29 juli 2013

Lichtnetadapters: appels en peren?

Het is de meeste mensen wel opgevallen: Apple's lichtnetadapters voor iPads en iPhones zijn niet bepaald goedkoop. En wie wat rondkijkt in de winkels of online, komt al snel "tweelingbroertjes" van Apple's adapters tegen, die flink goedkoper zijn. Waarom zou je dan zo veel geld uitgeven?

“Veiligheid” lijkt op het eerste gezicht een goed argument, zeker na de berichten over incidenten: een Chinese stewardess werd onlangs geëlectrocuteerd, en een andere Chinees geraakte in coma bij het gebruik van een iPhone-adapter. In beide gevallen géén officiële Apple-producten trouwens, maar goedkope "knock-offs". Maar een hogere prijs hoeft zeker niet altijd een veilig product te betekenen. Apple zelf maakte dat in 2008 duidelijk door (in de VS, Japan, Canada, Mexico en Zuid-Amerika) een werkelijk levensgevaarlijke lichtnetadapter te leveren, met stekkerpennen die door een slechte constructie heel makkelijk af konden breken. Gelukkig zijn er toen (voor zover bekend) geen ongelukken gebeurd voordat de adapters werden teruggeroepen, maar deze episode is ongetwijfeld een forse vlek op het blazoen van Apple. Foto's van deze pijnlijke ontwerpfout zijn nog steeds te vinden op bijvoorbeeld www.iphonehacks.com.

Al met al genoeg redenen om eens wat adapters aan te schaffen en aan een nader onderzoek te onderwerpen. Wat zijn nu werkelijk de verschillen tussen zo'n “peperdure” Apple-lader en een veel goedkopere?

Aan een “echte” Apple lichtnetadapter komen was niet moeilijk: we vergeleken de prijzen bij A-Mac, de online Apple Store en Mediamarkt, ontdekten nauwelijks prijsverschillen en betaalden uiteindelijk € 20 bij A-Mac aan de Eindhovense Demer. Voor een goedkope namaak-adapter keken we op de populaire DealExtreme-website. Daar vonden we een, op het oog identieke, adapter onder het bestelnummer 48615, voor een prijs van US$ 2,39. We bestelden ook een adapter met kabel (bestelnummer 110278) voor US$ 3,00. Even voor de duidelijheid: dit zijn prijzen inclusief verzendkosten van China naar Nederland. Wie vandaag op de DealExtreme-website kijkt, ziet trouwens nog een wat lagere prijs: de adapter nr. 48615 kost nu US$ 1,90.

Uit dit alles valt wel af te leiden dat de Chinese posterijen héél andere tarieven hanteren dan de Europese - want wie vanuit Europa zo'n adapter terug zou willen sturen naar China, is alleen aan porto al meer kwijt dan de totaalprijzen die we noemden. Hoe zou dat mogelijk zijn? Maken de Nederlandse/Europese postbedrijven zoveel winst? Of subsidieert de Chinese overheid het postbedrijf? We kunnen wel vermoeden dat de huidige gang van zaken niet zo voordelig is voor de Nederlandse posterijen: weliswaar komt een deel van de in China betaalde porto via de UPU (Universal Postal Union) bij PostNL terecht, maar veel kan dat nooit zijn...

Een andere verklaring voor de lage DealExtreme-prijzen is gelegen in de omzetbelasting (BTW). In principe berekent de Nederlandse douane bij invoer 21% BTW, maar bij zendingen van relatief weinig waarde laat men dit achterwege. De opbrengsten zouden dan nl. simpelweg niet opwegen tegen de kosten. Maar wie een Apple-adapter in Nederland koopt, betaalt daarbij (via de verkoper) 21%, dat is zo’n € 3,47 van die € 20, aan de Belastingdienst.

Naderhand kwamen we bij de Hema nog een adapter tegen, die weliswaar geen “lookalike” is van de Apple-lader, maar wel een interessante concurrent. Die zijn in de prijsklasse rond 15 euro ruimschoots te vinden van diverse merken – maar zou het de Hema gelukt zijn voor € 6,25?

Eerste indruk: zoek de verschillen

De originele Apple-adapter kopen we in de winkel, en die kunnen we dus gelijk bekijken: verpakt in een keurig kartonnen doosje, met twee piepkleine boekjes waarin een korte gebruiksaanwijzing en de garantievoorwaarden in acht talen zijn opgenomen. Voor de adapter die we bij DealExtreme bestelden moesten we wat meer geduld hebben: na het plaatsen van de bestelling duurde het enkele weken voordat we een goedgevulde enveloppe in de brievenbus vonden.

