Nach einer langen Pause sind wir mit einem neuen Netzteil und einem neuen Gehäuseprüfer zurück.Zu Beginn unserer überarbeiteten Tests und Überprüfungen von Netzteilen wollten wir die Grundlagen unserer Tests und unserer Erwartungen behandeln.Einiges davon ist noch in Arbeit, da wir noch nicht alle Geräte zusammengetragen haben, die wir gerne hätten, und im weiteren Verlauf werden wir regelmäßig Aktualisierungen unserer Testverfahren für Netzteile bereitstellen.Und nachdem das aus dem Weg geräumt ist, lassen Sie uns besprechen, wie wir beim Testen von Netzteilen vorgehen werden.Ein effektives Testen eines Netzteils erfordert weit mehr als nur das Anschließen an einen PC und die Verwendung eines 10-Dollar-Multimeters zum Überprüfen der Spannungsschienen.Zumindest erfordert es spezialisierte (und sehr teure) Ausrüstung.An diesem Punkt würden die meisten Leute, die tatsächlich ein paar Dinge über Netzteile wissen, sagen: "Ja, OK, Sie brauchen eine einstellbare Last und ein Oszilloskop."Es stimmt zwar, dass Sie diese Dinge brauchen, aber Sie können nicht einfach irgendeine alte einstellbare Last und ein Oszilloskop nehmen.Was Sie wirklich brauchen, sind sehr präzise, ​​programmierbare elektronische Lasten mit eingebauter Transientenprüfung und ein Oszilloskop, das neben anderen Messgeräten und Geräten den genauen Spezifikationen entsprechen sollte.Dann müssen Sie natürlich wissen, was Sie tun, denn es geht nicht nur darum, ein Netzteil an das Gerät anzuschließen und ein paar Knöpfe zu drücken;Es gibt genaue Lade- und Testverfahren, die in technischen Dokumenten und Leitfäden beschrieben sind und befolgt werden müssen.Programmierbare DC-Lasten sind eine absolute Notwendigkeit, wenn Sie eine Stromversorgung testen möchten.Zu diesem Zweck haben wir zwei hochpräzise Maynuo M9714 1200 Watt und zwei Maynuo M9711 150 Watt elektronische Lasten erworben, die es uns ermöglichen, bis zu 2400 Watt aus 12-Volt-Leitungen und bis zu 150 Watt aus jeder der 3,3-Volt- und 5-Volt-Leitungen zu ziehen Linien.Da es sich um reaktionsschnelle programmierbare Modelle handelt, werden sie uns in Zukunft auch Transiententests ermöglichen.Beim Testen einer Stromversorgung ist die Verwendung selbst der besten Multimeter völlig nutzlos.Ein Oszilloskop ist eine absolute Notwendigkeit und nicht irgendein Oszilloskop.Intels ATX-Designleitfaden gibt an, dass das Oszilloskop eine Bandbreite von 20 MHz haben sollte;jedoch sind die Dinge bei weitem nicht so einfach.Selbst wenn Sie ein richtiges Oszilloskop kaufen möchten, ist der Kauf eines 20-MHz-Oszilloskops ein Fehler.Digitale Oszilloskope müssen in der Lage sein, Abtastwerte mindestens zehnmal schneller zu erfassen als die Frequenz, die sie auflösen müssen.Sie benötigen also ein 20-MHz-Oszilloskop mit einer Abtastrate von mindestens 200 MSa/s, und Geräte mit geringer Reichweite oder über USB angeschlossene Geräte können diese Zahl nicht annähernd erreichen.Natürlich gibt es noch viele andere Kleinigkeiten, aber damit wollen wir Sie nicht langweilen.Es sollte genügen zu sagen, dass wir vorerst ein Oszilloskop Rigol DS5042M verwenden, das eine Bandbreite von 40 MHz und eine Echtzeit-Abtastrate von 500 MSa/s hat.Obwohl das beeindruckend klingt, ist selbst dieses Gerät nicht gut genug, wenn Sie transiente Tests richtig durchführen möchten, und es kann Rauschen nicht aus der Welligkeit eines Signals herauslösen;Dies sind Tests, die wir in Zukunft hinzufügen möchten.Im Vergleich zu den oben genannten Punkten ist das Testen der Effizienz eines Netzteils relativ einfach, sobald Sie genau wissen, wie viel Strom Sie daraus ziehen.Unsere elektronischen Lasten sagen uns genau, wie viel Strom gerade entnommen wird;Daher brauchen wir nur einen guten AC-Leistungsanalysator, der uns sagt, wie viel Strom das Gerät aus der Steckdose zieht.Beachten Sie den "guten" Teil, da Sie einen Leistungsanalysator benötigen, der echte RMS-Werte anzeigen kann, da Netzteile viele Oberschwingungen erzeugen können.Unser Extech 380803 Leistungsanalysator leistet sehr gute Arbeit bei der Angabe des Leistungsniveaus, das unser Netzteil zu einem bestimmten Zeitpunkt benötigt.Wir sollten beachten, dass alle Tests mit einem 230-V-/50-Hz-Eingang durchgeführt