Netzteil-Tests: Elektrische Messungen

Im Folgenden werden die einzelnen von ComputerBase durchgeführten Messungen abseits der Lautstärke erläutert. Dabei wird auch kurz auf die mindestens oder maximal einzuhaltenden Werte gemäß jeweiliger Spezifikation eingegangen.

Effizienz

Der Wirkungsgrad wird zunächst im nordamerikanischen 115-Volt-Stromnetz bei 10, 20, 50, 100 und 110 Prozent Belastung bestimmt. Diese Werte sind für Leser in Deutschland zwar wenig praxisrelevant, aber perfekt geeignet, um zu prüfen, ob ein Netzteil zu Recht das 80Plus-Zertifikat trägt. Die Last mit 110 % der spezifizierten Ausgangsleistung soll zeigen, ob das Netzteil eine kurzzeitige Überlast ohne Defekt überstehen kann.

Bei Netzteilen ohne Weitbereichseingang, die nur im 230-Volt-Netz einsetzbar sind, findet die Überprüfung einer möglichen 80Plus-EU-Zertifizierung mit einem entsprechend angepassten Spannungseingang statt. Zusätzlich zu den Lasten nach 80Plus müssen die Testkandidaten feste Lastszenarien im 230-Volt-Netz absolvieren, die auf den Lastverteilungen realer Systeme basieren.

Leistungsfaktorkorrektur (PFC)

Ein PC-Netzteil verhält sich im Stromnetz anders als gewöhnliche (ohmsche) Lasten wie zum Beispiel eine Glühlampe. Der nicht sinusförmig aufgenommene Strom bedeutet, dass neben der Wirkleistung auch Blindleistung aufgenommen wird. Wird zu viel Blindleistung aufgenommen, können Störungen anderer Verbraucher im Netz auftreten, weshalb für Netzteile, die mindestens 75 Watt aufnehmen, Grenzwerte für den Blindanteil in der EN 61000 definiert wurden. Der Leistungsfaktor fasst alle Anteile der Blindleistung zusammen, wobei mit diesem das Verhältnis von Wirk- zu Scheinleistung (Wirkleistung plus Blindleistung) ausgedrückt wird. Ein Messwert von "1" an dieser Stelle würde bedeuten, dass das Netzteil sich perfekt verhält und kein Blindstrom entsteht. Der Stromzähler deutscher Privathaushalte berücksichtigt lediglich die Wirkleistung, weshalb ein schlechterer Leistungsfaktor keine höheren Stromkosten zur Folge hat. Diese und alle folgenden Messungen werden mit 230 Volt als Eingangsspannung durchgeführt.

Spannungsregulation

ComputerBase verzichtet auf eine grafische Darstellung der Spannungsregulation der Schienen mit 5 VSB und -12 Volt. Diese werden im Verhältnis zu den anderen Schienen nur minimal belastet. Die Redaktion überprüft nur, ob die Messwerte innerhalb des jeweils erlaubten Bereichs gemäß ATX-Norm liegen. Bei den 3,3-, 5- und 12-Volt-Schienen werden hingegen präzise Werte abgebildet.

Spannungen außerhalb des zulässigen Korridors können zu instabilem Betrieb und bei sehr hohen Spannungen zu permanenten Beschädigungen anderer Bauteile führen. Sehr kleine Spannungen bedeuten eine zusätzliche Belastung der Spannungswandler auf Mainboard und Grafikkarte.

Restwelligkeit

Die Ripple-&-Noise-Messungen zeigen die Qualität der ausgegebenen Spannungen, indem nicht vollständig geglättete Wechselspannungsanteile in Spannungsspitzen sichtbar und erfasst werden. Dabei darf der Abstand zwischen dem unteren und oberen Punkt der Spannungsspitze (Peak to Peak) bei 12 V nicht höher als 120 mV sein. Auf den anderen Spannungsschienen müssen Werte unterhalb von 50 mV erreicht werden.

