80Plus-Gold-Netzteile im Test: Technik im Detail analysiert

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

Im technischen Design teilen sich alle fünf Probanden dieselben Schaltwandlungstopologien. Dazu gehören eine aktive (Boost-)PFC, ein LLC-Resonanzwandler und eine synchrone Gleichrichtung samt DC-DC-Wandler für die Erzeugung der Minor-Rails. Die Technik des Phanteks AMP 550W ist bereits von Netzteilen wie dem NZXT E500 bekannt, die beide auf dem Sea Sonic Focus GX basieren. Für das Corsair RM650 wurde die bestehende Basis von CWT, woraus die RMx-Serie entsprungen ist, weiterentwickelt. Kolink setzt mit Goldenfield auf eine Branchengröße, die in diesem Geschäftsumfeld bisher noch nicht bekannt ist, aber für Kolink bereits Gehäuse herstellt. Zwar wirkt die Elektronik des Enclave 500W wie eine Abwandlung des Xilence Performance X 550W, allerdings sollen die Auftragsfertiger beider Netzteile unabhängig voneinander sein. SilentiumPC lässt die Elektronik des Supremo L2 Gold 550W von Sama zuliefern, während das Leadex III Gold 550W von Super Flower selbst entwickelt und hergestellt wird.

Technische Daten RM650 Enclave 500W AMP 550W Supremo L2 Gold 550W Leadex III Gold 550W
Primärseite
EMV-Filter 2 X-, 4 Y-Kondensatoren, 2 CM-Drosseln 2 X-, 4 Y-Kondensatoren, 2 CM-Drosseln, Ferrit 1 X-, 4 Y-Kondensatoren, 2 CM-Drosseln 2 X-, 4 Y-Kondensatoren, 2 CM-Drosseln
Sicherungen Feinsicherung, MOV
Brückengleichrichter 2 GBU806 1 ? 2 GBU1006 GBU1006 1 ?
Aktive PFC 2 MOSFETs (ON FCPF165N65S3L1), 1 Diode (Power Integrations QH08TZ600) 2 MOSFETs (Advanced Power AP65SL380AH), 1 Diode (Infineon IDH06G65C6) 2 MOSFETs (Great Power GPT13N50DG), 1 Diode (NXP BYC8X-600) 2 MOSFETs (IPS ITA20N50A), 1 Diode (CREE C3D06060A) 2 MOSFETs (Infineon), 1 Diode (ST STTH8S06D)
Einschaltstrombegrenzer NTC + Relais
Zwischenkreiskondensator Elite (PL-Serie) 400 V, 105 °C, 330 µF und 270 µF Teapo (LG-Serie) 330 µF, 420 V, 105 °C Hitachi (HU-Serie) 390 µF, 400 V, 105 °C Teapo (LG-Serie) 330 µF, 450 V, 105 °C Nippon-Chemicon (KMQ-Serie) 470 µF, 400 V, 105 °C
Standby-IC diskrete Komp. Infineon ICE2QR4765 Excelliance EM8569 Irantk XY6112 ?
Konvertertopologie LLC-Halbbrücke LLC-Vollbrücke LLC-Halbbrücke
Schalter 2 ON FCPF165N65S3L1 4 Great Power GPT10N50DG 2 IPS ITA20N50A 2 Infineon IPW50R199CP
Sekundärseite
Wandlung Minor-Rails (5 V und 3,3 V) DC-DC
Gleichrichter +12 V 4 MOSFETs (ON NVMFS5C430NT1G) 4 MOSFETs (NXP PSMN2R6-40YS) 2 MOSFETs (NXP PSMN2R6-40YS) 4 MOSFETs („SI030N040B“) 4 MOSFETs (Infineon IPP041N04N G)
DC-DC-Schalter 5 V und 3,3 V je 1 Ubiq QN3107M6N und 1 QM3054M6 je 1 Excelliance EMB06N03HR und 1 EMB09N03HR MOSFETs je 2 Hooyi HY1603D je 2 Alpha&Omega AON6516
Filterkondensatoren +12 V 5 Suscon-Elkos 2.200 µF (EX-Serie), 5 Feststoff-Elkos 470 µF 2 Teapo-Elkos 2.200 µF (SC-Serie), Feststoff-Elkos 6 470 µF und 2 330 µF Nichicon-Elkos 2 3.300 µF (HD-Serie) und 2 2.200 µF (HE-Serie), Feststoff-Elkos 4 470 µF und 3 270 µF Teapo-Elko (SH-Serie) 3.300 µF, Feststoff-Elkos 2 820 µF und 2 470 µF Nichicon-Elkos 6 2.200 µF (HE-Serie) und 2 1.000 µF (HV-Serie), Feststoff-Elkos 2 470 µF und 2 270 µF
Filterkondensatoren 5 V 2 Feststoff-Elkos 1.500 µF 3 Feststoff-Elkos 560 µF 2 Feststoff-Elkos 560 µF Teapo-Elkos (SC-Serie) 1 3.300 µF und 1 2.200 µF Nichicon-Elkos 1 2.200 µF (HE-Serie) und 1 1.000 µF (HV-Serie)
Filterkondensatoren 3,3 V 2 Feststoff-Elkos 1.500 µF 3 Feststoff-Elkos 560 µF 2 Feststoff-Elkos 560 µF Teapo-Elkos (SC-Serie) 1 3.300 µF und 1 2.200 µF Nichicon-Elkos 1 2.200 µF (HE-Serie) und 1 1.000 µF (HV-Serie)
Filterkondensatoren 5 VSB Elite-Elko 2.200 µF (EX-Serie) und Suscon-Elko 1.000 µF 2 Teapo-Elkos (SC-Serie) 2.200 µF 2 Nippon-Chemi-Con-Elkos 2.200 µF (KZE-Serie) Nichicon-Elkos 1 2.200 µF (HE-Serie) und 1 1.000 µF (HV-Serie) 1 Nippon-Chemi-Con-Elko 2.700 µF (KZE-Serie) und 1 Nichicon-Elko (HV-Serie) 1.000 µF
Supervisor-IC Microchip PIC16F1503 (Mikrocontroller) „IN1S3131DAG“ Weltrend WT7527V Grenergy GR8329N ?
Lüfter
Modellbezeichnung Hong Hua HA1425M12F-Z Kolink EFS-12E12H Hong Hua HA1225H12F-Z SilentiumPC DF1202512SEMN Globe Fan S1282412L
Technische Daten 140 mm, FD-Gleitlager, 1.800 UPM 120 mm, Rifle-Gleitlager, 1.700 UPM 120 mm, FD-Gleitlager, 2.200 UPM 120 mm, FD-Gleitlager, 2.200 UPM 128 mm, FD-Gleitlager, ? UPM