werden, der von einem 3000-VA-VARIAC für die perfekte Anpassung der Eingangsspannung geliefert wird.Leider können wir derzeit keine Tests bei 110 V/60 Hz durchführen, da dies eine leistungsstarke, programmierbare Wechselstromquelle erfordert.Grob geschätzt sinkt die Umwandlungseffizienz um 1 % bis 1,5 %, wenn die Eingangsspannung auf 110 V/60 Hz gesenkt wird.Thermische und Rauschtests sind ein weiteres komplexes Verfahren.Die thermische Prüfung ist relativ einfach;wir mussten nur zwei hochpräzise UNI-T UT-325 Digitalthermometer anschaffen.Mit vier Temperatursonden können wir die Umgebungstemperatur, die Abgastemperatur des Netzteils sowie die Temperatur seiner primären und sekundären Kühlkörper überwachen.Geräuschtests können jedoch nicht durchgeführt werden, während das Gerät getestet wird, da die Ausrüstung, die zum Testen verwendet wird, sehr viel Lärm erzeugt.Alle sagen, dass es unmöglich ist, das mit der Ausrüstung beladene Gerät weit auseinander zu halten, um Geräuschtests durchzuführen, und ja, das ist wirklich unmöglich.Also geht das nicht, oder?Falsch.Eine der Grundlagen der wissenschaftlichen Methode besteht darin, dass Sie das Problem von einem System isolieren und es selbst lösen.Mit anderen Worten, anstatt zu versuchen, das Unmögliche zu tun und das Rauschen eines Netzteils zu messen, während wir es testen, hindert uns nichts daran, stattdessen einen nicht-intrusiven Laser-Tachometer zu verwenden, um die Drehzahl des Lüfters aufzuzeichnen.Dann können wir das Gerät einfach alleine testen, wobei der Lüfter mit einem kleinen, lüfterlosen, einstellbaren DC-Netzteil verbunden ist, das wir hergestellt haben, Geräuschmessungen mit unserem Extech HD600 für den Drehzahlbereich des Lüfters vornehmen und die beiden Tabellen vergleichen.Gar nicht so schwer, oder?Es gibt jedoch einen Haken;Da das Gerät zum Zeitpunkt des Schallpegeltests nicht mit Strom versorgt wird, kann das Messgerät kein Spulenfiepen aufzeichnen.Spulenfiepen ist beim Testen aber deutlich hörbar und wir werden sicher berichten, falls (wann) wir auf ein Netzteil stoßen, dessen Spulen etwas mehr Lack hätten vertragen können.Die Geräuschkulisse unserer Testumgebung liegt bei etwa 30,4 dB(A), was einem ruhigen Zimmer in der Nacht gleicht.Gerätegeräusche werden normalerweise hörbar, wenn unsere Instrumente über 33,5 dB(A) anzeigen.Um das Testen von Netzteilen effektiver zu gestalten, haben wir eine Testvorrichtung für die Verbindung zwischen dem Netzteil und dem Testgerät sowie eine proprietäre Hotbox entwickelt.Die Hotbox ist nicht viel mehr als ein geschlossenes Gehäuse mit einem Luftheizgerät, das über ein DAQ und unsere Software gesteuert wird.Um gute Testbedingungen zu schaffen, muss unbedingt die Luft in der Box erwärmt werden, nicht die Box selbst.Zugegeben, dieser selbstgebaute Apparat ist nicht perfekt, da er klein ist und eine sehr langsame Reaktionsgeschwindigkeit hat, aber er eignet sich gut, um die Umgebung in einem Computergehäuse zu simulieren.Daher werden die Tests bei Raumtemperatur (bei 25 °C gehalten) und in der Hotbox (bei 45-50 °C) durchgeführt.Denken Sie daran, dass Effizienzzertifizierungen bei Raumtemperatur (25 °C) durchgeführt werden und ein Netzteil seine Effizienzzertifizierungsstandards in der Hotbox leicht nicht erfüllen kann!Für das Testverfahren gibt es spezifische, detaillierte Richtlinien zur Durchführung.Alle Tests werden in Übereinstimmung mit Intels Power Supply Design Guide for Desktop Form Factors und mit dem Generalized Test Protocol for Calculating the Energy Efficiency of Internal AC-DC and DC-DC Power Supplies durchgeführt.Diese beiden Dokumente beschreiben detailliert, wie die Geräte miteinander verbunden werden sollten, wie das Laden durchgeführt werden sollte (ja, Sie laden die Stromleitungen nicht einfach zufällig) und die grundlegende Methodik für die Erfassung jedes Datensatzes.Allerdings werden nicht alle unsere Tests von diesen Richtlinien abgedeckt und/oder unterstützt.