestuurd. Het gemiddelde van deze cyclus komt overeen met een gewenste spanning.

 

Dat regelcircuit (feedback, of terugkoppeling) kent dus maar slechts 2 fases: de voeding is ingeschakeld/actief of uitgeschakeld (waar bij de lineaire voeding er niet gekeken wordt, door ontbreken van de logica en feed-back/terugkoppeling).

Het grote voordeel van een schakelende voeding is dus in het kort:

  • De schakelende voeding zelf verbruikt zeer weinig vermogen in een van de twee stadia (in-of uitgeschakeld), waardoor vermogens-aanpassing gerealiseerd wordt met minimale verliezen (en dus een grote efficiency dan een lineaire voeding ooit kan bereiken);
  • Daaruit volgend: worden door de hoge efficiency de behuizing van de schakelende voeding niet extreem warm vergeleken met de lineaire voedingen.
Kenmerk Lineaire voeding Schakelende voeding
Efficientie typisch ca. 30-40% typisch ca. 70-95%
Complexiteit eenvoudig ontwerp complex ontwerp
Radiofrequentie invloed afh. van gelijkrichter & trafo EMI/EFI ontstaat door snel schakelen
Acoustisch geluid (lichte)brom van trafo stil voor de mens
Dick Kleijer is zelf enthousiast bezig met elektronica en heeft de tijd genomen om verschillende voedingen door te meten. Van daaruit is o.a. het rendement bepaald, ook tussen de hier besproken schakelende voeding en de gestabiliseerde voeding. De meetresultaten heb ik van 2 voedingen die Dick gemeten heeft bij elkaar in een grafiek uitgezet (rendement versus uitgangsvermogen). De gestabiliseerde voeding loopt beduidend achter op de schakelende voeding kijken naar rendement. Meer metingen met de gestabiliseerde voeding is niet gelukt, omdat op dat moment de maximale stroom van dat type/model adapter bereikt was (max. 300mA)
Nu in het kort het verschil tussen een normale (lineaire) voeding en een schakelende (switching mode) voeding is uitgelegd, terug naar onze woningen….

Onze omgeving

Inventariseer eerst eens de apparatuur in je woning. Kijk naar zaken die continue gevoed worden, zoals internet-routers/gateway/switches/ADSL-modem en GSM-laders.

Noteer in een lijst (denk aan Excel) de benodigde uitgangsspanning en stroom, alsmede of je de voeding kan identificeren als lineaire voeding of schakelende voeding. Tip: veelal hebben de lineaire voedingen een behoorlijk forse transformator in zich, waarbij de schakelende voeding veelal een opdruk als ‘switching mode supply’ (of iets in die richting) hebben.

Lineaire voeding van de Cisco 1Gb switch

Na de ‘jacht’ zie je ongeveer welke voedingen er zijn, welke spanningen en stromen ze leveren (volgens het etiket), en kun je op zoek naar gelijkwaardige schakelende voedingen. De spanning is essentieel, maar qua stroom mag je als het niet anders kan een iets zwaardere nemen (voorbeeld apparaat X vraagt om 12 Volt/650mA, de winkel kan 12Volt/500mA leveren maar ook 12Volt/1000mA. Een keuze voor de 12V/1000mA is dan geen probleem.)

Een 12 Volt, 500 mA schakelende voeding is rond de 10 euro per stuk te vinden. Ikzelf heb nog een paar schakelende voedingen van de Arduino-hobby voorhanden die ik bijvoorbeeld op de 1Gbit Cisco switch heb geplaatst.

 

Schakelende voeding voor op de Cisco

Zodra ik met de Cisco Switch getest heb (SD2005, 5 poorts) wordt bij de bijgeleverde voeding (lineair, met aardige transformator er in) 11 Watt weergegeven (gemeten met een voorhanden zijnde Brennenstuhl PM230 verbruiksmeter).

