Электронная нагрузка EBD-USB и попытки ее сравнения с USB тестером J7.

Часто в обзорах, где оценка емкости аккумуляторов производится с помощью USB тестеров, и комментариях к ним, можно встретить возражения по поводу такой методики.
Какое-то время сам пользовался тестером J7 и результаты его измерений емкости аккумуляторов часто ставили в тупик. На одном и том же аккумуляторе иногда получались совершенно разные ее значения. Особенно это касалось старых аккумуляторов.
Наиболее корректной методикой считается измерение емкости аккумуляторов на разряд током 0,2С с помощью электронной нагрузки.
Пару месяцев назад в руках у меня оказалась электронная нагрузка EBD-USB от производителя ZKE, специализирующегося на подобной тематике.
За прошедшее с того момента время в результате эксплуатации и наблюдения за девайсом пришел к некоторым выводам и провел отдельные эксперименты.
Кому интересно приглашаю ознакомиться.
Для порядка сначала обзор самой электронной нагрузки и в завершении результаты попыток сравнения ее работы с USB тестером J7.
Отдельные функции тестера и нагрузки совпадают, но EBD-USB обладает расширенным функционалом и позволяет измерять ток, напряжение, емкость аккумуляторов, мощность источников тока, проводить нагрузочные тесты зарядных устройств для определения, например, запаса по мощности и потенциала зарядного устройства в целом, определять качество шнуров для зарядки, строить графики тока, напряжения и мощности, проверять наличие режимов быстрой зарядки QC2, QC3, MTK-PE, сохранять результаты в табличном виде и в виде изображения.
Технические характеристики:
Питание: онлайн USB источник питания (5v);
Диапазон измеряемых напряжений: 0,05-13,50 v
Диапазон измерения тока: 0.05-4,0 a
Режим тестирования: разрядка постоянным током, QC2/QC3, MTK-PE;
Максимальная мощность: 25W.
Для работы устройства требуется подключения к компьютеру. Предварительно следует установить программу EB Tester Software V1.8.5 и драйвер PL 2303. Программа имеет несколько ревизий, последняя, что удалось найти от 01.10.2017г. Можно искать на сайте производителя www.zketech.com/, но там все на китайском, или можно скачать тут вместе с инструкцией в pdf.

Приехала нагрузка в обычном антистатическом пакете, без картонной упаковки, но в пути ничего не пострадало.



Плата имеет размеры 60*38 мм, высота всей конструкции 40 мм.
В передней части расположен входной разъем USB 2.0 – сюда подключаются источники тока (зарядки, аккумуляторы).



Сзади разъем microUSB – сюда подключается шнур для связи с компьютером.



И на боковой стороне находится USB порт для подключения заряжаемого гаджета.



Нижняя сторона платы защищена экраном из оргстекла с нанесенным логотипом производителя.



Здесь уже был обзор нагрузки EBD-USB, но при внимательном рассмотрении снимков из него и моего гаджета, оказалось, что они отличаются друг от друга, т.е. это разные ревизии.
Так в упомянутом обзоре разъем microUSB открыт, в моем варианте закрыт и прижат защитной планкой с надписью EBD-USB. При разборке выявились еще некоторые отличия, но уже в схемотехнике.
Вот фото нижней стороны платы из обзора aizenn (использовано с его разрешения)



А вот фото нижней стороны платы моего экземпляра.



Изменения коснулись трассировки и расположения элементов в районе microUSB разъема, в центре платы и в нижней правой ее части (резисторы расположены немного иначе). С чем связаны изменения и как это отразилось на работе устройств, сказать не могу, но различия в монтаже есть.
На плате расположились:
Рядом с портом microUSB PL2303SA – контроллер USB;
Рядом с боковым портом USB МСЗ6002I – двойной операционный усилитель.
На самом большом чипе – контроллере, нанесена маркировка BL051F3P6, но даташит найти не удалось.
Измерительный шунт DALE R01F
И на верхней стороне платы установлен полевой транзистор IRLZ44N



На самой же плате есть надпись, видимо шифрующая версию устройства.



