Hochleistungs-Netzteile im Test: Corsair AX1600i & Kolink 1500W am Leistungslimit 2/5

Nico Schleippmann 107 Kommentare

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!

Um dauerhaft eine Leistung von 1.500 beziehungsweise 1.600 W abgeben zu können, muss an verschiedenen Stufen des Netzteils der Strom aufgeteilt werden. Corsair teilt wie Kolink den Strom der PFC auf zwei Phasen auf, damit die PFC-Drosseln im Vergleich zu einer Phase trotzdem nur noch das halbe Volumen einnehmen. Genauso ist der Haupttransformator doppelt vorhanden, wobei es hier hauptsächlich darum geht die Verluste zu minimieren.

In der Technologie des Hauptwandlers und der sekundärseitigen Gleichrichtung gibt es keine Unterschiede: In beiden Fällen handelt es sich um eine LLC-Vollbrücke mit Synchrongleichrichter. Einen großen Unterschied macht die PFC-Stufe, die beim Continuum 1500W eine herkömmliche aktive PFC mit Brückengleichrichter ist, während Corsair eine hochmoderne bridgeless Totem Pole PFC nutzt. Wie schon das AX1500i wird das AX1600i von Flextronics gefertigt. Das Continuum 1500W stellt hingegen Enhance her.

Technische Daten AX1600i Continuum 1500W
Primärseite
EMV-Filter 5 X-, 6 Y-Kondensatoren, 1 DM-, 3 CM-Drosseln 4 X-, 6 Y-Kondensatoren, 2 CM-Drosseln, Ferrit
Sicherungen Feinsicherung, MOV
Aktive PFC interleaved bridgeless Totem Pole PFC: Boost-Stufe mit je 2 GaN-HEMTs (Transphorm TPH3205WSB), Synchrongleichrichter-Stufe mit 2 MOSFETs (Toshiba TK62J60W) interleaved mit je 2 MOSFETs (Infineon IPP50R140CP) und 1 Diode (CREE C3D10060A)
Einschaltstrombegrenzer NTC + Relais
Zwischenkreiskondensator 1 Rubycon (MXH-Serie) 680 µF, 450V, 105 °C und 2 Nippon-Chemi-Con (KMW-Serie) 470 µF, 450 V, 105 °C 3 Nichicon (GL-Serie) 560 µF, 450 V, 105 °C
Konvertertopologie LLC-Vollbrücke
Schalter 4 60F2094 4 Infineon IPP60R099C6
Sekundärseite
Wandlung Minor-Rails (5 V und 3,3 V) DC-DC
Gleichrichter +12 V 16 MOSFETs (Infineon BSC028N06NS) 16 MOSFETs (Infineon BSC014N04LS)
DC-DC-Schalter 5 V und 3,3 V je 4 ON NTTFS4C06N ?
Filterkondensatoren +12 V 8 Nippon-Chemi-Con-Elkos (KZE-Serie) 2.200 µF und 9 Feststoffkondensatoren 470 µF (+ Kabelmanagement-Platine) Feststoffkondensatoren 8 1.200 µF und 4 470 µF
Filterkondensatoren 5 V Feststoffkondensatoren 2 1.500 µF und 2 820 µF 2 Feststoffkondensatoren 470 µF (+ Kabelmanagement-Platine)
Filterkondensatoren 3,3 V Feststoffkondensatoren 1 1.500 µF und 2 820 µF 2 Feststoffkondensatoren 470 µF (+ Kabelmanagement-Platine)
Filterkondensatoren 5 VSB 2 Nippon-Chemi-Con-Elkos 1.500 µF und 1 Feststoffkondensator 1.500 µF Rubycon-Elko 1 (ZLH-Serie) 1.500 µF und 1 (YXG-Serie) 220 µF, 1 Feststoffkondensator 820 µF
Supervisor-IC Texas Instruments UCD3138064A (Mikrocontroller) Siti PS223
Lüfter
Modellbezeichnung Corsair NR140P Yate Loon D14BH-12
Technische Daten 140 mm, FD-Gleitlager, 1.900 UPM 140 mm, Doppelkugellager, 2.100 UPM

Beide Hersteller verbauen eine Vielzahl an Filterelementen am Netzeingang, um die gesetzlichen Grenzwerte für die Funkstörspannungen nicht zu überschreiten, die vom Energiewandlungsprozess im Netzteil verursacht werden. Gegen transiente Überspannungen aus dem Netz soll ein MOV und gegen Kurzschlüsse zwischen den Netzphasen soll eine Feinsicherung schützen. Der Einschaltstrom wird mittels eines NTC-Widerstands begrenzt, der im aktiven Betrieb von einem Relais überbrückt wird. Im AX1600i sind die Filterelemente großzügig mit Kleber eingedeckt worden, um potentiellen Elektronikgeräuschen entgegenzuwirken. Ein Schirm, der die Filter von den restlichen Bauteilen des Netzteils separiert, soll magnetische Kopplungen verhindern.