Bij DealExtreme geen kartonnen doosje, geen (gedrukte) gebruiksaanwijzingen of garantie-voorwaarden. Enkel de adapters, verpakt in gripzakjes met een klein stickertje erop. Net als bij de Apple-adapters, is het glanzende kunststof van de adapters beschermd door een stuk zelfklevende kunststof. De adapter inclusief kabeltje (#110278) blijkt identiek te zijn aan het losse exemplaar (#48615).

Het eerste dat bij zorgvuldige vergelijking opvalt, is het gewichtsverschil: de Apple-adapter weegt zo'n 27 gram, die van DealExtreme ongeveer 20 gram (hoewel de DealExtreme als gewicht 26 gram vermeldde). De kunststof van de DealExtreme-adapter is net wat grauwer wit dan die van Apple, en de kunststof lijkt ook iets minder gepigmenteerd te zijn: in een bepaalde lichtval is het zelfs een beetje translucent. Bij zorgvuldig nameten is ook te zien, dat de DealExtreme-lader aan de zijde van de USB-poort zo'n halve millimeter breder is dan aan de kant van de stekkerpennen. Blijkbaar had de fabrikant van de DealExtreme-adapter een iets grotere lossingshoek nodig als Flextronics, de maker van de Apple-adapter. Dat betekent dat de DealExtreme-adapter net iets makkelijker te fabriceren is. De DealExtreme-adapter lijkt bovendien gemaakt te zijn van "gewoon" polystyreen; die van Apple is duidelijk minder brandbaar, en gemaakt van polycarbonaat (PC). Dat is duurder, maar ook kwalitatiever: het is vlamdovend, vormvast, bestand tegen benzine, oliën en vetten en praktisch onbreekbaar.

Bij zorgvuldig nameten blijkt dat de stekkerpennen van de DealExtreme-lader niet voldoen aan de Europese norm EN50075:1990: het kunststof deel heeft een diameter van meer dan 4,0 mm, terwijl de norm maximaal 3,8 mm voorschrijft, en het metalen gedeelte is weer wat te dun; de pennen zijn ook wat te kort. Op zich weinig opwindend en vast niet echt onveilig – maar voor een officiële keuringsinstantie is dit soort afwijkingen van de norm wel degelijk een reden voor afkeuring. (De pennen horen volgens de norm ook enigzins schuin te staan - zoals bij de Apple-lader te zien is.)

“Designed by Apple in California”, staat op de Apple-adapter. Dat had de naamloze Chinese fabrikant van de DealExtreme-adapter eigenlijk ook wel op “zijn” product kunnen zetten zonder veel te liegen. De Apple-adapter is blijkens het opschrift door Flextronics gefabriceerd, eveneens in China. De Apple-adapter wordt verkocht als type “MD813ZM/A”, maar volgens de opdruk is het een model “A1400”. Op de DealExtreme-adapter staat geen merk, enkel de aanduiding “8989 BL” die blijkbaar het typenummer is.

Op beide adapters staat verder het CE-conformiteitsteken (waarmee de fabrikant aangeeft dat de adapter voldoet aan de normen van de EU), het klasse II "dubbel geïsoleerd"-teken , het N-merk (van de Noorse Nemko-organisatie), het symbool voor gescheiden inzameling EEA , en het Energy Star efficiency-classificatieteken (wat o.m. betekent dat de lader maximaal 0,3 W gebruikt als hij zonder snoer in het stopcontact wordt gelaten). Bij Apple lijkt leesbaarheid overigens nauwelijks een rol te spelen: de grijze lettertjes op lichtgrijze ondergrond zijn met het blote oog nauwelijks te onderscheiden. Je kunt je afvragen of dit voldoende is voor de veiligheidsnormen, die toch spreken van een markering die “easily legible” moet zijn...

Op deze foto is te zien dat de Apple-adapter toch wel met kleinere maattoleranties gefabriceerd wordt; de DealExtreme USB-connector zit duidelijk een fractie scheef in de behuizing. Het grijze vlak op de DealExtreme-lader is op de behuizing ge(zeef)drukt – bij de Apple-adapter is het grijze vlak gerealiseerd via tweecomponenten-spuitgieten. Het grijze vlak is dus geen dun laagje inkt, maar een ongeveer 1 mm dikke laag kunststof, die apart in de witte kunststof vastgespoten is. Voordeel: ook na langer gebruik (krassen!) blijft het grijs grijs.

Werking

USB-laders gebruiken de wisselstroom van het lichtnet, en zetten deze (als het goed is) om naar een gelijkstroom van 5 Volt. In Nederland is dat lichtnet trouwens 230 V - 50 Herz, maar de laders geven beiden aan, dat ze voltages van 100 tot 240 V en frequenties van 50-60 Herz aankunnen. Dat betekent dat ze praktisch overal ter wereld te gebruiken zijn.

De kwaliteit van een lader is onder andere af te lezen aan hoe goed die omzetting gebeurt: bij simpele, goedkope laders is die gelijkstroom meestal nogal “vervuild” en niet erg stabiel. Bij dure geavanceerde laders is de wisselstroom keurig afgevlakt, gefilterd en gestabiliseerd, zodat het geleverde voltage constant blijft, ook bij zware belasting.

De Apple-adapter levert onbelast 5,14 V, netjes binnen de USB-specificaties. De DealExtreme-adapter doet daar nauwelijks voor onder: 5,16 V onbelast. Maar zodra we de laders gaan belasten wordt het een ander verhaal. De Apple-adapter blijft bij een stroom van meer dan 1 A nog binnen de normen, zoals het opschrift al belooft. Maar de adapter van DealExtreme schiet bij 0,4 A al door de USB-norm heen. Met een energieverbruiksmeter (Go-Green sm00701) zien we ook, dat de DealExtreme-lader niet meer dan 2,9-3,0 Watt opneemt, terwijl de Apple-lader keurig de beloofde 5,0 Watt aankan.

De behuizing

Maar hoe zou het er binnenin uitzien? Even openschroeven is er bij Apple's producten vaak niet bij. Daarom hanteerden we wat grof geweld: met een Fein Multimaster werden er twee zaagsneden in de zijkanten van de behuizinggemaakt. De adapters werden daarmee natuurlijk voorgoed onbruikbaar. Bij de DealExtreme-lader was het openzagen geen enkel probleem. Maar toen we daarna de Apple-lader probeerden open te zagen, hadden we eventjes de indruk dat het ding massief was...

Als we de twee behuizingen aan de binnenkant bekijken, zien we meteen de verklaring voor het flinke gewichtsverschil: de Apple-adapter heeft een wanddikte van 2,6 mm, die van DealExtreme 1,3-1,5 mm. De DealExtreme-behuizing is in het midden 0,2 mm dunner, wellicht om de printplaat met onderdelen passend te krijgen. In de doorsnede is bij de Apple-adapter duidelijk de 2-componenten-opbouw van het grijze vlak te zien; links van het gat zit het zgn. aanspuitpunt. De drie korte ribben zorgen dat de USB-connector precies passend onder de opening valt. De donkergrijze klodder is siliconenkit, waarvan men kwistig gebruik heeft gemaakt op de printplaat. De componenten worden daarmee gestabiliseerd, rammelen wordt voorkomen, en het werkt ook isolerend en voert warmte af.

Het “binnenwerk”

Na het openzagen van de behuizing is ook het binnenwerk van de adapters te zien. Ook daar zien we flinke verschillen. De Apple-adapter is zeer compact van opbouw, met een tweezijdige printplaat met tientallen componenten, zowel "through-hole" als "surface-mounted". De USB-connector is omringd door 3 extra printplaatjes met SMD-componenten. In het midden, beschermd door een witte sticker, een transformator. Links (onder het zwarte kabeltje) vinden we een Fairchild Semiconductor MB10S bruggelijkrichter en een Fairchild Semiconductor FAN301U power management IC. Op de achterzijde is een Power MOSFET (ST Microelectronics, markering: 7NM60N - 9Y 220) te onderscheiden. Op de hoofdprintplaat bevinden zich (onderaan L + R) twee connectors voor de verbinding met de stekkerpennen.

De printplaat van de DealExtreme-adapter ziet er een stuk eenvoudiger uit. Eén enkelvoudig printplaatje met enkel "ouderwetse" through-hole componenten: 1 trafo, 1 optocoupler (markering: FL817C - F232), 4 diodes, 2 transistors (PA13001 en S9014), 2 elco's, 2 tantaalcondensators en 6 weerstandjes. De printplaat is met twee draadjes verbonden met de stekkerpennen. Wat verder opvalt is dat het netspanningsgedeelte (onderaan op de foto) keurig gescheiden is van het laagspanningsgedeelte van de print. Tussen de printsporen zit daar zo'n 3 à 4 mm. Voor de veiligheid is het daarnaast belangrijk, dat de primaire en secundaire windingen van de transformator netjes via voldoende isolatie van elkaar gescheiden zijn. Om dit te controleren moesten we de transformator uit elkaar halen.We treffen tussen de primaire en secundaire windingen wel degelijk isolatie aan, maar heel erg overtuigend is die niet.

Als we het printplaatje van de DealExtreme goed bekijken, zien we dat de twee middelste aansluitingen van de USB-connector niet gebruikt worden; deze zijn enkel met elkaar doorverbonden. Op zich hoeft dat geen probleem te zijn: in principe worden enkel de twee buitenste contacten van USB gebruikt om te laden. Maar nieuwere apparatuur (van Apple en andere merken) gebruikt de middelste twee contacten (D+/D–) om te signaleren hoeveel stroom de lader kan leveren. Dergelijke apparaten kunnen gewoon weigeren te laden als op deze twee contacten niet een bepaald voltage wordt gedetecteerd.

Electronica-expert Ken Shirriff, van de website www.righto.com, heeft, naast heel veel verstand van zaken en veel tijd, ook toegang tot dure meetapparatuur. Ook hij heeft diverse laders uit elkaar gehaald en zeer gedetailleerd geanalyseerd. Hij bekeek een twaalftal USB-laders, van merken zoals Apple, HP, Samsung, maar ook enkele merkloze “klonen”, nauwkeurig, en gebruikte een oscilloscoop om de output van deze laders te vergelijken. Daarbij bleken er grote verschillen, vooral tussen de laders van gereputeerde merken en de merkloze exemplaren. Het gaat te ver de resultaten van zijn test hier te reproduceren, maar u kunt deze zelf nalezen in zijn artikel met de veelzeggende titel: “A dozen USB chargers in the lab: Apple is very good, but not quite the best”. Hij concludeerde in ieder geval, dat het gebruik van zeer goedkope, merkloze laders (zoals die van DealExtreme, al noemt hij deze naam niet) beslist niet aan te raden is.

Voor technisch geïnteresseerden zijn ook enkele andere pagina's van Ken Shirriff over USB-laders en netvoedingen erg interessant:

“Tiny, cheap and dangerous: Inside a (fake) iPhone charger”

“Apple iPhone charger teardown: quality in a tiny expensive package”

“Apple didn't revolutionize power supplies; new transistors did”

Een Alternatief?

Tussen de ongeveer € 2,- van de DealExtreme-lader en de € 20,- van de Apple-lader zit nogal wat speelruimte. Maar wie, bijvoorbeeld bij Mediamarkt, een soortgelijke USB-lader zoekt van een (min of meer gereputeerd) merk, betaalt toch nog steeds € 15,-. Voorbeelden zijn de daar verkochte Hama Piccolino (€ 14,99), de Adapt AC Charger 1A (€ 14,99) en de Valenta charger (€ 14,99). Veel mensen zullen bij de keuze tussen 19 à 20 euro voor de Apple-lader, en 15 euro voor een merk zoals Hama, toch al snel voor de “premium brand” Apple kiezen. Is er geen goedkoper alternatief? Jawel - bij de Hema vonden we een “USB charging adapter” voor € 6,25 die weliswaar niet zo compact is als de Apple-lader, maar dezelfde prestaties belooft.

De behuizing is duidelijk geïnspireerd door de Apple-vormgeving: wit, afgerond en minimalistisch. De bovenzijde is gematteerd, verder is alles hoogglans. Jammer genoeg is de behuizing zichtbaar wat taps toelopend (door de vrij forse lossingshoek van 0,6°). De behuizing is ongeveer 2 mm dik en, blijkens markering op de binnenzijde, gemaakt van PC (polycarbonaat) - een kunststof die bekend staat om zijn grote mechanische sterkte. De behuizing is aan de onderzijde afgesloten met 2 ”tamper-proof” schroefjes. De bedrukking in zilvergrijze inkt komt nogal grof over. Het geheel ziet er netjes, maar niet geweldig kwalitatief en verfijnd uit.

De behuizing van de Hema-lader is een stuk ruimer, en dat betekent dat er meer ruimte is voor alle componenten. Op de bovenzijde van de print vinden we een (relatief) forse trafo, een viertal elco’s, een vermogenstransistor, enkele weerstanden en condensatoren, een diode en een rode led. Op de onderzijde van de print zien we een fors aantal veel kleinere smd-componenten: een optocoupler-IC 817A (markering: L1246 817A WV), een brugschakeling van 4 diodes M7, een schottky-diode SK26, een transistor 413, 19 weerstandjes, 9 condensators, 3 diodes en een transistor MMBT3904LT1.

De Hema-lader blijkt uitstekend gestabiliseerd. Zelfs bij een stroom van 1,5 A levert hij nog 4,82 V - terwijl de lader volgens de specificaties maar 1 A kan leveren. Helaas hebben we niet de kostbare apparatuur die nodig is om te zien of de 5V gelijkstroom goed afgevlakt en gefilterd is, maar gezien het aantal componenten op de print zou dit best goed in orde kunnen zijn.