Обдув радиатора обеспечивается маленьким вентилятором.



Несколько слов и фото о подключении тестируемых источников питания и заряжаемых гаджетов.
Так подключается тестируемое зарядное устройство и испытуемый аккумулятор. Шнур подключается к компьютеру.




Соорудив переходник «разъем microUSB-порт USB» и предварительно испытав источник питания, можно испытывать кабели.



Ну и в боковой порт USB подключается заряжаемое устройство.



Порядок установки ПО и подключения:
— установка программы;
— установка драйвера;
— подключение нагрузки к порту компьютера;
— запуск программы.
Первоначально устанавливал версию программы от 20.02.2016г. – разницы в работе не заметил. Но тут следует сделать оговорку – данная программа универсальна для многих электронных нагрузок, выпускаемых производителем и возможно изменения в ПО касаются других моделей.
После запуска программы нужно выбрать порт (в моем случае № 9), к которому подключена ЭН (электронная нагрузка).



После нажатия кнопки Connect ПО и ЭН готовы к работе, о чем свидетельствует появление второй вкладки на панели справа.



ПО позволяет сохранять на диск результаты тестов в виде графика, изображения и файла с данными автотеста в формате csv. Файл, сохраненный в этом формате открывается в Excel, WordPad, блокнотом и т.д…



Разница в первых двух вариантах в том, что во втором случае под графиком сохраняется таблица с данными.



Сохранение данных автотеста в формате csv впечатление не произвело, потому что требуется редактирование записи – все данные свалены в кучу построчно.



Немного забегу вперед — в процессе использования ЭН для себя выбрал немного другой способ – делать скрин, развернув таблицу результатов автотеста. В данном случае сразу сохраняется изображение графика, таблица в нижней части и таблица с результатами справа.
На следующей вкладке можно добавить подключенные электронные нагрузки, провести калибровку и обновить прошивку нагрузки.



Как утверждает файл pdf, можно подключить десять нагрузок. В наличии у меня только одна и проверить данное утверждение не могу, хотя десять страниц с графиками открываются.



Кроме всего прочего в ПО заложена возможность калибровки вольтметра и амперметра. Для проведения процедуры потребуется образцовый источник напряжения, образцовая нагрузка и образцовый амперметр.
На источнике устанавливается какое-то небольшое напряжение (например, 1 вольт) и нажимается кнопка Calibration. Аналогично проводится установка более высокого напряжения. Точно так же с током. И в финале калибровка закрепляется кнопкой Ok.



Пункт меню Firmware Update (обновление прошивки) активируется только после того, как будет замкнуты крайние контакты на плате нагрузки.



Во время процедуры вход нагрузки не должен быть подключен к источнику напряжения. Далее подключаем нагрузку к компьютеру и запускаем программу EB Tester Software V1.8.5. Теперь пункт Firmware Update активен. Нажимаем кнопку Identify и программа опознает нагрузку как EBD-USB2.



Кликаем Update и ждем окончания прошивки. На обновление уходит секунд 30-40. Теперь можно отключить нагрузку от компьютера, снять перемычку и снова включить нагрузку. Версия прошивки видна в нижнем правом углу (Дата, время, версия прошивки). Шрифт здесь выбран разработчиками слишком большим, и увидеть надпись полностью нет возможности – видно только 3.10. А может быть, прошивка имеет трехзначный номер. В общем, сказать определенно изменилась прошивка или нет, не могу. Да и на работе нагрузки это никак не сказалось.
В пункте меню Tools результативны первый и последний подпункты. Активация среднего подпункта никаких ощутимых результатов не дает.