Am Netzeingang sind zahlreiche passive Komponenten als EMV-Filter bei allen fünf Probanden vorhanden. Die Sicherungen sind mit einer Feinsicherung und einem MOV als passiven Überspannungsschutz vollständig. Ebenso am Eingang des Supremo L2 Gold 550W befindet sich der Einschaltstrombegrenzer in Form eines NTC-Widerstands, der im Betrieb von einem Relais überbrückt wird. Bei den anderen Netzteilen liegt der Einschaltstrombegrenzer erst unmittelbar vor dem Zwischenkreiskondensator, wobei die Wirkung in beiden Fällen sehr ähnlich ist.

Darauf folgend richtet ein beziehungsweise richten beim RM650 und AMP 550W zwei Brückengleichrichter den Netzstrom gleich. Zur Verringerung der Betriebstemperatur sind diese an einem Kühlkörper montiert. Die aktive PFC – jeweils bestehend aus zwei MOSFETs, einer Silicium-Karbid-Schottky-Diode und einer Spule – sorgt für eine sinusförmige Stromaufnahme und speichert die aufgenommene Leistung im Zwischenkreiskondensator. Dieser wird im Fall von Kolink und SilentiumPC von Teapo und im Fall von Corsair von Elite zugeliefert. Phanteks setzt mit Hitachi und Super Flower mit Nippon-Chemicon auf japanische Marken, wobei von allen Fabrikaten eine ähnliche Lebensdauer erwartet werden kann und der entscheidende Faktor in der eingesetzten Betriebstemperatur gefunden werden kann.

Der LLC-Resonanzwandler wurde als Voll- beziehungsweise Halbbrücke umgesetzt. In der Vollbrückenbeschaltung kann eine bessere Transformator-Ausnutzung erzielt werden, dafür sind jedoch immer zwei MOSFETs im Leistungspfad aktiv. Bei der Kühlung dieser Leistungshalbleiter sieht Super Flower lediglich eine Montage an einem dünnen Aluminiumstreifen vor, was bei einer aktiven Kühlung aber bereits genügend Wärmeableitung an die Umgebung ermöglichen kann.

