Whisper M und Hydro X im Test: Netzteile mit 80Plus Gold von BitFenix und FSP im Vergleich

Technik im Detail analysiert

Nach dem Lösen der Schrauben und dem Öffnen des Netzteils fällt der Blick auf die Elektronik. Wie immer gilt: Nicht nachmachen – Lebensgefahr!

BitFenix nutzt eine neue Plattform namens GPU des Auftragsfertigers CWT für die Whisper-M-Serie. FSP hat für das Hydro X 550W eine neue Plattform entwickelt, die ebenso eine kostengünstige Resonanzwandler-Topologie besitzt. Auch die weiteren technischen Details sind mit der Verwendung einer aktiven PFC samt Synchrongleichrichtern und DC-DC-Abwärtswandlern vergleichbar.

Technische Daten	BitFenix	FSP
Primärseite
EMV-Filter	2 X-, 4 Y-Kondensatoren, 2 CM-Drosseln, Ferrit
Sicherungen	Feinsicherung, MOV
Brückengleichrichter	GBU606	GBJ1506
Aktive PFC	2 MOSFETs (GP18S50G), 1 Diode (ST STTH8R06FP)	2 MOSFETs (ST STF18N60M2), 1 Diode (ST STTH8R06FP)
Einschaltstrombegrenzer	NTC + Relais
Zwischenkreiskondensator	Nichicon (GG-Serie) 330 µF, 400 V, 105 °C	Nippon Chemi-Con (KMR-Serie) 390 µF, 450 V, 105 °C
Konvertertopologie	Halbbrücke mit LLC-Resonanzwandler
Schalter	2 Silan SVD13N50F	2 Toshiba TK12A60W
Sekundärseite
Wandlung Minor-Rails (5 V und 3,3 V)	DC-DC
Gleichrichter +12 V	4 MOSFETs (Sinopower SM4021NAKP)	2 MOSFETs (Toshiba TPHR8504PL)
DC-DC-Schalter 5 V und 3,3 V	je 1 Ubiq QM3004D und QM3006D	je 3 International Rectifier IRLR8726PbF
Filterkondensatoren +12 V	5 Nippon Chemi-Con (KZE-Serie) 2.200 µF und 8 FP-Feststoffkondensatoren 470 µF	3 Nippon Chemi-Con (KZE-Serie) 2.200 µF und Feststoffkondensatoren (6 470 µF und 2 330 µF)
Filterkondensatoren 5 V	Nippon Chemi-Con (KZH-Serie) 1.500 µF und FP-Feststoffkondensator 1.500 µF	Rubycon (ZLH-Serie) 1.500 µF und 2 Capxon-Feststoffkondensatoren 560 µF
Filterkondensatoren 3,3 V	Nippon Chemi-Con (KZH-Serie) 1.500 µF und FP-Feststoffkondensator 1.500 µF	Rubycon (ZLH-Serie) 1.500 µF und 2 Capxon-Feststoffkondensatoren 560 µF
Filterkondensatoren 5 VSB	Nippon Chemi-Con (KZE-Serie) 2.200 µF und (KY-Serie) 1.000 µF	Rubycon (ZLH-Serie) 2.200 und 1.500 µF
Supervisor-IC	Sitronix ST9S429-PG14 und Weltrend WT7818D	Siti PS223H
Lüfter
Modellbezeichnung	Martech DF1352512SEMN	Power Logic PLA12025B12M-2
Technische Daten	135 mm, 1.500 U/Min, FD-Gleitlager	120 mm, 2.200 U/Min, Doppelkugellager

Für die Netzfilterung samt den Sicherungen auf der Eingangsseite nutzen beide Hersteller die gleichen Bauelemente. In der Auswahl beinhaltet ist ein MOV, der Spannungsimpulse aus dem Netz abfangen kann. Anschließend findet eine Gleichrichtung des Stroms mittels eines Brückengleichrichters statt, für den es bei beiden Netzteilen einen extra Kühlkörper gibt, sodass auch bei hohen Lasten ein kleiner Luftstrom zur Kühlung ausreichen soll. FSP setzt für die PFC-Spule auf einen gewöhnlichen Ringkern, BitFenix greift hierbei auf einen Ferritkern zurück, der den gleichen Induktivitätswert bei kleinerer Bauteilgröße erzielen kann. Der Einschaltstrom wird über einen NTC-Widerstand begrenzt, welcher im Betrieb durch ein Relais zur Steigerung des Wirkungsgrads kurzgeschlossen wird. Die Energie wird schließlich in einem großen Elko zwischengespeichert, für den auf eine teurere Variante mit einer Temperaturspezifikation von 105 °C geachtet wurde, die für eine hohe Lebenserwartung (auch bei Temperaturen unterhalb von 105 °C) zuträglich ist.