Первый подпункт очищает график от результатов прежних тестов. Последний подпункт позволяет тестировать источник напряжения на предмет наличия технологий быстрой зарядки QC2 (повышение напряжения с 5 до 12 вольт ступенчато 5/9/12 вольт), QC3 (постепенное повышение напряжения с шагом 0, 2вольта), а так же технологии от МТК –РЕ.



QC2 и QC3 проверил, тестируя зарядное устройство BlitzWolf BW-5S. МТК –РЕ проверить к сожалению нечем.




В окне выбора технологии быстрой зарядки можно выбрать, в каком режиме поднимать напряжение – в ручном или автоматическом, но с обозреваемой нагрузкой версии EBD-USB в QC2 работает только ручной режим, независимо от выбора Manual или Auto. Поднимать и снижать напряжение нужно кнопками + и -.
В режиме QC3 доступны как ручная, так и автоматическая установка напряжения.
И в случае QC2 и в случае QC3 поднять напряжение можно только до 12 вольт, несмотря на имеющуюся кнопку 20 вольт – тестируемое мной зарядное BlitzWolf BW-S5 больше 12 вольт не выдает, но надеюсь, что программа не даст сжечь обозреваемую нагрузку в случае тестирования зарядки с функцией QC3.0, способной выдавать 20 вольт.
Тестирование на наличие QC2/3 можно проводить как без построения графика, так и с построением. В первом случае активация QC2/3 осуществляется кнопкой +. Во втором кнопкой Start в правой части экрана программы. Мне второй способ показался более приемлемым так, как позволяет не только видеть цифры вольтметра, но и видеть, как зарядное устройство отрабатывает команды повышения напряжения (сразу или с задержкой, с крутым или пологим фронтом).
В четвертом пункте меню — Setting четыре пункта установок.



Подпункт CurveTtitle – здесь можно задать название графика.



Coordinate settings — здесь настраиваются диапазоны напряжения, тока и времени на графике.



По умолчанию программа отображает на графике только кривые тока и напряжения, но через подпункт Display Setting можно добавить отображение кривой мощности. Для этого нужно кликнуть в окне Show, установив галочку.




В случае с моим экземпляром кривая мощности оказалась совсем не лишней и позже я поясню почему.
В последнем подпункте меню Setting — Software setting выбирается формат сохранения данных csv или dat и можно задать автосохранение данных.



В правой части экрана программы расположены окна и кнопки необходимые для непосредственной установки параметров тестирования, наблюдения за параметрами, их изменениями и установки режимов тестов и измерений.
Тестирование источников питания можно проводить в двух режимах, для чего имеются две вкладки — Single Test и Auto Test.
В режиме Single Test видим показания вольтметра, амперметра, ваттметра и общего времени тестирования источника питания или времени зарядки гаджета, подключенного к боковому USB разъему электронной нагрузки.



Выбор варианта работы – тестирование источника питания или подсчет емкости, энергии, фиксация напряжения, тока и мощности при зарядке гаджета через нагрузку выбирается в окне Mode



В режиме DC-C тестируем зарядное устройство или аккумуляторы на разряд. Здесь задается ток тестирования (Test Val) до 4 Ампер для этой электронной нагрузки, напряжение источника, при котором тест прекратится (Cutoff Volt) и время тестирования (Max Time). При установке значения времени 0, тест будет длиться неограниченно. Таким образом, тут задаются два порога прекращения теста – при снижении напряжения на источнике до установленного значения Cutoff Volt в силу просадки под нагрузкой или в силу разрядки аккумулятора и по времени.



Начало, конец тестирования по нажатию кнопок Start, Stop. В процессе тестирования можно поменять ток и порог по напряжению. Для этого вписываем новые значения в соответствующие окна и кликаем кнопку Adjust.
Суть кнопки Continue как то не уловил. Нажимай, не нажимай эффект нулевой. После старта она не активна, а если нажать стоп, а потом на нее, то все счетчики обнуляются.
Кнопка Monitor позволяет наблюдать за напряжением на источнике на холостом ходу, когда он не нагружен. Просто наблюдаем, как ведет себя напряжение на холостом ходу и строится график.



В режиме Meter нагрузка работает как USB тестер, фиксируя каким током, напряжением заряжается гаджет, сколько влилось энергии в его аккумулятор, его емкость, время зарядки и конечно же строит графики. Вентилятор нагрузки при этом не вращается.
Очень полезной функцией нагрузки и ПО является Auto Test. Здесь тестировать зарядные устройства и аккумуляторы на нагрузочную способность. Допустим, написано на зарядном устройстве 5v-2A, но как там по факту неизвестно. Здесь как раз и пригождается проверка нагрузочной способности, выявляющая, при каком токе начнет просаживаться напряжение. Эта функция позволила отсеять несколько зарядных устройств и аккумуляторов бывших в хозяйстве.
Здесь нужно выставить:
Start Curr – начальный ток теста;
Stop Curr – конечный ток теста;
Cutoff Volt – напряжение на источнике, при котором следует прекратить тест;
Step – шаг увеличения тока;
Change – продолжительность тестирования при каждом значении тока. Можно установить в секундах, можно в минутах. И в первом и во втором случае шаг регулируется от 2 до 100 секунд или минут.
Но как уже говорил выше, есть тут ложка дёгтя на бочку меда – в режиме автотеста программа некорректно подсчитывает мощность.



При токе нагрузке до 1 ампера вообще не считает, от 1 до 2 ампер всегда показывает 5 ватт, от 2 до 3 ампер — 10 ватт, от 3 до 4 ампер – 15 ватт.
Но можно либо посчитать самостоятельно, либо задав отображение графика мощности (настроив его шкалу) смотреть по нему.
Кликнув правой клавишей мыши и удерживая на графике можно увидеть вертикальную линию, на пересечении которой с графиками выводится дополнительная информация.
Мне не понравился результат выведения данных в формате csv. Результаты тестирования записываются в одну строку без всякого разделения и приходится редактировать запись.
Однако и тут нашелся выход – когда автотест заканчивается можно кликнуть на таблице с результатами в любом месте и таблица разворачивается. Делаю скриншот и как мне кажется, такой способ удобен тем, что вся картина с графиками, результатами в нижней таблице и результаты автотеста располагаются на одном снимке.
Способ не подойдет для длинных тестов так, как на экране помещается только 33 строки, но для коротких испытаний вполне применим.



И в завершении хочу поделиться своими соображениями (не истина в последней инстанции) и результатами попытки сравнения этой нагрузки и USB тестеров.
Существует мнение, что USB тестер дает приблизительное представление о емкости аккумуляторов. Так же часто встречается информация о оценке емкости аккумуляторов в процессе их зарядки. Я не буду никого ни в чем убеждать, а лишь отмечу, что не раз пытался определить емкость в процессе зарядки гаджетов. В результате таких замеров заметил, что иногда замеры емкости почти равны номинальным, иногда меньше, но бывали случаи когда емкость оказывалась на много больше заявленной. И дело тут не в качестве аккумулятора, а в том что электроника гаджета, даже выключенного при зарядке, все равно что то потребляла, а тестер все это считал.
Потому наиболее правильным методом оценки емкости является ее оценка при разряде, т.е. из гаджета извлекается аккумулятор и уже в таком виде проводятся тесты. Здесь, опять же, есть варианты – с контроллером защиты аккумулятор или без. В случае беззащитного аккумулятора (например, 18650 без защиты) емкость будет определена с большей степенью достоверности. В случае с присутствующей схемой защиты эта схема внесет некоторую погрешность, но потрошить аккумулятор из-за этого глупо и потому данным обстоятельством, пожалуй, можно пренебречь.
В запасах был аккумулятор Samsung модель АВ553446ВЕ с неуказанной емкостью. В сети попадается информация о 650 мА, 850 мА и 1000 мА. За основу взял 850 мАмпер и зарядив его током 0,4 ампера с помощью Imax B6, начал разряжать через тестер на проволочное сопротивление током 0,18 ампер. Это чуть выше 0,17 ампер (0,2С), но выставить резистором точно не получилось.