Conclusies

Het prijsverschil tussen de twee adapters is enorm, maar ondanks alle uiterlijke overeenkomst geldt dat ook voor beide producten zelf. Bij de goedkope DealExtreme-adapter is op letterlijk alles beknibbeld, en maakt men gebruik van relatief simpele techniek. Mechanisch is de adapter duidelijk inferieur, en we vermoeden dat bijv. een flinke val op een harde ondergrond voldoende is om de behuizing te doen barsten. De opdruk van de DealExtreme-adapter geeft aan dat hij voldoet aan de Europese normen, maar of dat werkelijk zo is, is maar de vraag. Wie zelf producten uit China bestelt, wordt daarmee in feite zelf “importeur”, en artikelen die zo Nederland (of Europa) binnenkomen, zijn in principe nooit onderworpen aan enige controle van een officiële instantie zoals Kema. Je moet de fabrikant op z'n woord geloven. En het feit dat er geen naam van een fabrikant op het product staat, spreekt dan natuurlijk ook wel boekdelen.

Afgezien van dit veiligheidsaspect, ziet het printplaatje van de DealExtreme-adapter er toch nog vrij netjes uit. De meeste consumenten zien enkel de buitenkant, bekijken zo'n product maar oppervlakkig, en zijn tevreden “zolang het maar werkt”. De meer geavanceerde opbouw van de Apple/Flextronics-adapter resulteert echter in een beter rendement, sneller laden en een grotere betrouwbaarheid en veiligheid.

• De DealExtreme-lader haalt de aangegeven specificaties (1A bij 5 V) gewoon niet; de Apple-lader wel. Dat betekent dat de Apple-lader in de praktijk een stuk sneller zal laden.
• Mechanisch is de DealExtreme-lader duidelijk inferieur aan de Apple-lader. Er hoeft niet veel te gebeuren om de dunne behuizing te doen barsten of breken. De kunststof van de DealExtreme-lader is ook niet vlamdovend, zoals die van de Apple-lader.
• De genoemde Dealextreme-adapter wordt verkocht als “USB Power Adapter/Charger for iPhone 4”. Wij hebben hem o.a. getest met een iPhone 3s, maar het feit dat de twee middelste USB-contacten enkel doorverbonden zijn, betekent dat deze lader minder compatibel zal zijn met diverse nieuwere Apple-producten. Dan hebben we het natuurlijk nog niet eens over de nieuwste producten - met een Lightning-connector.
• De relatief simpele opbouw van de DealExtreme-electronica betekent waarschijnlijk dat deze lader slecht gefilterde, vervuilde stroom levert (zie hiervoor het onderzoek van Ken Shirriff). Dit kan met name ongewenste (storende) effecten hebben op de werking van capacitieve touchschermen zoals die in de iPads en iPhones worden toegepast.
• Hoewel de DealExtreme-lader voorzien is van het CE-conformiteitsteken, voldoet hij niet aan alle veiligheidsnormen. Zo ontbreekt de naam van de fabrikant, en zijn de stekkerpennen te dik en te kort.
• Het enorme prijsverschil is voor een groot deel goed te verklaren: Bij de DealExtreme-lader zien we inferieur materiaalgebruik, een veel simpelere opbouw, weinig of geen ontwerpkosten, veel lagere specificaties, weinig aandacht voor veiligheidsnormen, geen BTW of invoerrechten, geen kosten voor winkels of importeurs, nauwelijks kosten voor verpakkingen en documentatie, enz. Dat neemt niet weg dat Apple (ook) op deze adapters een forse winstmarge incasseert.
• De Hema-lader is veel minder compact: in feite dubbel zo groot. Daarom is de vergelijking met de Apple- en DealExtreme-laders eigenlijk ook niet helemaal eerlijk. Maar de prestaties zien er goed uit, en de prijs is uiterst concurrerend.
• In vergelijking met andere “supercompacte” ladertjes (zoals de Hama Piccolino) slaat de Apple adapter, ook qua prijs, helemaal nog niet zo'n slecht figuur...

Zowel Apple als DealExtreme verkopen naast deze 5 W-adapter ook wat grotere en zwaardere adapters, die bedoeld zijn voor bijv. de iPads. Deze adapters trokken met name onze aandacht, omdat DealExtreme bij enkele (duurdere) modellen claimt, dat het om "genuine Apple products" gaat. Zou dat echt zo zijn? Lees er hier meer over in deel 2 van “Apples en peren”.