Schakel ik over naar een geschakelde voeding (output 12Volt/500mA) dan is op dit zelfde apparaat van Cisco niets te meten. In elk geval: niet voor de gebruikte verbruiksmeter. Nu is het wat mij betreft indicatief, maar het geeft wel aan hoe efficiënt de geschakelde voedingen zijn, en eigenlijk gewoon steevast hun plek dienen te krijgen in een energie-bewust huishouden.

 

Dus als je toch op energie-jacht gaat, en de sluipverbruikers gaat opsporen: door het vervangen van een oude (lineaire) voeding van het apparaat door een schakelende voeding is al een stuk besparing snel en eenvoudig te realiseren. Direct sluipverbruik en in-efficiente apparatuur (gefaseerd) uit huis plaatsen!

Wil je helemaal de ‘puntjes op de “i” plaatsen’, zet dan ook direct een fysieke schakelaar

Zet sluipverbruik buitenspel met zo'n schakelaar

tussen. Daarmee zet je sluipverbruik helemaal buiten spel!

Controlelijst

Apparaat Voeding-specificatie
draadloze telefoon
ADSL-modem
Switch
Media-speler
draadloze telefoon

 

Enkele zaken die kleine schakelende voedingen leveren zijn zoals ik toegepast heb (12V/500mA):

Floris.CC

iPrototype

 

Met dank aan Dick Kleijer voor het beschikbaar stellen van meetgegevens. Bezoek als elektronica-liefhebber gerust zijn website

6 thoughts on “Sluipverbruik in de woning: voedingsadapters”

  1. Wel weer een leuk topic.
    Ik schakel hier alles af met 1 schakel doos. Maar overdag sluipt het ook.
    Om te checken hoeveel sluip verbruik er is kun je heel eenvoudig de even aan de adapter voelen. Is hij warm of heet dan is het een foute adapter.
    Vervangen. Ze kosten maar €8 ofzo. Bij mijn USB hubs zijn foute adapters geleverd. Wel geschakeld!. Moet ik eigenlijk eens gaan vervangen.
    Geschakeld is natuurlijk altijd beter dan conventioneel. Maar die fabrikanten specificeren niet het adapter verlies.
    De adapter van mijn USB HD is weer heel heet. Maar de HD staat niet eens aan!?

  2. Grappig. Die adapter van floris.cc heb ik ook. Alleen gekocht bij Nedis voor €5,77 ex. Daar hebben ze nog 8409 op voorraad. Hij doet het uitstekend. En word niet warm.

  3. Kan ik ook meerdere verbruikers op 1 adapter zetten, of is dan de schakeling van op en af schakelen minder effectief?

  4. @Barry: ik denk dat de enige beperking is ‘hoeveel kan de (schakelende) voeding leveren?’. Dus hoeveel vermogen (Watt) en hoeveel stroom (Ampère).
    zolang je dat in de gaten houdt, kun je gerust 2 of 3 apparaatjes voeden met 1 schakelende voeding. Ga je veel meer vragen van de voeding dan zakt de stroom en spanning in.

  5. @Barry
    Bij vollast zijn de adapters juist het meest efficiënt.
    Dus hoe meer op 1 adapter kan, des te zuiniger. Let wel even op de spanningen en vermogens die op de apparaten staan.
    Bij nullast trekken ze ook nog iets van 0,5W afhankelijk van het type.
    Het type dat Niels noemde trekt 0,125W. De power supply van mijn USB HDD drive 3,015W. Mijn acer laptop voeding 0,237W (net even nagemeten)

    De voeding schakelt niet op en af. Maar maakt van 230VAC bij 50Hz 325VDC.
    Vervolgens word er van die 325VDC 325VAC gemaakt bij frequenties tussen de 10kHz en 100kHz. Dan kan hetzelfde vermogen door een piepkleine goedkope trafo heen.

  6. Dank voor de tip, ik had hier nog niet aan gedacht!
    Heb zojuist de meer dan handwarme 12V/1.5A adapter van de KPN Experiabox vervangen. Zal zeker een paar watt schelen.

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *