Cerberus 
Chefredakteur
Dabei seit: 23.07.2002
Beiträge: 12.058
Herkunft: Lübeck
 |
|
 Technische Aspekte zur aktuellen Netzteiltechnik und Testprozedere |
     |
Technische Aspekte zur aktuellen Netzteiltechnik und Testprozedere:
- Update 20.02.2019 -
Unsere treuen Leser wissen es natürlich, diese Kategorie wurde früher in unseren Netzteil Tests komplett integriert dargestellt, was die Netzteil Tests nicht unwesentlich vergrößert hat. Diesen Mißstand haben wir jetzt abgestellt, das Thema "Technische Aspekte zur aktuellen Netzteiltechnik" wird ab sofort als gesonderter Artikel geführt und ständig aktualisiert, damit euch keine wichtigen Neuerungen entgehen. Darüber hinaus haben wir einen entscheidenden Teil dieses Artikels mit der Darstellung unseres neuen Testprozederes belegt, um deutlich zu machen, wie PC-Experience ab Februar 2010 Netzteile testet, denn es hat sich einiges geändert...
1. Leistungsspezifikationen von Netzteilen:
Es zeigt sich immer wieder in unseren Tests, daß weder die vollmundigen Herstellerangaben auf den Typenschildern, noch die angegebenen Wattzahlen auch nur annähernd etwas über das tatsächliche Leistungsvermögen eines Netzteils aussagen!
Die Erfahrung hat oft genug gezeigt, daß es auch 450 Watt Netzteile gibt, die schon bei geringster Last einbrechen und nicht im entferntesten die angegebenen Leistungsparameter abrufen können. Im Gegensatz dazu existieren sehr leistungsstarke 300 Watt Netzteile, die auch hochgerüstete Systeme durchaus ausreichend versorgen können. Es ist also offensichtlich, daß die Wattangabe absolut nichts über die Leistungsfähigkeit eines Netzteils aussagt, die aufgeklebten Herstellerangaben leider sehr oft ganz genauso wenig.
Um dergleichen zu vermeiden, greift man am besten zu leistungsseitig ausreichend dimensionierten Qualitätsnetzteilen von Markenherstellern, die ihre Netzteile mit hochwertigsten Komponenten bestücken, da nur so wirklich erstklassige Spannungsstabilität und höchte Effizienzen sichergestellt werden können. Da wären z.B. Seasonic oder Enermax oder eben Firmen, die bei namhaften Herstellern fertigen lassen: Tagan (läßt mittlerweile bei Enhance und Impervio bauen), Corsair (läßt von Seasonic und CWT bauen), Silver Power (läßt von Seasonic bauen), be quiet (läßt bei FSP bauen) um nur einige Beispiele zu nennen. In unseren Netzteil Reviews gehen wir speziell auf dieses Thema grundsätzlich sehr genau ein, so daß ihr immer bestens darüber informiert seid, welche Technik in eurem Wunsch Netzteil tatsächlich steckt.
Ein vor allem in der Übertaktergemeinde zentrales Problem und Qualitätskriterium ist die sogenannte "Stabilität" der einzelnen Spannungsschienen. Gerade bei qualitativ schlechteren oder schlichtweg überlasteten Netzteilen kann es dazu führen, daß die Spannungslinien von ihren Werten her einbrechen. So liefert ein Netzteil statt der erwünschten 12V dann etwa nur 11V und statt der benötigten 5V nur noch 4,7V oder noch weniger. Während eine gewisse Abweichung im Bereich der Toleranz liegt (siehe ATX V2.03 Spezifikation) und vollkommen unproblematisch ist, führen gröbere Abweichungen in der Regel zu Instabilität und Systemabstürzen, die leider auch nicht immer sofort als Netzteilproblem verifizierbar sind...
Grundsätzlich ist es so:
Bei einem PC-Netzteil wird die Leistung oft mit der Angabe "Total DC Output" (DC steht für Gleichstrom) ausgewiesen. Dieser Maximal-Wert sagt aus, wieviel Watt das Netzteil insgesamt auf allen Leitungen liefern kann. "Combined Power" setzt sich hingegen aus der maximalen Leistung der +3,3-Volt- und +5-Volt-Leitung zusammen. Einzel belastet ist mehr möglich, aber zusammen eben nicht, da müssen dann entsprechende Abstriche hinsichtlich der Belastung gemacht werden.
Über die +12-Volt- und +5-Volt-Leitung wurden früher u.a. Festplatten, CD-/ DVD-Drives und Disketten-Laufwerke mit Spannung versorgt. Die wichtigste Leitung war die 3,3-Volt-Leitung, über die das Mainboard den Prozessor (CPU), den Hauptspeicher (RAM), den AGP-Bus und nahezu alle PCI-Steckkarten mit Power versorgt. Vor dem Release der ATX-Spezifikation wurde diese sog. "I/O-Spannung" aus der 5-Volt-Leitung gewandelt. Ein gut dimensioniertes Netzteil sollte demnach ~30 Ampere auf der +5-Volt Leitung und ~25 Ampere auf der +3.3-Volt-Leitung liefern können, sowie mindestens 200 Watt Combined Power liefern.
Diese Empfehlung stammt allerdings noch aus der ATX 1.3 Zeit und hat sich entscheidend geändert, denn mittlerweile beziehen Core2 Duo/Quad und K8/K10 Systeme ihr Lebenselixier vermehrt, um nicht zu sagen hauptsächlich, aus den 12 Volt Leitungen. Intel hatte seinerzeit bekanntermaßen den ATX12V Stromstecker zur Entlastung eingeführt. Mittlerweile haben es die Hersteller auf den nForce 2/3/4 und Athlon K7/K8 Boards nachempfunden und bietet dort einen entsprechenden 4-bzw. 8-poligen 12V-Anschluß an, bei aktuellen Sockel 775/1366 Boards sieht es nicht anders aus. Bei der nicht geringen Stromaufnahme dieser Mutterbretter ist dies ein wichtiger Schritt in die richtige Richtung. Selbstverständlich sollte diese +12 Volt Schiene ausreichend dimensioniert sein und wenigstens 15 Ampere pro 12V-Schiene liefern können, je mehr desto besser.
Die aktuellen Sockel 1156 und 1366 von Intel ziehen auch wieder vermehrt Strom aus der 3,3 Volt Schiene, wobei der Bedarf allerdings nicht so groß ist, das die derzeitigen Dimensionierungen nicht ausreichen würden.
Wir wollen dabei aber nicht außer acht lassen, das die meisten Multi-Rail-Netzteile auch nur über virtuelle12V-Schienen verfügen, d.h. eine einzige starke 12V-Versorgung wird geteilt, die Teilstränge werden mit jeweils eigenen Überstromschutzschaltungen (OCP) versehen und bilden dann die "Rails". Wirkliche eigenständige Leitungen sind das nicht, darum spricht man von virtuellen Rails. Es existieren aber auch ebenso Netzteile, wo über mehrere Transformatoren (z.B. Tagan, Enermax) tatsächlich reale Mehrfachleitungen vorhanden sind, die dann auch entsprechend angesteuert werden können und jeweils OCP ermöglichen.
Die Verteilung bei mehrere Leitungen ist ohnehin ein Problem, denn wenn einzelne 12V-Schienen nicht genügend Ampere liefern, schalten seriöse Hersteller diese Leitungen für extreme Last zusammen und umgehen so eine mögliche Unterversorgung. Die Intel Norm sieht das zwar nicht vor, aber scheinbar hat Intel vergessen, was aktuelle schnelle Systeme aus der 12V-Leitung tatsächlich benötigen. Genau das ist auch der Grund, warum immer mehr Hersteller dazu übergehen, nur noch eine Leitung in ihren Datenblättern anzugeben, obwohl tatsächlich mehrere vorhanden sind, die aber real zusammengeschaltet wurden. Tagan z.B. bietet für einige Modelle einen sogenannten Turboschalter an, über den der Anwender die Zusammenschaltung bei Bedarf manuell erledigen kann. Andere Hersteller erledigen dies automatisch, was wir als deutlich praktikabler empfinden, zumal so dem Anwender die Entscheidung abgenommen wird, was in der Konsequenz über Stabilität oder Instabilität in jedem Fall die bessere Wahl ist.
2. Power Factor Correction (PFC):
"Power Factor Correction" oder kurz PFC ist ein in der EU für PC-Netzteile mittlerweile vorgeschriebener Standard, um die Stromaufnahme von Geräten für das Stromnetz weniger belastend auszulegen. Schaltnetzteile beziehen den Strom in Form kurzer Impulse, was dazu führt, daß die sinusförmige Netzspannung durch die Erzeugung harmonischer Oberwellen verzerrt wird. Insgesamt ist die komplexe Lastcharakteristik eines gewöhnlichen PC-Netzteils für das Stromnetz sehr ungünstig, da eine hohe Phasenverschiebung von Spannung und Strom sowie eine allgemein hohe Verzerrung der Wellenform auftritt. Je größer diese Phasenverschiebung ist, desto niedriger ist der "Power Factor" oder Leistungsfaktor eines Gerätes: Beträgt die Phasenverschiebung zwischen Spannung und Strom 90° ist der Leistungsfaktor 0 (0%, cos(90) = 0). Tritt hingegen keine Phasenverschiebung auf, d.h. sind Spannung und Strom perfekt synchron, ist der Leistungsfaktor 1 (100%, cos(0) = 1). Zu unterscheiden ist daher die sich aus der einfachen Rechnung Spannung*Stromstärke ergebende "Scheinleistung" sowie die den Phasenwinkel berücksichtigende "Wirkleistung": Stromstärke*Spannung*Leistungsfaktor. Der Leistungsfaktor beschreibt also zugleich das Verhältnis zwischen der an den Stromanschluß übertragenen "Wirkleistung" und der vom Verbraucher tatsächlich entnommenen "Scheinleistung" (Leistungsfaktor = Wirkleistung / Scheinleistung). Je weiter der Leistungsfaktor vom optimalen Wert 1 (100%) absinkt, desto höher ist die aus dem Stromnetz entnommene sogenannte "Blindleistung".
Passiv-PFC Systeme erreichen einen Leistungsfaktor von bis zu 0,8 durch Unterdrückung der harmonischen Oberwellen mittels eines relativ simplen, passiven Bausteins. Activ-PFC Systeme hingegen beziehen das Verhältnis zwischen der bestehenden Grundschwingung und den hinzugekommenen Oberwellen, den sogenannte Klirrfaktor, mittels einer integrierten Schaltung (IC) ein und regeln die Stromaufnahme gemäß dem Spannungsverlauf, als ob eine reine Widerstands-Last ohne Phasenverschiebung (d.h. Leistungsfaktor = 1) angeschlossen wäre. Active-PFC erreicht daher einen deutlich höheren Leistungsfaktor von über 95% und mehr. Zusätzlich ermöglicht die Schaltung eine einfachere Adaption an alle Stromnetze von 85 bis 265V.
Unser bevorzugtes Gerät, um den Wirkungsgrad in Zusammenarbeit mit einem Energy Monitor 3000 zu verifizieren, ist der grafische Leistungsmesser Peak Tech 2535. Mit diesem Gerät kann man sowohl Wirkleistung >Scheinleistung als auch Blindleistung und Leistungsfaktor ermitteln.
Allgemein handelt es sich bei PFC um eine Technologie, die der Verbesserung der allgemeinen Stromversorgung dienen soll, indem die komplexe Lastcharakteristik von Verbrauchern möglichst weit an jene einfacheren Geräte angepaßt wird.
3. Worin liegen die Neuerungen der ATX12V v2.0 bzw. 2.2/2.3/2.4/2.5 Standards?
Dies ist die modernste Spezifikation für Desktop Motherboards und Netzteilen, welche wesentliche Änderungen im Vergleich zum v1.3 Standard beeinhaltet:
• Die SATA Anschlüsse sind jetzt offiziell zertifiziert.
• Der Motherboard Hauptanschlussstecker wurde von 20 auf 24 Pins erweitert, um den Stromverbrauch auf dem PCI Express Bus besser verarbeiten zu können.
• Die neuen Spezifikationen fordern unter Volllast und typischer Last (50 Prozent) lediglich 70 Prozent Wirkungsgrad, bei geringer Belastung (bei unbelastetem Prozessor) sind sogar nur 60 Prozent gefordert. Als Empfehlungen nennt die Spezifikation 80 Prozent im typischen Lastfall, 75 Prozent unter Volllast und 68 Prozent bei geringer Belastung. Dazu der aktuelle ATX 2.2 Netzteil Design Guide
.
• Die 6 Pin Aux Stecker sind weggefallen.
• Die Schaltungstechnik wurde zu dualen 12V Ausgängen modernisiert, welches CPU und Peripheriegeräten größere Stabilität garantiert. (siehe Kapitel 1 Leistungsspezifikationen)
Zusätzlich wurde die +12V Ausgangsleistung insgesamt erhöht, um den Verbrauch des PCI Express Erweiterungsteckplatz auszugleichen.
Das alles ist aber graue Theorie, denn aktuelle Netzteile werden nach Gusto der Hersteller und den Bedüfrnissen des Marktes gefertigt. Die ATX Standards oder auch Intel Norm kann man bestenfalls noch als Anregung verstehen. Und was den Wirkungsgrad respektive Effizienz angeht, haben wir die magische 90% Schwelle inzwischen deutlich überschritten.
4. Belüftung Lautstärke und Effizienz:
Zwar steht heute bereits auf beinahe jeder Netzteil-Verpackung werbewirksam "Silent", gut beraten ist man damit zwangsläufig allerdings noch nicht. Oft entpuppt sich, was beim Start noch erstaunlich leise klang bei entsprechender Belastung als störende Lärmquelle. Ursache dafür sind zumeist nicht nur die hochdrehenden, lastgesteuerten Lüfter, sondern oft auch ein von den überlasteten Spannungswandlern verursachtes Pfeifen oder Brummen, das nicht selten von heftigen Vibrationen begleitet wird.
Allgemein läßt sich im Hinblick auf Lautstärke und Belüftung bei Netzteilen folgendes attestieren:
Moderne ATX- Netzteile verfügen je nach Bauart und Qualität über eine Wirkungsgrad (Effizienz) von rund 80-93%. Daraus ergibt sich, daß in Situationen, wo das Netzteil 150W Strom ans System liefert, im Gerät gleichzeitig gut 60Watt an Wärmeenergie entstehen, die abgeführt werden müssen um eine zu Instabilität führende Überhitzung zu vermeiden - ein nicht unbeträchtlicher Wert!
Die meisten aktuellen Netzteile verfügen dafür entweder über eine Last-oder Temperatursteuerung (oder eine Kombination), d.h. die Drehzahl der Lüfter wird automatisch angepaßt - die Lautstärke steigt mit Last bzw. Temperatur. Alternativ gibt es Modelle mit manueller oder halbautomatischer Regelung. Hier ist jedoch Vorsicht geboten: Zu viel Lärmempfindlichkeit wird oft mit Überhitzung bezahlt. Wer also seine Hardware nicht riskieren oder dauernd zur Anpassung der Drehzahl hinter den Rechner krabbeln möchte, müßte diese zur Sicherheit entsprechend hoch einstellen und ist daher mit einem guten automatisch gesteuerten Netzteil bedeutend besser beraten.
Klar ist jedenfalls, daß z.B. Belüftungskonzepte, welche vorsehen, die vom System erhitzte Luft ausschließlich durch das Netzteil abzuführen, in doppelter Hinsicht problematisch sind: Erstens wird das Netzteil schlechter gekühlt, was unter Umständen wieder zu instabilen Spannungsschienen führen kann. Zweitens müssen die Lüfter des Netzteils schneller drehen, um das gleiche Maß an Kühlung zu erzielen und werden somit zu einem stärkeren Lärmfaktor. Es sei denn, man dimensioniert den Netzteillüfter grundsätzlich so, daß ein Kompromiss möglich ist, z.B. durch einen volumenintensiven 120mm oder besser noch 140mm Lüfter.
Die Lüfterqualität als solche ist ohnehin ein trauriges Kapitel, wenn man sich überlegt, was aktuelle Highend Netzteile kosten und was dort teilweise für miserable Lüfter verbaut sind. Lobenswerte Ausnahmen stellen Seasonic mit dem Sanyo Denki Lüfter, Enermax mit den Twister Lüftern und auch be quiet mit den ebenfalls gleitgelagerten Silent Wings Lüftern dar.
Zum Vergrößern bitte die Bilder anklicken !
Es gibt aber auch andere Beispiele, in denen die Hersteller (in diesem Fall Arctic Cooling) durch eine pfiffige Lüfteranordnung durchaus konkurrenzfähige Alternativen bewerkstelligen:
Zum Vergrößern bitte die Bilder anklicken !
Zu Thema Effizienz ist noch abschließend anzumerken, das sich wohl sehr wenig ändern wird, solange die überwiegende Mehrzahl der Käufer hauptsächlich auf Preis, Ausstattung und Leistung achtet und nicht bereit ist, für Energie-Effizienz mehr Geld zu bezahlen. Die Hersteller stört dieses Verhalten nicht, sie offerieren mittlerweile Netzteile mit 90% Effizienz und knapp darüber, wenn auch teilweise zu horrenden Preisen.
5. Schutzschaltungen:
Aktuelle hochwertige Netzteile verfügen über zahlreiche chipgesteuerte Schutzmechanismen, um unsere verbaute teure Hardware vor Beschädigungen durch Kurzschlüsse, Spannungsspitzen und anders geartete Irritationen zu schützen:
• OCP (Over Current Protection) - Schutz vor Stromspitzen
• OTP (Over Temperature Protection) - Überhitzungsschutz
• OVP AC (Over Voltage Protection) - Überspannungsschutz
• OVP DC (Over Voltage Protection) - Überspannungsschutz
• OPP (Over Power Protection) - Überlastungsschutz
• UVP (Under Voltage Protection) - Unterspannungsschutz
• SCP (Short Circuit Protection) - Schutz vor Kurzschlüssen
• SIP (Surge and Inrush Protection) - Schutz vor unvorhergesehenen Stromstößen
Sollten eure ins Auge gefassten Netzteile die allermeisten dieser Schutzmechanismen nicht beinhalten, solltet ihr von einem Kauf Abstand nehmen, denn diese Netzteile reissen bei entsprechenden Problemen nicht selten angeschlossene Hardware gleich mit in den Abgrund...!
6. DC-to-DC Technik und LLC-Resonanzwandlung:
Das linke Bild beschreibt die Implementierung von Compucase/Cougar, das rechte Bild skizziert die Umsetzung von Tagan, das als zusätzlicher Vergleich.
Zum Vergrößern bitte die Bilder anklicken !
So ganz neu ist dieser Begriff der Gleichspannungswandlung beileibe nicht, kennen wir ihn doch aus der KFZ Technik, Generatoren und natürlich von unseren Notebooks, wo diese Technik seit Jahren in den externen Netzteilen eingesetzt wird. Die Camper unter uns möchten diese Technik sicherlich nicht mehr missen, ermöglicht sie doch z.B. den Einsatz eines CD Players am 12Volt Netz ihres PKWs.
Einfach formuliert: es wird eine konstante Eingangsspannung durch periodisches Schalten so umgewandelt, das als Resultat am Ausgang ein anderer Spannungswert entsteht. Symptomatisch und darum Thema der Netzteilhersteller ist die herausragende Effizienz schon bei geringen Lasten, denn mit den herkömmlichen Techniken könnte ein Computernetzteil kaum an die magische 90% Effizienzschwelle herangeführt werden.
Wie aber funktioniert das Ganze nun in unseren Netzteilen?
Zum Vergrößern bitte die Bilder anklicken !
Grundsätzlich ist es bei der herkömmlichen Netzteiltechnik in unseren PCs so, dass die Wicklungsverhältnisse im Trafo und der Speicherdrossel das Verhältniss der Ausgangsspannungen maßgeblich beeinflussen. Das hat aber den entscheidenden Nachteil, das so nur alle Spannungen (12V, 5V, 3,3V) entweder gemeinsam erhöht oder gesenkt werden können, darum sprechen wir auch von Gruppenregulierung. Schon haben wir unser Hauptproblem im Blickfeld, denn die größten Lastschwankungen treten auf den 12 Volt Schienen auf, wohingegen die 5 Volt und 3,3 Volt Schienen keine so deutlichen Lastunterschiede aufweisen, da sie ja in modernen Systemen eh nur noch eine untergeordnete Rolle spielen und die 12V Schienen, vereinfacht formuliert, die Hauptversorgung des Systems übernommen haben.
Das hat zur Folge, das unter Last die 12V Schiene einbricht und die 5 Volt und 3,3 Volt Schienen eher noch in ihren Werten steigen. Dieser Umstand ist auch einer der Hauptgründe, warum die Netzteiltechnik der Zukunft auf den DC-to-Dc Wandlern basieren wird. Denn genau hier setzt die DC-to-DC Wandlung ein, die dieses Auseinanderdriften der Spannungsschienen vermeidet, da eine klar getrennte Regelung stattfindet.
Die Vor-und Nachteile zusammengefaßt:
• Es sind sehr hohe Wirkungsgrade möglich, da nur einmal von Wechselspannung auf Gleichspannung konvertiert werden muß.
• Mehr Leistungsvolumen auf der gerade für Grafikkarten und stromfordernden Komponenten so wichtigen +12 V Schiene(n). An den Leistungsdaten auf den Typenschildern kann man die neuen DC-to-DC Netzteile auch sehr gut identifizieren, da wie gesagt fast die gesamte Leistung auf der 12 Volt Schiene zur Verfügung steht.
• Stabilität ist grundsätzlich einfacher zu kontrollieren. Bei der Stabilität muß der Hauptaugenmerk nur auf die + 12 V Schiene gelegt werden, da die anderen Spannungen von dieser Schiene abgeleitet werden. Mit anderen Worten, ist die + 12 V Schiene stabil, dann sind praktisch automatisch alle anderen Spannungen mindestens genauso stabil.
• Zukunftssicher: da die +12 V Schiene auch in Zukunft immer mehr Bedeutung bei Computern bekommen wird als ohnhin schon, sind diese Netzteile auch in Zukunft perfekt auf neue Anforderungen optimiert.
• Es ist kein Problem mehr, die so wichtigen Toleranzen der einzelnen Stromschienen zu gewährleisten, somit steht die angebene 3%ige Toleranz für die Spannungsstabilität nicht nur auf dem Papier, sie findet auch in der Realität statt.
• DC-to-DC erreicht in der Regel optimierte Ripple and Noise Werte, da die Filterung wesentlich effizienter arbeiten kann
Natürlich ist diese Technik komplexer, als von uns dargestellt, aber wir haben versucht, die Thematik ganz bewußt etwas einfacher zu skizzieren, damit sie auch verstanden wird.
Wie bei jeder Technik, steht und fällt alles mit der profesionellen Umsetzung. Das heißt im Klartext, DC-to-DC regelt und implementiert sich nicht von allein, die Techniker müssen schon wissen, was sie tun.
Einen aktuellen Nachteil der DC-to-Dc Technik wollen wir nicht verschweigen, es können (je nach Implementierung) zuweilen verringerte Stützzeiten beobachtet werden. Warum dies so ist, steht zur Zeit noch nicht wirklich fest, wir werden dementsprechend weiter am Ball bleiben und bei neuen Erkenntnissen berichten. Eklatante Nachteile entwickeln sich aus diesem Umstand für den Endverbraucher allerdings bisher nicht.
Einige Neuentwicklungen von Seasonic, Enermax (dort wird es minimal abgewandelt als Dynamic Hybrid Transformer Topology bezeichnet), Seventeam und be quiet respektive FSP führen neben der DC-to-DC Technik zusätzlich noch die sogenannte DLL-Resonanzwandlung mit ins Boot der innovativen Techniken. Was hat es damit auf sich ?
Zum Vergrößern bitte das Bild anklicken !
Resonanzwandler nutzen Schwingungsvorgänge von Spannungen bzw. Strömen aus, um Schaltverluste entsprechend zu minimieren und somit den Wirkungsgrad zu maximieren. So wirklich neu ist diese Technik allerdings nicht, denn LLC-Resonanzwandler kommen schon seit einiger Zeit zum Einsatz und zwar in LCD Fernsehern, LED Straßenbeleuchtungen, Solarsystemen und industriellen Anwendungen. Das Rüstzeug ist also schon lange vorhanden, da stellt sich die Frage, warum es nicht auch in simplen Schaltnetzteilen schon längst umgesetzt wurde.
6a. Active Clamp + Synchronous Rectifier:
Zum Vergrößern bitte die Bilder anklicken !
Die Überlegungen und das technische Grundgerüst, die hinter der synchronen Gleichrichtung stecken, sind zwar so neu nicht, aber nicht minder komplex:
Um den Wirkungsgrad eines Schaltreglers weiter zu steigern, ersetzt man die Dioden idealerweise durch einen oder im Fall von FSP durch mehrere passende Mosfets. Diese Beschaltung ähnelt dann einer Halbbrücken-Schaltung und man spricht vom Synchron-Gleichrichter (Synchronous Rectifier). Diese Erhöhung des Wirkungsgrades fällt bei kleinen Ausgangsspannungen immer stärker ins Gewicht. Die Begründung dafür ist, dass der anteilige Verlust der sonst üblichen Schottky-Dioden, durch deren Vorwärtsspannung von zirka 0,3 Volt ausgedrückt wird. Bei Abnahme der Ausgangsspannung steigen diese Verluste im Verhältnis immer weiter an, was natürlich unerwünscht ist. Ersetzt man die Diode hingegen durch einen entsprechenden Mosfet mit niedrigem RDS(on), kann man somit den Wirkungsgrad um einige Prozent erhöhen. Das ist auch der Grund, warum FSP diese Umsetzung als ideal ansieht, wenn es um die Herstellung von bezahlbaren hocheffizienten Netzteilen geht, denn der finanzielle Aufwand hält sich interessantwerweise in überschaubaren Grenzen und bildet darum ein willkommenes Äquivalent zur LLC-Resonanzwandlung. Da dieses gar nicht so neue Thema nicht in einem Absatz abgehandelt werden kann und auch unseren Test sprengen würde, verweisen wir euch an einen vorzüglichen Fachartikel
, der die Thematik ausführlich seziert. Vielen Dank an dieser Stelle an All-Electronics für die Unterstützung.
6b. Half-Bridge-und Full-Bridge-Topologie :
Diese Begriffe sind relativ leicht zu unterscheiden, sie beschreiben die Anzahl an Mosfets (Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor) die dafür verantwortlich zeichnen, hochfrequente Wechselspannung zu generieren. Diese Art der Spannung besitzt den besten Wirkungsgrad bei der Haupttransformation. Vereinfacht formuliert: Half Bridge bedeutet, dass zwei Mosfets zum Einsatz kommen, bei Full Bridge werden dementsprechend vier Mosfets verwendet. Darüber hinaus kommen in der Regel noch LLC-Resonanzwandler und auch DC-to-DC Technik zum Einsatz ->siehe Kapitel 6a, wo wir die Thematik schon angerissen hatten.
7. Polymer-Aluminium-Kondensatoren
Zum Vergrößern bitte das Bild anklicken !
Zum Thema Polymer-Aluminium-Kondensatoren noch einige Anmerkungen, "All solid Capacitors" und Elektrolyt-Kondensatoren speichern natürlich beide Elektrizität und geben diese bei Bedarf ab. Der entscheidende Unterschied ist aber, das "all solid capacitors" festes organisches Polymer beinhalten, während Elektrolyt-Kondensatoren ein gewöhnliches flüssiges Polymer verwenden und somit auslaufen können, was ja nicht nur im Netzteilbereich ein Problem darstellt, sondern auch die Mainboard-und Grafikkartenhersteller tangiert.
• Geringer ESR in Hochfrequenzbereichen
• Minimierung der Brummspannung
• besserer Ausgleich von Spannungsspitzen
• wesentlich längere Betriebsdauer, man spricht von über 20 Jahren
• Besserer Ausgleich von Temperaturschwankungen, weniger Wärmeentwicklung
• sehr schnelle Entladung
• ideale Impedanzkurve
• Umweltschutz, es werden keine giftigen Elektrolyte mehr freigesetzt
Hin und wieder hört man seitens der Hersteller über Probleme bezüglich der Restwelligkeit von Polymer-Aluminium-Kondensatoren, diesbezüglich ist die Entwicklung also noch lange nicht abgeschlossen.
8. Layout Praxisbeispiel:
Anhand des aktuellen Enermax Platimax Netzteils, wollen wir euch die Qualität und typischen Merkmale eines modernen und qualitativ sehr hochwertigen Netzteils näher bringen, ohne all zu sehr in technische Details abzudriften:
Zum Vergrößern bitte die Bilder anklicken !
Zum Vergrößern bitte die Bilder anklicken !
Hatten wir uns bei der Betrachtung der MaxRevo Topologie noch über den aufgeräumten Innenraum gefreut, sieht die Geschichte beim Platimax 750 Watt schon wieder etwas anders aus. Zumindest in der Leistungsklasse bis 1000 Watt, erst dann wird wieder auf die Topologie der MaxRevo Netzteil gesetzt. Insofern sehen wir nichts überwätigend neues, dieser Aufbau erinnert nicht nur optisch an die bekannten Modu 87+ und Pro87+ Netzteile. Aber gehen wir chronologisch vor:
die transiente Eingangsfilterung beginnt bei der kleinen separaten Platine, auf der neben zwei Drosseln auch zwei X-Kondensator und vier Y-Kondensator verdrahtet sind. Die Filterung setzt sich auf der Hauptplatine fort, wo noch eine weitere gummiummantelte Spule sowie ein MOV (Metalloxid Varistor) folgt. Auf einen dezidierten EMI Filter z.B. von Yunpen hat Enermax an dieser Stelle verzichtet, auf eine gut zugängliche Schmelzsicherung glücklicherweise nicht.
Die Brückengleichrichterdiode mit dem kleineren Kühlkörper stammt von Shindengen (LL25XB60). Direkt daneben sitzen zwei Kondensatoren, die den Brückengleichrichter unterstützen, ein weiterer Y-Kondensator und zwei Strommesswiderstände. Die drei primären Mosfets des APFC-Bereiches wurden bei Toshiba gefertigt ( TK20J60U) und verfügen ebenfalls über recht üppige Kühlkörper mit kupfernen Auflageflächen und entsprechender Wärmeleitpaste. In dieser Region treffen wir noch zwei weitere X-Kondensatoren an. Als Leistungsdiode kommt eine Cree Diode (C3D10060) zum Einsatz, direkt daneben finden wir einen Thermistor, der als thermischer Schutz zur Begrenzung des Einschaltstroms fungiert. Die zwei großen parallel geschalteten Kondensatoren der primären Bereiches stammen aus der Fabrikation von Panasonic (Matsushita), verfügen jeweils über 330mikroFarad Kapazität bei 400Volt und sind bis 105°C belastbar.
Die Elkos des sekundären Bereiches stammen fast unisono von Nippen Chemicon, sie werden von einigen wenigen Feststoff-Kondensatoren unterstützt. Die sekundären Mosfets, die sich um die 12Volt Leitung kümmern (die vier Schienen sind virtuell angelegt), stammen aus der Fertigung von Infineon (IPP015N04N). Die VRMs für die DC-to-Dc Implementierung von 3,3 und 5 Volt verfügen über einen PWM Controller von Anpec ( APW7073A) und über jeweils drei Mosfets vom gleichen Hersteller (APM2556N). Auf den VRMs verrichten ebenfalls einige Feststoff-Kondensatoren ihren Dienst. Auf den übrigen separaten Platinen finden wir einerseits den zentralen Steuerungschip für die chipkontrollierten Schutzschaltungen (Silicon Touch PS232S) (OCP, OCP, UVP usw.) und andererseits die Aufnahme für das Kabelmanagement, wo noch zwei weitere Nippen Chemicon Kondensatoren verbaut sind.
Wer den DLL-Resonanzwandler sucht, wird auf der Rückseite der Hauptplatine fündig, er stammt von Champion Micro (CM6901) und ist beleibe kein Unbekannter, er wird nicht nur von Enermax sondern u.a. auch von Seasonic eingesetzt. Auch sonst bietet Enermax fast alle auf, was Rang und Qualität besitzt, als da wären Trafos von Rong Chyuan, wobei der Haupttrafo besonders üppig und variabel in seiner Ansteuerung ausgelegt wurde.
Die Platinen Qualität korrespondiert duchaus mit dem restlichen Netzteil Equipment, insofern überrascht es nicht, das wir ausschließlich FR4 Platinen vorfinden. Das dies eine Rolle spielt, wissen unsere aufmerksamen Leser selbstverständlich, denn die Güte der Platine sagt viel über deren Kriechstromfestigkeit und Hochfrequenzeigenschaften aus. Falls es jemand nicht wissen sollte, FR steht für flame retardant, zu deutsch: flammenhemmend. Die Einstufungen FR1 und FR2 sind kaum erwähnenswert und bleiben der Standard Qualität vorbehalten. Ab FR3 wird es für brauchbare Netzteile interessant, denn so eine Platine besteht aus Epoxidharz + Papier, wobei hier mittlerweile auf Phenolharz verzichtet wurde. Dementsprechend wären diese Platinen im Normalfall auch frei von gesundheitsschädlichen Aldehyden. Ab FR4 darf man getrost von sehr hochwertig und ab FR5 von highend Platinen sprechen.
Warum es bei Enermax immer wieder zu Qualitätsschwankungen in der Lötqualität kommt, ist für uns ein ungelöstes Rätsel, denn die Platimax Serie ab 1000 Watt ist absolut makellos, wovon wir uns schon überzeugen konnten. Dies können wir von unserem 750 Watt Exemplar leider nicht bis ins Detail behaupten. Zumindest stellenweise wurde recht unprofessionel nachgearbeitet. Der Nachteil solcher auch optisch unschönen Lötereien ist schnell begründet, die Platinenfestigkeit leidet darunter und als wäre das noch nicht genug, bilden sich unter Umständen erhöhte Verlustleistungen heraus, die dann wieder kompensiert werden müßten.
Ansonsten gäbe es wenig Anlass zur Kritik, Schrumpfschläuche und Isolierungen sind dort, wo sie benötigt werden, vorhanden. Spulenstrümpfe, wie wir sie nennen, entdecken wir auch hier und dort, Silicon zur Stabilisierung vorhandener Wackelkandidaten hält sich in erträglichen Grenzen, Enermax scheint sich seiner Sache bezüglich Störgeräusche in Form von Pfeifen oder Fiepen sehr sicher zu sein.
Das Enermax Netzteil entspricht bereits der RoSH Umweltverordnung und auch den strengen EuP und ERP Richtlinien (ErP Lot 6 ready), die eine Absenkung der Standby-Verluste einfordern (weniger als 0,3 Watt). Dazu sollte man wissen und bedenken, das diese Mechanismen überhaupt erst dann greifen, wenn das verbaute Mainboard dies explizit unterstützt.
Die so wichtigen Schutzschaltungen fehlen natürlich auch nicht, wobei man gerade diesbezüglich sehr differenzieren sollte, denn nicht überall, wo OCP, OVP usw. draufsteht, sind diese Schutzschaltungen auch wirklich aktiv. Es gibt durchaus Hersteller, die gerne mal diese Schaltungen wegrationalisieren, auch wenn es im Prospekt anders beschrieben steht. Die Motive dafür liegen auf der Hand, die Schutzschaltungen haben negative Auswirkungen auf die Effizienz eines Netzteils und da nur mit hohen Effizienzen gut geworben werden kann, wird gerne schon mal getrickst. Der Verbraucher hat diesbezüglich kaum eine Möglichkeit dies zu überprüfen, erst wenn sein Netzteil abraucht und alle angeschlossenen Komponenten gleich mit in den Abgrund reißt, wird deutlich, was nicht funktioniert hat. Diesbezüglich besteht bei Enermax aber kein Grund zur Sorge, chipkontrollierte Schutzschaltungen sind vorhanden und zwar in folgenden Varianten:
• OCP (Over Current Protection) - Schutz vor Stromspitzen
• OTP (Over Temperature Protection) - Überhitzungsschutz
• OVP (Over Voltage Protection) - Überspannungsschutz
• OPP (Over Power Protection) - Überlastungsschutz
• UVP AC (Under Voltage Protection) - Unterspannungsschutz
• UVP DC (Under Voltage Protection) - Überspannungsschutz
• SCP (Short Circuit Protection) - Schutz vor Kurzschlüssen
• SIP (Surge and Inrush Protection) - Schutz vor unvorhergesehenen Stromstößen
9. Lötqualität:
Das ist ein Kapitel, in dem wie immer wieder Überraschungen erleben, sowohl positiv als auch extrem negativ. Relevant ist die Lötqualität insofern, als das sie Rückschlüsse darauf zuläßt, wie sorgfältig gearbeitet wurde und ob eine ausreichende Kontaktsicherheit sichergestellt ist. Fällt die Lötqualität negativ aus dem Rahmen, kann damit gerechnet werden, das sich Wackelkontakte einstellen und das hätte zwangsläufig negative Auswirkungen auf die Signalqualität und die Lebensdauer des Netzteils. Wir haben ein paar schöne Beispiele, wo sehr deutlich zu sehen ist, das teilweise zu heiß gelötet wurde, oder Leiterbahnen nachgelötet wurden usw., in der letzten Bilderreihe könnt ihr die aktuelle Lötqualität von Seasonic bestaunen, die wir als absolute Referenz erachten.
Zum Vergrößern bitte die Bilder anklicken !
Zum Vergrößern bitte die Bilder anklicken !
Besonders wenig Lötzinn ist meistens ein Garant für wenig Festigkeit der Komponenten auf der Platine. Zu viel Lötzinn sieht nicht nur unschön aus, es erhöht auch zusätzlich noch den Widerstand und damit auch zwangsläufig die Verlustleistung.
In der Regel kann der Netzteil-Käufer diese Lötqualität natürlich nur schwerlich beurteilen respektive überhaupt kontrollieren. Insofern ist es für uns wichtig, das wir auch diesen wichtigen Aspekt in unsere Netzteil-Reviews einfließen lassen.
10. Verkabelung Praxisbeispiel:
Als nächstes Praxisbeispiel erläutern wir die Verkabelung eines Netzteils mit modularen Kabelsträngen, die derzeit sehr begehrt sind, obwohl deren Existenz auch technisch nicht unumstritten ist.
Zum Vergrößern bitte die Bilder anklicken !
Zum Vergrößern bitte die Bilder anklicken !
Zum Vergrößern bitte die Bilder anklicken !
Die Verkabelung gehört sicherlich auch zu den Highlights dieses Netzteils. Die sehr pfiffigen und gut verlegbaren Flachbandverkabelungsstränge weisen eine ausreichende Länge auf, könnten aber stellenweise durchaus etwas länger sein. Die Flexibilität der einzelnen modularen Kabelstränge ist trotz der akkuraten Ummantelungen als sehr gut zu bewerten, da haben wir schon störrischere Exemplare begutachten dürfen, insbesonder bei den sonst üblichen Rundkabelsträngen. Alle Kabelstränge sind akkurat isoliert und ummantelt worden, das sieht nicht nur gut aus, sondern sorgt für Ordnung und minimiert Interferenzen.
Das Kabelmanagement funktioniert sehr gut, die Kabelstecker rasten über einen klar definierten Druckpunkt ein, wobei wir uns darüber hinaus eine klare Beschriftung der einzelnen Ports gewünscht hätten. Zumindest stehen die Ports nicht mehr als 1mm über das Gehäuse hinaus, so daß die Ports das Netzteilgehäuse nicht noch zusätzlich verlängern.
Über einen Mangel an Anschlüssen kann sich absolut niemand beklagen, natürlich fehlen auch die notwendigen 6-pin und 8-pin PCI-E Anschlüsse in ausreichender Anzahl (vier) nicht, um aktuelle SLI und Crossfire System entsprechend zu bestücken. An der PATA-Steckerbelegung gibts es nichts auszusetzen, denn auch 4-pin Molex Stecker haben immer noch ihre Daseinsbrechtigung. Wenn jemand drei Gehäuselüfter und seine Lüftersteuerung verkabeln muß, sind in der Regel die ersten vier Molex Stecker belegt. Kommt eine Wasserkühlung hinzu, erhöht sich der Bedarf noch weiter, ergo ist es unsererseits nicht einzusehen, warum einige Hersteller diese Stecker inzwischen rationalisieren. Nicht benötigte Kabelstränge können derweil sehr komfortabel in der mitgelieferten Kabeltasche verstaut werden. Schauen wir uns aber noch einmal in einer kleinen Übersicht die vorhandenen Steckeroptionen an:
• 12x 4 Pin Molex Stromanschlüsse + 2x Floppy-Anschluss-Adapter (45 bis 75cm lang)
• 12x S-ATA Connectoren (45 bis 75cm lang)
• 2x PCI-Express 6-pin Stromanschluß (50cm lang)
• 2x PCI-Express 8-pin Stromanschluß (60cm lang)
• 1x 4+4 pin ATX12V/EPS12V (auftrennbar, 60cm lang)
• 1x 20/24 Pin Mainboard-Stromanschluß (auftrennbar, 60cm lang)
Sehr gut gefallen haben uns einmal mehr die praktischen Herausziehhilfen für die 4 Pin Stromstecker, denn nur so kann man ohne abgebrochene Fingernägel und herausgezogene Pins sehr komfortabel und sicher die Steckverbindungen lösen.
Der 24 Pin Mainboard-Stromanschluß entspricht der aktuellen ATX 2.0/2.2 Norm und kann bei Bedarf um 4 Anschlüsse gekürzt werden, in dem man ihn einfach wegklippst, dadurch entfällt ein Adapter für Mainboards mit 20-poligem Anschluß.
Möglicherweise vermissen einige User Tachosignalgeber und temperaturgeregelte Anschlüsse, denen sei aber gesagt, daß sich genau dadurch nicht selten Probleme ergeben, denn es gibt nicht wenige Mainboards, die bei einer Drehzahl von unter 1000 U/min schlichtweg streiken. Alle wichtigen Kabelstränge sind isoliert und ummantelt worden, das sieht nicht nur gut aus, sondern sorgt für Ordnung und minimiert Interferenzen.
Bei aller Euphorie sollte man aber ein paar Fakten nicht unterschlagen:
1. die zusätzlichen Platinen und Anschlüsse stellen nicht nur einen deutlich höheren Fertigungsaufwand und zusätzlichen Kostenfaktor dar, sondern auch u.U. das Risko von korrosionsbedingten Spannungsabfällen...
2. wenn viele Geräte versorgt werden müssen, werden eben auch viele Kabelstränge verlegt und damit geht der optisch/logistische Vorteil ohnehin verloren...
Trotz alledem erfreut sich Kabelmanagement höchster Beliebheit, auch wenn es in keinem technischen Vorteil aber grundsätzlich höheren Preisen resultiert.
11. Powergood Wert:
Der Power Good Wert (PG) gibt den Zeitraum an, in dem Mainboard und Netzteil miteinander korrespondieren und alles für einen erfolgreichen Start bejahen. Teile des Mainboards werden ja über das Slave Power Supply permanent mit +5V versorgt. Diese liegen dann auf der grünen Leitung, die vom Board zum Netzteil führt, an. Durch drücken des Einschaltknopfes wird diese Spannung auf Null gezogen, das Netzteil startet. Sollte irgendwas nicht i.O. sein, bricht das Netzteil seine Versorgung ab und der Rechner würde resetten. Im Normalfall liegt der Power Good Wert zwischen 100 und 500ms.
Zum Vergrößern bitte das Bild anklicken !
12. Stützzeit (Hold-Up-Time):
Die ATX-Vorgaben für die Stützzeit (Hold-Up-Time) skizziert Zeiträume, in denen Stromausfälle und Schwankungen im Stromnetz überbrückt werden müssen und die liegen bei exakt 17 Millisekunden. In dieser vorgebenen Mindestzeit darf keine der Stromschienen ihr Toleranzfenster verlassen und muß seine jeweilige Spannung stabil halten. Lange Stützzeiten sind durchaus keine Selbstverständlichkeit, leider auch nicht bei teuren Highend Netzteilen.
13. Ripple&Noise:
Die Ripple&Noise (Restwelligkeit und Rauschen) ATX 2.03 Vorgaben für 10 HZ bis 20MHZ sehen folgendermaßen aus:
• 3,3Volt Schiene: maximal 50mV
• 5Volt Schiene: maximal 50mV
• 12Volt Schiene: maximal 120mV
Die Restwelligkeits und Rauschen Werte sind ein sehr wichtiges Kriterium zur Beurteilung der Netzteil-Ausgangsfilterung. Simpel formuliert: Wenn eine Gleichspannung aus sinusförmiger Wechselspannung unseres Stromnetzes durch Gleichrichtung entstehen soll, erhalten wir als Resultat immer eine sogenannte Mischspannung. Damit der Anteil der Wechselspannung noch weiter reduziert wird, werden entsprechende Glättungskondensatoren und Drosseln eingesetzt. Was dann noch übrig bleibt, bezeichnet die Technik als Restwelligkeit. Man kann also sinngemäß resümieren: je hochwertiger die Filterung ausgelegt ist, desto geringer fällt in der Regel auch die Restwelligkeit und das Rauschverhalten aus. Genau diese Eigenschaften sollten also bei einem guten Netzteil eine der Hauptprämissen darstellen. Ist das nicht der Fall und die Restwelligkeit ist außerhalb der zulässigen Parameter, ist die Wahrscheinlichkeit überproportional hoch, das angeschlossene PC-Hardware geschädigt werden. Das Mainboard und die Grafikkarte können dies zwar über eigene Wandler noch zusätzlich etwas abfedern, aber direkt vom Netzteil versorgte optische Laufwerke und Festplatten können dies nicht und dort sitzen unsere sensiblen Daten.
In unserem folgenden Beispiel kann man sehr gut ablesen, das die Werte immer weiter steigen, je mehr Last abgefordert wird und das diese Werte die Norm deutlich übersteigen, wie es bei NoName Netzteilen leider an der Tagesordnung ist. Ein weiterer Grund also auf solche Gerätschaften zu verzichten, denn hohe Restwelligkeits-und Rauschwerte sind ein sicheres Indiz dafür, das auch der Rest der verbauten Komponenten nicht den erforderlichen Qualitätsansprüchen genügt. Im Extremfall weisen solche Netzteile ein sehr kurzes Leben auf und können u.U. auch die angeschlossene Hardware wie bereits erwähnt schädigen. Resümierend betrachtet ist der Restwelligkeits-Indikator so ziemlich das wichtigste Qualitätskriterium eines Netzteils und verdient daher intensivste Verifizierung.
Zum Vergrößern bitte die Bilder anklicken !
Wichtig bei der Beurteilung der Ripple&Noise Werte sind auch die Verifizierung von eventuellen Bursts (Ansammlung von Spikes) oder auch einzelne Spikes, also ungewöhnlich hohe kurzzeitige Ausschläge in den Ripple&Noise Amplituden, die auf mögliche Probleme hindeuten.
Der einzig sinnvolle Weg diese Eigenschaften nachvollziehbar zu messen und zu vergleichen, ist die Geräte unter gleichen Bedingungen zu analysieren und das ist mit einem PC defintiv nicht möglich, insofern kommen wir im nächsten Kapitel zu den dafür erforderlichen Testgeräten...
14. Testequipment und Testbeispiel:
Um den aktuellen Ansprüchen gerecht zu werden, die moderne Netzteile uns Testern abverlangen, sind Multimeter und rudimentäre Software Tools ganz sicher kein adäquates Rüstzeug, um ein Netzteil wirklich an seine Grenzen zu belasten, die Qualität der verbauten Komponenten zu beurteilen und potentielle Schwachstellen herauszufiltern. Insofern bedarf es professioneller Teststände und die kosten eben "etwas" mehr als die Portokasse zuläßt.