(Update, 20.04.2015, Klick für den ausführlichen Beitrag)Obwohl diese Dokumente erst wenige Jahre alt sind, können ihre Methoden moderne SMPS-Computer für "Enthusiasten" nicht berücksichtigen.Die Industrie hat bei der Entwicklung energieeffizienterer Geräte große Sprünge gemacht und deren Strombedarf kontinuierlich gesenkt.Heutzutage verwendet die überwiegende Mehrheit der Computer, die sehr leistungsstarke Netzteile benötigen, einfach mehrere Komponenten, wie z. B. zahlreiche Grafikkarten.Da die meisten energieverbrauchenden Komponenten eine 12-V-Quelle benötigen, haben Netzteilhersteller den 12-V-Ausgang ihrer Geräte kontinuierlich nach oben getrieben, während die 3,3-V-/5-V-Ausgänge träge blieben oder schwächer wurden.Es gibt viele Designregeln, die moderne „Enthusiasten“-Netzteile heutzutage nicht einhalten, wie z. B. die aktuellen Sicherheitsgrenzen und die maximale Größe des Gehäuses, aber diese besondere Änderung verursacht ein Problem mit dem verallgemeinerten Testprotokoll.Der Derating-Faktor D der 3,3-V-/5-V-Leitungen sollte gemäß dem verallgemeinerten Prüfprotokoll wie folgt sein:Einfach ausgedrückt ist die Formel die maximale Nennleistung des Geräts dividiert durch die Summe der Nennleistungen jeder einzelnen Stromleitung.Allerdings führt diese Formel bei >1 kW Netzteilen häufig zur Überlastung der 3,3V/5V Leitungen.Der Effekt ist bei einigen hocheffizienten Einheiten besonders schwerwiegend, bei denen die Designer die 3,3-V-/5-V-Gleichstrom-zu-Gleichstrom-Umwandlungsschaltungen auf der Leiterplatte der Anschlüsse verlegt haben, wodurch ihre maximale Ausgangsleistung erheblich reduziert wird.Obwohl einige Netzteile auch dann normal funktionieren würden, wenn ihre 3,3-V-/5-V-Leitungen überlastet wären, führte die kontinuierliche Verschlechterung der 3,3-V-/5-V-Leitungen im Vergleich zur 12-V-Leitung dazu, dass Netzteile in unseren Labors auftauchten, die unter solchen Bedingungen nicht funktionieren konnten.Daher mussten wir die Formel des Derating-Faktors ändern, um die Tests in der realen Welt zu kompensieren.Ohne mindestens zwei signifikante Energieverbraucher benötigt kein modernes System > 500 Watt.Ein größerer Strombedarf deutet auf das Vorhandensein von Geräten hin, die nur die 12-V-Leitung belasten (dh GPUs, CPUs, Flüssigkeitskühlpumpen, Peltier-Effekt-Kühler usw.).Nach einigen Berechnungen und Recherchen verwenden wir für Geräte mit einer Nennleistung von über 400 Watt die folgende Formel:Dadurch wird der Einfluss der 3,3-V-/5-V-Leitungen auf die Berechnung des Derating-Faktors effektiv halbiert, wodurch die Differenz der 12-V-Leitung auferlegt wird.Außerdem wird das Belastungskriterium der 3,3V/5V-Leitungen bei einer Belastungsstufe X (in % der maximalen Geräteleistung) nun geändert auf:Für die 12-V-Leitung(en) bleibt das Belastungskriterium unverändert.Diese Formel führt zu einer realistischeren Darstellung der Anforderungen an reale Anlagen, zumindest bis zu einer heute realisierbaren Leistung.Darüber hinaus gibt es keine Richtlinien, wie transiente Tests durchgeführt werden sollten, und die von Intel empfohlenen kurzzeitigen Cross-Load-Tests beim Einschalten sind viel zu nachsichtig.Intel empfiehlt, die 12-V-Leitung auf < 0,1 A und die 3,3-V-/5-V-Leitung auf nur 5 A zu belasten.Wir führen auch zwei Querbelastungstests unseres eigenen Designs durch.Im Test CL1 belasten wir die 12V-Leitung bis zu 80% ihrer maximalen Kapazität und die 3,3V/5V-Leitungen mit jeweils 2A.Im Test CL2 belasten wir die 12-V-Leitung mit 2 A und die 3,3-V-/5-V-Leitungen mit bis zu 80 % ihrer maximalen kombinierten Kapazität.Darüber hinaus wurde vorgeschlagen, dass Effizienztests in bestimmten Lastintervallen (20 % - 50 % - 100 %) durchgeführt werden müssen, was als normaler Betriebsbereich eines Netzteils angesehen wird.Bei modernen Systemen kann der Energiebedarf im Leerlauf jedoch leicht drastisch sinken, weshalb wir Netzteile ab 5 % ihrer Nennkapazität testen, nicht ab 20 %.Beachten Sie, dass die Umwandlungseffizienz aller Schaltnetzteile buchstäblich abfällt, wenn die Last sehr niedrig ist, so dass große Einbrüche von > 10 % erwartet werden und natürlich sind.Alle Fragen oder Kommentare zu unseren Netzteil-Testverfahren sind willkommen, und wie bereits erwähnt, planen wir, einige der Tests in den kommenden Monaten mit zusätzlicher Hardware hinzuzufügen und/oder zu verbessern.Wir werden einen aktualisierten Artikel bereitstellen, wenn/falls solche Änderungen erforderlich sind.