ComputerBase verzichtet auf eine grafische Darstellung der Schienen 5 VSB und -12 Volt. Diese werden im Verhältnis zu den anderen Schienen nur minimal belastet. Die Redaktion prüft nur, ob die Messwerte innerhalb des jeweils erlaubten Bereichs gemäß ATX-Norm liegen. Bei den 3,3-, 5- und 12-Volt-Schienen werden hingegen präzise Werte abgebildet.

Zu hohe Restwelligkeit kann andere Komponenten des Rechners auf längere Sicht schädigen und vorzeitig altern lassen. Je nach Ausmaß der Spezifikationsverletzung kann ein überhöhter Wechselspannungsanteil auch sofort zu instabilem Betrieb führen. Besonders niedrige Restwelligkeit entlastet die Stromversorgung der übrigen Komponenten und wird daher beispielsweise von Übertaktern geschätzt.

Dynamische Belastung und Transient Response

Zu empfindlich eingestellte Schutzschaltungen können bei der Versorgung aktueller Hochleistungsprozessoren fälschlicherweise auslösen. Ebenso kann eine zu schwache Ausgangsfilterung des Netzteils Grund für Interferenzen und somit Inkompatibilitäten sein. Als Nachbildung einer gepulsten Leistungsaufnahme wird neben einer statischen Last auf allen Spannungsschienen zusätzlich die 12-Volt-Schiene dynamisch belastet. Als statische Last wird dabei für Netzteile mit einer Ausgangsleistung bis 550 W die „feste Last“ von 210 W angelegt, für stärkere Netzteile die 290-W-Last.

Dynamische Belastung

Zum einen werden eine pulsierende, dauerhafte Last von 50 Kilohertz und eine pulsierende Last in einem Frequenzdurchlauf von 500 Hertz bis 50 Kilohertz getestet. Der untere Stromlevel des dynamischen Lastmoduls wird auf 0 Ampere und des oberen auf 20 Ampere eingestellt. In einem Oszilloskopbild wird die maximale Restwelligkeit auf den Spannungsschienen als Messwert beider dynamischer Tests ausgegeben, wobei die Aufnahme während der pulsierenden, dauerhaften Last von 50 Kilohertz gestoppt und so der zeitliche Verlauf des Spannungs-Ripples abgebildet wird.

Transient Response

Als „Transient Response“ wird die Sprungantwort der Ausgangsspannung auf eine sprungförmige Änderung der Last bezeichnet, die in diesem Test ebenso zwischen 0 und 20 Ampere variiert wird. Mit einem sprunghaften Anstieg der Last tritt dabei ein Unterschwingen der Ausgangsspannung, mit einem sprunghaften Abfall hingegen ein Überschwingen auf.

Stützzeit

Die Stützzeit (Hold-up-Time) gibt an, wie lange das Netzteil bei voller Belastung und einer Unterbrechung der Netzspannung weiterhin die Hardware mit Strom versorgt. Die Intel-Vorgabe sieht ein Minimum von 16 Millisekunden vor, womit theoretisch der Ausfall einer kompletten 60-Hertz-Netzschwingung überbrückt werden kann. Netzteile, die das Minimum erfüllen, können problemlos an einer offline unterbrechungsfreien Stromversorgung (USV) betrieben werden.

Stand-by-Verbrauch

Geringe Leistungsaufnahmen im Stand-by-Modus werden inzwischen durch gesetzliche Energiesparrichtlinien wie der 2013 ErP Lot 6 gefordert.

Netzteile dürfen im ausgeschalteten Zustand maximal eine Leistung von 0,5 Watt aufnehmen. Mit einem entnommenen Strom von 45 mA der 5-VSB-Schiene darf die Leistungsaufnahme im Stand-by ebenso maximal 0,5 Watt betragen.

Wird im Stand-by eine höhere Leistung abgerufen, etwa beim Laden eines Smartphones oder Tablets, soll mit den Tests bei einer Ausgangslast von 2,5 und 3,0 Ampere der Wirkungsgrad eines solchen Szenarios ermittelt werden.