Geschicktes Schaltungslayout verringert Verluste

Die sekundäre Transformatorwicklung, die eine sehr hohe Stromtragfähigkeit aufweisen muss, wird beim RM650 nach oben auf eine vertikale Platine mit Synchrongleichrichtern herausgeführt. Diese Halbleiter können aber wie bei Kolink und Phanteks auch auf der Platinenrückseite angebracht werden, weshalb die Trafowicklung nach unten herausgeführt wurde. SilentiumPC und Super Flower setzen auf ein ungünstigeres Schaltungsdesign, da der Strom erst oben vom Transformator über Leiterbahnen auf der Platinenrückseite zurück nach oben auf die Synchrongleichrichter mit Durchsteckmontage geführt wird, wobei in deren Beinchen ebenso Verluste anfallen.

Den Thermistor zur temperaturabhängigen Steuerung des Lüfters haben alle Hersteller in der Nähe der Synchrongleichrichter platziert, da diese in der Regel auch die stärkste Erwärmung aufweisen.

Elkos mit festem und flüssigem Elektrolyt zur Filterung der Restwelligkeit

Die DC-DC-Wandler zur Erzeugung der Minor-Rails befinden sich jeweils auf zusätzlichen vertikalen Platinen. Die Filterung der Restwelligkeit übernehmen dabei Elkos mit festem Elektrolyt, nur beim Supremo L2 Gold 550W und Leadex III Gold 550W werden herkömmliche Fabrikate mit flüssigem Elektrolyt verwendet. Auf der 12-Volt-Schiene setzen die Probanden auf einen Mix aus Flüssig- und Feststoff-Elkos, um eine hohe Lebensdauer und Kapazität zu erzielen.

Indem die Platine für das Kabelmanagement direkt mit der Hauptplatine verlötet wird, kann ein kabelloses Schaltungsdesign ermöglicht werden, das in der Montage weniger fehleranfällig ist und geringere Verluste bewirken kann. Kolink setzt dagegen noch auf einen klassischen Ansatz mit einem Kabelverbund als interne Verbindung.

Lüftersteuerung und Überwachung wahlweise analog oder digital

Überwachung und Steuerung des Netzteils kann ein spezieller analoger IC übernehmen. Oder das Steuerungsprotokoll und die Schutzschaltungen werden in einen Mikrocontroller einprogrammiert. Corsair wählt für das RM650 die digitale Variante, mit der zudem eine Lüftersteuerung implementiert wurde. Anstatt einer damit verfügbaren PWM-Ansteuerung des Lüfters wird aber wie gewohnt auf eine spannungsabhängige Ansteuerung zurückgegriffen.

Indem für das RM650 ein zweilagiges PCB mit beidseitiger SMD-Bauteilebestückung entwickelt wurde, konnte ein besonders elegantes und einfaches Schaltungslayout entworfen werden. Kolink und Phanteks haben ebenso in ein zweilagiges PCB investiert, aber nur mit einfacher SMD-Bestückung. Das Schlusslicht bilden SilentiumPC und Super Flower mit einem einfachen einlagigen Pertinax-PCB. Die Lötqualität stimmt bei allen fünf Mustern. Die sauberste Arbeit kann fürs RM650, AMP 550W und Leadex III Gold 550W festgehalten werden.

Gleitlagerlüfter mit hohen Drehzahlen

Die Kantenlängen der Gleitlagerlüfter liegen zwischen 120 und 140 mm. Kolink setzt auf ein einfacheres Rifle-Gleitlager, während sich alle anderen Hersteller für ein FD-Lager entschieden haben, das eine höhere Lebenserwartung verspricht. Der als Kolink firmierte Lüfter stammt in der Realität von Dongweifeng Electronic Technology – ein in dieser Branche ebenso unbekanntes Gesicht. Mit maximalen Drehzahlen zwischen 1.700 und 2.200 Umdrehungen pro Minute stehen große Kapazitäten bereit, um auch bei hoher Umgebungstemperatur eine ausreichende Kühlung zu gewährleisten. Eine Luftleitfolie an der Unterseite des Lüfters sorgt für einen optimierten Luftstrom. Neben den Schrauben zur Montage verkleben aber nur Corsair und Super Flower diese an zusätzlichen Befestigungspunkten, um störende Resonanzgeräusche zu unterbinden.

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