Seit Februar 2010 sind wir in der überaus glücklichen Lage, dank der freundlichen Unterstützung von Maxpoint in Ahrensburg, diesen Ansprüchen gerecht zu werden. Unser besonderer Dank gilt dabei Product Manager Weili Wu, der uns beim Einstieg in die Materie großartig unterstützte. Da Ahrensburg nicht all zu weit von Lübeck entfernt ist, lassen wir uns natürlich nicht nehmen, vor Ort selbst zu testen und schicken nicht nur unsere Netzteile dort hin. Wir werden also künftig unsere Netzteile mit adäquatem Equipment maltretieren, wodurch die Aussagekraft unserer Test natürlich zusätzliche Qualität erhält. Elektronische Lasten, Effizienzmessungen, Ripple & Noise Messungen, Temperatur Messungen, Geräuschbeurteilung, Powergood Wert, Stützzeiten, Crossload Tests, das Überprüfen der Schutzschaltungen, die maximal mögliche Last, kurzum alles was wirklich für die Qualitätsbeurteilung eines Netzteil relevant ist, kann bis ins kleinste Detail nach Intel-Norm verifiziert werden.
Zum Vergrößern bitte die Bilder anklicken !
Eingesetzt werden folgende Geräte nach ATX Norm:
• Digital Power Meter(AC)(2406B), das Gerät liefert saubere Netzspannung (230Volt und 50Hz)
• Enhance Multinetzteil-Platine, Spezialanfertigung für universelle Anschlußoptionen incl. Glättungskondensatoren (10uF und 0.1uF)
• Chroma 63102, 63102, 63107, 6314, Erzeuger für programmierbare Lasten
• FAST FA-828 ATE, Erzeuger für programmierbare Lasten
• Sunmoon SM-8800, Erzeuger für programmierbare Lasten
• Tektronix TPS 2014, digitales Speicheroszilloskop zur Verifizierung der Restwelligkeit, Peak-to-Peak bei 20MHZ Bandbreite
• 4x Statron 3229.0, Erzeuger für elektronische Lasten
• Yokugawa, Temperaturmessgerät
• ACR-264-plus, Schalldruck Messgerät
• Digitales Temperaturmessgerät TL-305
• Seasonic Power Angel, PFC Messgerät
• PeakTech 2535, grafisches Leistungsmessgerät
• diverse Multimeter, z.B. Fluke 179 und Voltcraft VC-222
Die letzten 5 Positionen umfassen unsere eigenen Geräte, die wir als zusätzliche Ergänzung bei Bedarf ebenfalls einsetzen. Alle Geräte sind selbstverständlich aktuell geeicht.
15. Wie und was wir testen:
Unser eigentlicher Testablauf gestaltet sich wie folgt (klimatisierte Raumtemperatur in allen Tests konstant bei 20°C):
Vor den eigentlichen Tests findet grundsätzlich eine erste Funktionskontrolle statt, um insbesondere auch den Power Good Wert zu ermitteln. Sollten sich hier bereits Probleme einstellen, wie z.B. ein nicht anlaufender Lüfter, oder ein zu hoher Power Good Wert, brechen wir den Test grundsätzlich ab und das Netzteil geht zurück zum Hersteller.
Der Power Good Wert (PG) gibt übrigens den Zeitraum an, in dem Mainboard und Netzteil miteinander korrespondieren und alles für ok befinden. Teile des Mainboards werden ja über das Slave Power Supply permanent mit +5V versorgt. Diese liegen dann auf der grünen Leitung, die vom Board zum Netzteil führt, an. Durch drücken des Einschaltknopfes wird diese Spannung auf Null gezogen, das Netzteil startet. Sollte irgendwas nicht i.O. sein, bricht das Netzteil seine Versorgung ab und der Rechner würde resetten. Im Normalfall liegt der Power Good Wert zwischen 100 und 500ms, was auch beim Platimax Netzteil mit 217,1ms der Fall war.
1. 15 Minuten warmlaufen bei 50% Last
2. Das Vorbereiten der jeweiligen Testabläufe für die Bereiche 5%, 10%, 20%, 50%, 80%, 100% und 110% Last, die dann über die Chroma Racks oder FAST FA-828 initiiert werden. In jedem Fall werden programmierte AC Lasten verwendet (230Volt, 50Hz).
3. Während dieser 7 Abschnitte werden parallel dazu die Spannungsstabilität, Ripple&Noise Werte über das Tektronix TPS 2014 Oszilloskop und FAST FA-828 ATE aufgezeichnet und hinterher ausgewertet (Peak-to-Peak Werte, 20MHZ Bandbreite)
4. Die Temperaturwerte werden dabei über das Yokugawa Temperaturmessgerät mit vier verschiedenen Sensoren ermittelt und ständig kontrolliert und zwar an den Hotspots des Netzteils.
5. PFC messen wir über die FAST FA-828 ATE und das Seasonic Power Angel.
6. Die Lautheit des Lüfters wird ca. 15cm vom Lüfter entfernt mit einem ACR-264-plus Messgerät verifiziert, das normalerweise einen Messbereich von 15 bis 140 dBA umfaßt. Eventuelle Lager- oder andere Störgeräusche werden dabei ebenfalls berücksichtigt
7. Die Effizienz im 230Volt Netz ergibt sich aus dem Input der elektronischen Lasterzeuger und dem Output an den Netzteilausgängen, die auf einer speziell angefertigten Anschlußlatine von Enhance gesteckt sind (mit 10uF und 0.1uF Glättungskondensatoren)
8. Der Standby Verbrauch (S5, ausgeschalteter Rechner) wird nach dem Abschluß der Leistungstests gemessen
9. Um die Lautheit des Lüfters zu messen, Inkompatibilitäten und eventuelle Störgeräusche durch Spulen und Wandler im Bereich Netzteil und Mainboard auszuschließen, wird das Netzteil abschließend in unseren drei Redaktionsrechnern
verbaut und in Betrieb genommen. 14 weitere Tage Praxistest folgen, wo wir verschiedene Lastzustände simulieren. Wir sind in der Lage, über unsere Rechner bis zu 1200 Watt über Vollast abzurufen
10. In diesem Praxistest werden auch noch einmal die Temperaturen des eingebauten Netzteils überprüft und in unserer Resultatstabelle zusätzlich eingepflegt.
11. Die Messdaten für die Stützzeit, Power-Good und den Standby-Verbrauch werden separat ausgegeben und nicht in unserer Haupttabelle berücksichtigt.
Die ATX V2.03 Spezifikation lässt folgende Grenzwerte zu :
Die Ripple&Noise (Restwelligkeit und Rauschen) ATX 2.03 Vorgaben für 10 HZ bis 20MHZ sehen folgendermaßen aus:
• 3,3Volt Schiene: maximal 50mV
• 5Volt Schiene: maximal 50mV
• 12Volt Schiene: maximal 120mV
Für die Technik-Freaks unter unseren Lesern noch ein paar Hinweise, wann die wichtigsten Schutzschaltungen ansprechen:
OCP (Schutz vor Stromspitzen):
• 3,3 Volt Schiene: OCP schaltet bei mehr als 37 Ampere Belastung ab
• 5 Volt Schiene: OCP schaltet bei mehr als 42 Ampere Belastung ab
• 12 Volt Schiene 1: OCP schaltet bei mehr als 39 Ampere Belastung ab
• 12 Volt Schiene 2: OCP schaltet bei mehr als 38 Ampere Belastung ab
• 12 Volt Schiene 3: OCP schaltet bei mehr als 38 Ampere Belastung ab
• 12 Volt Schiene 4: OCP schaltet bei mehr als 39 Ampere Belastung ab
OVP (Überspannungsschutz):
• 3,3 Volt Schiene: OVP schaltet bei mehr als 4,29 Volt Spannung ab
• 5 Volt Schiene: OVP schaltet bei mehr als 6,47 Volt Spannung ab
• 12 Volt Schiene 1: OVP schaltet bei mehr als 14,19 Volt Spannung ab
• 12 Volt Schiene 2: OVP schaltet bei mehr als 14,20 Volt Spannung ab
• 12 Volt Schiene 3: OVP schaltet bei mehr als 14,21 Volt Spannung ab
• 12 Volt Schiene 4: OVP schaltet bei mehr als 14,20 Volt Spannung ab
Die Stützzeit lag auf allen Schienen deutlich über den geforderten 17ms:
12Volt= 28,36ms, 5Volt=22,87ms, 3,3Volt=26,91ms. Diesbezüglich gibt es also keinen Anlass zur Kritik. Dies gilt auch und umso mehr für die Beseitigung der Restwelligkeit, wo das Platimax Netzteil an die sehr guten Werte des MaxRevo anknüpfen kann.