Wenig Verluste des AX1600i dank Gallium-Nitrid-HEMTs

Einen massiven Unterschied zwischen beiden Netzteilen macht die PFC-Stufe aus. Kolink richtet die Netzspannung zunächst ganz herkömmlich mittels zwei Brückengleichrichtern gleich und nutzt anschließend eine aktive PFC in Boost-Konfiguration mit zwei Phasen, die eine ungeregelte Ausgangsspannung von etwa 400 V erzeugt. Die bridgeless Totem Pole PFC des AX1600i stellt eine Schaltungstopologie dar, die erst mit alternativen Halbleitermaterialien in der Praxis realisiert werden konnte. Anstatt Silizium kommt Gallium Nitrid (GaN) zum Einsatz, wovon sich die Halbleiterbranche neben Silizium Carbid (SiC) den nächsten großen Evolutionsschritt erhofft.

Gleich vier solcher Bauteile (GaN HEMTs) sind auf zwei Phasen im AX1600i verteilt und ersetzen den Brückengleichrichter zusammen mit zwei zusätzlichen Silizium-MOSFETs, die in der Totem Pole PFC als Synchrongleichrichter mit Schaltfrequenzen von 50 beziehungsweise 60 Hz fungieren.

Die Energie wird anschließend in Elektrolytkondensatoren zwischengespeichert, wobei mit jeweils über 1.600 µF hier für eine besonders große Kapazität gesorgt wurde, um Netzschwankungen und Ausfälle zu kompensieren. Die Spannungswandlung auf 12 V erfolgt schließlich mittels eines LLC-Vollbrückenwandlers. Für die Montage der MOSFETs auf dem Kühlkörper wurde im AX1600i ein spezielles Wärmeleitpad namens Bondply verwendet, das das Verschrauben mit dem Kühlkörper überflüssig machen soll. Im Continuum 1500W sind die MOSFETs herkömmlich an einem Kühlkörper zusammen mit den anderen Leistungshalbleitern verschraubt. Entsprechend mächtig fällt dieser Kühlkörper aus, dessen Kühlfläche mittels Finnen gespreizt wurde, die einen Großteil der Primärseite abdecken.

Auf der Sekundärseite zählt jeder Zehntel Milliohm

Zur möglichst verlustarmen Gleichrichtung auf der Sekundärseite wurden jeweils 16 Infineon-MOSFETs im PG-TDSON-8-Package verwendet, wobei Kolink gegenüber Corsair hierbei sogar zu MOSFETs mit geringerem Leitwiderstand gegriffen hat. Eine genauso große Rolle spielen aber die Übergangswiderstände an dieser Stelle, die mittels kurzer Distanzen gering gehalten wurden, indem die Gleichrichter in direkter Nähe zu den Transformatoren platziert wurden. Die DC-DC-Wandler für die Minor-Rails befinden sich im AX1600i etwas abseits – im Continuum 1500W wurde hingegen die Zusatzplatine samt DC-DC-Wandlern parallel zur Kabelmanagementplatine mittels Messing-Abstandshaltern gesetzt, die tatsächlich auch zum Stromtransport verwendet werden. Dabei wurde der Abstand sehr klein gewählt, weil ein Keramik-SMD-Kondensator beinahe in Kontakt mit den Pins des anderen Boards kommt. Im AX1600i mussten allerdings die einzelnen Schienen von den Gleichrichtern zur Anschlussplatine mit Kabeln plus zusätzlicher Ferrite geführt werden, um die Multi-Rail-Absicherung beibehalten zu können. Kolink hat sich dies mit der 12-V-Single-Rail einfacher gemacht und die beiden Platinen einfach an jeweils einem Knoten für 12 V und Masse zusammengelötet.

Die Temperaturen überwachen beide Netzteile in der Nähe der Haupttransformatoren. Corsair lässt dazu einen NTC-Widerstand frei in der Luft schweben; Kolink hat diesen direkt auf einen Transformator geklebt.

Zur Filterung der Restwelligkeit verwendet Kolink fast ausschließlich Feststoff-Elkos, dessen Elektrolyt sehr viel langsamer altert als das seiner flüssigen Derivate. Corsair setzt auch zu einem großen Teil auf solche Kondensatoren, fügt auf der 12-V-Schiene aber flüssige Elkos zugunsten einer noch niedrigeren Restwelligkeit hinzu. Für die Standby-Schiene haben beide Hersteller ebenso auf einen hochwertigen Elkos-Mix geachtet, wobei sich diese beim AX1600i dicht gedrängt zwischen zwei Wärmequellen befinden. Im aktiven Betrieb wird die Standby-Schiene aber von den Hauptschienen gespeist, weshalb nur im Standby-Modus diese Elkos überhaupt belastet werden.

Die Regelung der Ausgangsspannungen geschieht im AX1600i digital. Neben einem Regel-IC wurde außerdem der Supervisor-IC mit diesem Schritt ersetzt. Qualitativ lassen beide Umsetzungen keine Wünsche offen – exzellente Arbeit kann aber nur der Lötqualität des AX1600i nachgesagt werden.

Langlebige 140-mm-Lüfter

Als Lüfter findet ein 140 mm Corsair NR140P im AX1600i Verwendung, der von Hong Hua hergestellt wird und PWM gesteuert ist. Von dem Doppelkugellager des Yate-Loon-Lüfters im Continuum 1500W ist eine ähnliche Lebensdauer wie von dem FDB des Corsair zu erwarten. Ein Vorteil des FDB-Lüfters ist in seinen geringeren Laufgeräuschen zu finden, weshalb dieser Lagertyp in Endnutzer-Netzteilen bevorzugt wird.

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