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Die 5-VSB-Schiene wird mittels eines Flyback-Konverters erzeugt, der im Whisper M 450W aus einer gewöhnlichen Zusammensetzung aus einem integrierten Wandler-Chip TNY177PN und einer einzelnen Schottky-Diode auf der Sekundärseite besteht. FSP hat mehr Aufwand in die Steigerung des Wirkungsgrads gesteckt und nutzt den IC SC1225K von Power Integrations mit einem Synchrongleichrichter auf der Sekundärseite, der einer einzelnen Schottky-Diode insbesondere bei größeren Lasten überlegen ist. Wird im Standby beispielsweise das Smartphone geladen, kann von dem höheren Wirkungsgrad durch den Synchrongleichrichter profitiert werden.

Technik auf aktuellem Stand

Der Hauptwandler besteht jeweils aus einer LLC-Halbbrücke, wofür zwei MOSFETs mit sehr geringem Leitwiderstand ausgewählt wurden. Auf der Sekundärseite nutzen beide Hersteller das gleiche Konzept und verbauen MOSFETs zur synchronen Gleichrichtung auf der Rückseite der Platine und kühlen diese mittels Aluminiumfinnen, die durch die Platine hindurchgesteckt wurden. Dies ermöglicht den Einsatz von MOSFETs mit besonders kleinem SMD-Gehäuse, die weniger Platz belegen und geringere Verluste ermöglichen. Die Minor-Rails werden über Abwärtswandler generiert und wurden auf eine extra Platine ausgelagert.

Hochwertige Filterkondensatoren

Die Filterung der Restwelligkeit geschieht über Elektrolytkondensatoren japanischer Marken und Feststoffkondensatoren. Hier wurde ein sehr guter Mix aus hochwertigen Kondensatorserien gefunden. Das Platinendesign des Whisper M 450W begünstigt zudem niedrige Temperaturen der Elkos, weil diese ganz an den Rand – abseits von Hotspots – platziert wurden und trotzdem von einem Luftstrom gekühlt werden. Für dieses Design ist allerdings Luftleitfolie erforderlich gewesen, die beinahe die Hälfte der Grundfläche abdeckt und eine höhere Lautstärke bedeuten kann. Auch für die dauerhaft aktive 5-VSB-Schiene wurde eine anständige Elko-Auswahl getroffen.

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Da der Sitronix ST9S429-PG14 nur die Absicherung von zwei 12-Volt-Schienen erlaubt, wurde ein zweiter Supervisor-IC im Whisper M 450W verbaut. FSP nutzt mit dem Siti PS223H einen der wenigen Supervisor-ICs, die nativ einen Überhitzungsschutz bereitstellen können.

Whisper M 450W mit durchdachtem Layout

Dank der Vollmodularität und des Einsatzes eines Dual-Layer-PCBs im Whisper M 450W konnte ein sehr sauberes Layout entworfen werden, in dem keine Kabel quer über die Platine ragen. Großflächige Lotbenetzungen und die Verwendung von Aluminiumschienen sollen des Weiteren Verluste minimieren. Das Hydro X 550W verfügt zwar auch über ein Dual-Layer-PCB, es kann aber nicht mit einem vergleichbar guten Layout mithalten, da Bauteile deutlich gedrängter und teilweise übereinander platziert wurden. Verarbeitung und Lötqualität machen im Whisper M 450W auch den deutlich besseren Eindruck. FSP zeigt hier einen nicht ganz so sorgfältigen Umgang, da die Verbindungsstellen zwischen Haupt-PCB und DC-DC-Platine nicht lang genug erhitzt wurden, was sich an den Lotkugeln widerspiegelt. Ein Lottropfen auf der PFC-Spule hinterlässt außerdem einen gemischten Eindruck über die Verarbeitungsqualität.

Der Lüfter im Whisper M 450W wird von Martech zugeliefert und soll ein FD-Gleitlager besitzen. FSP hingegen setzt auf einen Lüfter mit Doppelkugellager, von dem eine noch höhere Lebensdauer erwartet werden kann.