На момент когда тестер отключился по причине снижения напряжения на аккумуляторе до 3,18 вольт, тестер насчитал 838 мАч. Резистор был отключен и сделано фото.



Потом снова зарядка током 0,4 ампера с помощью Imax B6 и разрядка через обозреваемую электронную нагрузку током 0,18 ампер до уровня снижения напряжения на аккумуляторе до 3,18 вольт для соблюдения равных условий.
EBD-USB подсчитала 878 мАч.



Тест проводил два раза и результаты были одинаковыми с отклонением в пару-тройку мАч. Были тесты на других аккумуляторах с указанной емкостью, но всегда показания USB тестера были меньше.
Далее соорудил вот такого монстра и начал заряжать планшет.



На фото можно видеть что на тестере на входе нагрузки (в режиме измерителя) напряжение и ток выше, чем на тестере на выходе для зарядки гаджетов. Оба тестера откалиброваны. Менял их местами, но картина не изменилась – сама нагрузка немного потребляет и на выход попадает чуть меньше. Однако в подсчетах учитывается только напряжение и ток на выходе, а информация получена лишь ради интереса.
Наибольший интерес представляли результаты замеров влившейся емкости. Акцент делался на совпадении/несовпадении показаний тестера и нагрузки, фактическая емкость была вторична.
В процессе зарядки аккумулятора показания тестера все время немного отставали от показаний нагрузки. Ближе к трем тысячам мАч разница составила 101 мАч в пользу нагрузки. Нагрузка показала 2793, тестер 2692 мАч.




До полного заряда аккумулятора, как мне показалось, довести дело не удалось – при снижении тока зарядки до 0,24 ампера по тестеру программа остановилась с таким показаниями.




Повторные запуски программы снова приводили к остановам. Зарядка планшета (а потом и телефонов) в этом варианте были испробованы несколько раз и всегда при снижении тока программа останавливалась.
Но еще более примечательным является то, что убрав нагрузку и соорудив связку зарядка/тестер/планшет или телефон, на тестере увидел, что ток потребления равен нулю, т.е. аккумулятор заряжен полностью.
На мой взгляд сырость программы налицо (по графику не видно снижение тока до нуля, а есть прекращение замеров при токе чуть ниже 0,3 ампера), но чем объяснить такое поведение тестера не знаю.
Для чистоты эксперимента повторял зарядки тех же гаджетов отдельно через тестер, отдельно через нагрузку. Результат измерения емкости точно такой же как и при участии их обоих. Разницей в пару-тройку mAh можно пренебречь.
Эксперименты позволили сделать вывод о более правильном, повторяемом и наиболее удобном способе измерения емкости аккумуляторов — на разряд с помощью электронной нагрузки. Четкие выводы относительно, что лучше, что хуже, при зарядке не могу, и даже наоборот эксперименты с измерениями во время зарядки способствовали появлению дополнительных вопросов, и можно было бы не занимать время читателей, но, возможно, кому то было интересно. Да и мнения других будут не лишними.
Но возвращаясь к нагрузке и подводя итог отнесу:
к минусам – немного не допиленное ПО, шумный вентилятор на больших токах тестирования, вывод данных в формате csv (и минус и плюс);
к плюсам – компактность, возможность построения и сохранения графиков, возможность тестирования зарядок, кабелей, аккумуляторов, поддержка протоколов QC2/3, МТК-РЕ, широкие функциональные возможности, сохранение информации в bmp, форматах csv и dat.
Пока я занимался экспериментами товар в магазине закончился, но его можно найти на других площадках.