Die Werte der Spannungsregulierung sind gut aber nicht sehr gut, insbesondere die Werte für die 5 Volt und 3,3 Volt Schienen könnten von Enermax noch optimiert werden, zumal sie relativ deutlich über der im Highend Bereich immer gern anvisierten Maximalgrenze von 2 bis 3% Abweichung liegen. Die Regulierung der 12 Volt Schiene liegt hingegen mit ihren deutlich unter 2% auf einem sehr guten Niveau. Überbewerten sollten man die Resultate der 3,3 und 5 Volt Schienen aber auch nicht, da sie immer noch deutlich innerhalb der ATX Spezifikationen verlaufen.
Wir haben es uns trotz DC-to-DC Technik auch diesmal nicht nehmen lassen, mit Crossloading zu experimentieren. Dazu sollte man wissen, das bei der DC-to-DC Technik eine Crossloading Simulation nur wenig Praxisrealismus aufweist, weil hier der Trafo die 12Volt generiert und 3,3 sowie 5Volt dann ohne Gruppenregulierung über eigene VRMs (Voltage Regulator Module) daraus abgeleitet werden. Wir wollten allerdings wissen, ob es wirklich nicht möglich ist, der Elektronik eines solchen Netzteils Geräusche zu entlocken. Es ist möglich, wenn wir unter 100% Systemvollast auf der 3,3 Volt Leitung 14 bis 16 Ampere zusätzlich abrufen, ist ein leises aber vernehmbares Surren aus ca. 20cm Abstand zu hören. Überbewerten sollte man unser Experiment aber trotzdem nicht, weil so etwas in der Praxis einerseits kaum nachzustellen sein wird und andererseits auch daheim ohne überwachende Messgeräte nicht sonderlich zu empfehlen wäre. Unabhängig davon hat unser kleines Crossload-Experiment das Platimax nicht aus seiner stoischen Ruhe bringen können, was unser Vertrauen in dieses Netzteil zusätzlich bestärken konnte. Dies änderte sich auch nicht, wenn wir zusätzlich noch 15 Ampere über die 5 Volt leitung schickten.
Effizienztechnisch liegt das Platimax Netzteil sehr deutlich innerhalb der selbst ernannten Platin-Parameter von 80+.org (90% bei 20% Last, 92% bei 50% Last, 87% bei 80%Last). Dazu sei erwähnt, dass 80+.org nach den amerikanischen 115VAC-Vorgaben bewertet und nach denen müssen sich die Hersteller beim Einkauf der Zertifikate richten, so abstruß es auch in der EU erscheinen mag. Man kann das nun bewerten wir man möchte, es ändert aber nichts daran, das diese Wertetabellen kein Gütesiegel sind und als Qualitätsmaßstab für ein Netzteil bestenfalls rudimentär taugen. Wir haben es oft genug erlebt, das Hersteller alles daran setzen, die erforderlichen Zertifikatswerte zu erreichen und dann andere wichtige Aspekte vernachlässigen wie z.B. die Minimierung der Restwelligkeit und/oder die Vernachlässigung der Störimunität und Spannungstoleranzwerte. Nicht selten werden auch extrem verkürzte Kabelstränge verwendet, um die Resultate zusätzlich zu pushen. Das diese golden Samples dann oftmals gar nicht beim Verbraucher ankommen, sondern statt dessen kostenreduzierte abgespeckte Varianten, ist leider durchaus keine Ausnahme. Im Falle unseres Enermax Platimax kann davon keine Rede sein, wir haben großen Wert darauf gelegt, ein Netzteil aus der laufenden Serie zu erhalten, das so auch beim Händler im Regal liegt.
Kommen wir zur Effizienz der 5VSB Schiene, die laut ATX Spezifikation mindestens 50% bei 100mA Last, mindestens 60% bei 250mA und mindestens 70% bei 1A Last betragen soll. Da liegt das Enermax deutlich im grünen Bereich mit seinen 63,9%, 74,1% und 79,8% Effizienz.
Störgeräusche abseits unseres Crossload-Tests konnten wir an der Teststation keine aufspüren. Darauf haben wir uns aber nicht allein verlassen, sondern das Netzteil turnusgemäß auch in unsere drei Rechner verbaut, um dort deren Zusammenwirken mit einem Sockel 775, Sockel 1366 und unserem aktuellen Sockel 1155 System zu verifizieren. Auch dies ergab keinerlei neative Tendenzen bezüglich Spulenfiepen, Zirpen o.ä. störender Geräuschentwicklungen. Sollten sich dennoch derartige Probleme äußern, hilft zur Zeit scheinbar nur das Abschalten der Energiesparoptionen im Bios (C-States, C1E, EIST, Cool'n'Quiet und/oder SpeedStep, Spread Spectrums und Load Line Calibrations deaktivieren). Darüber hinaus sollten auch die Windows Energiesparmaßnahmen abgestellt werden. Wobei anzumerken wäre, das diese Geräusche sich in der Regel im Bereich von 15-khz bemerkbar machen und dementsprechend auch nicht von jedem gehört werden können! Sollte auch über die genannten Einstell-Optionen keine Besserung bewirkt werden und sind andere Geräte wie Mainboard und/oder Grafikkarte als Störquellen ausgeschlossen worden (ganz wichtig !), sollte der Kunde nicht vor einer entsprechenden RMA beim Netzteil Hersteller zurückgeschrecken.
Der hauseigene Lüfter mit Twister Lager gehört ganz klar zu besten Exemplaren auf dem Markt und die SpeedGuard II Steuerung hat ihn adäquat unter Kontrolle, so daß selbst unter Vollast kein nervender Geräuschfaktor auftritt, was wir insgeheim aber auch nicht anders erwartet hatten.
Schlußendlich werfen wir noch einen Blick auf den Standby-Verbrauch im ausgeschalteten Zustand (S5), der sich auf 0,21 Watt belief, damit liegt das Platimax Netzteil deutlich innerhalb der geforderten ErP Lot 6 ready Verordnung von "weniger als 1 Watt". Wir können es aber gar nicht oft genug betonen, dieser spezielle Sparmechanismus greift erst dann, wenn im BIOS des jeweiligen Mainboards auch die entsprechende Funktion (ErP ready) aktiviert wurde, ansonsten ist dieses Feature ein Papiertiger.
Noch eine kleine Erklärung zur dBA Definition:
Menschen hören im allgemeinen bei 1000 Hz am Besten, der dBA-Wert nimmt Bezug darauf: ein Geräusch bei 18000 Hz nimmt man entsprechend schwächer war, als eines bei 1000 Hz, und der dBA-Wert ist entsprechend darauf umgerechnet. Um vergleichen zu können, haben wir aber ab sofort die entsprechenden Sone Werte mit angegeben.
16. Netzteilpflege:
Natürlich hält sich die mögliche Pflege bei einem eingebauten Netzteil in eng gesteckten Grenzen, aber zumindest hin und wieder sollten die Lüfter mit Druckluftspray ausgeblasen werden, damit sich die Situation nicht irgendwann so darstellt, wie auf den folgenden Bildern. Wobei anzumerken wäre, das hier nicht nur Staub, sondern auch Nikotin sein Unwesen getrieben hatte...
Zum Vergrößern bitte die Bilder anklicken !
Bitte keinesfalls mit Staubsaugern arbeiten oder mit Schraubenzieher in den Netzteilen herumstochern, es wäre nicht das erste mal, das sich dann im Staubbeutel Elkos und MOVs wiederfinden. Von der Gefahr eines selbst provozierten Kurzschlusses ganz zu schweigen !
Dieser Artikel wird je nach Innovationsfreudigkeit der Hersteller natürlich permanent aktuell gehalten, so daß euch keine wichtigen neuen Details entgehen...
weiterführende Links:
Tabellenübersicht der getesteten Netzteile von 2005 bis...
euer PC-Experience Team
Cerberus
|
|
