Fractal Design Ion SFX-L im Test: Technik im Detail analysiert

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Nico Schleippmann 26 Kommentare

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

Die Elektronik des Fractal Design Ion SFX-L 500W Gold wird von dem chinesischen Auftragsfertiger Sirfa/Highpower hergestellt. Die Schaltungstopologie setzt sich aus einer aktiven PFC, einem LLC-Resonanzwandler in Halbbrücken-Beschaltung und einer synchronen Gleichrichtung des Ausgangsstroms zusammen.

Bildvergleich: Fractal Design Ion SFX-L 500W Gold Fractal Design Ion SFX-L 650W Gold

Der Bildvergleich zwischen dem getesteten Muster und der stärkeren Variante mit einer Ausgangsleistung von 650 Watt zeigt Unterschiede in der Elko- und Halbleiter-Bestückung auf. So ist es beim 650-Watt-Modell ein größerer Elko und es gibt größer dimensionierte Leistungshalbleiter, weshalb unter anderem vier anstelle von zwei synchrongleichrichtenden MOSFETs vorgefunden werden können, sodass sich deren Leitverluste im Idealfall halbieren.

Bildvergleich: Fractal Design Ion SFX-L 500W Gold Fractal Design Ion SFX-L 650W Gold

Die Eingangsfilterung ist mit allen wichtigen passiven Bauelementen ausgestattet, damit Störeinkopplungen in das Niederspannungsnetz die gesetzlich vorgeschriebenen Grenzwerte nicht überschreiten. Gegen Überspannungen aus dem Netz soll ein MOV schützen, gegen die Auswirkungen eines Kurzschlusses auf der Primärseite des Netzteils eine Schmelzsicherung. Eine Schirmung der Netzanschlüsse ist zudem zum Haupttransformator in Form einer Kupferfolie eingefügt worden, der ansonsten elektromagnetisch mit diesen koppeln würde.

Technische Daten Ion SFX-L 500W Gold
Primärseite
EMV-Filter 2 X-, 4 Y-Kondensatoren, 2 CM-Drosseln
Sicherungen Feinsicherung, MOV
Brückengleichrichter 1 ?
Aktive PFC 2 MOSFETs (Great Power GPT18N50), 1 Diode (ST STTH8S06)
Einschaltstrombegrenzer NTC + Relais
Zwischenkreiskondensator Nippon Chemi-Con (KMW-Serie) 400 V, 105 °C, 390 µF
Standby-IC Excelliance MOS EM8569
Konvertertopologie LLC-Halbbrücke
Schalter 2 Infineon IPA50R250CP
Sekundärseite
Wandlung Minor-Rails (5 V und 3,3 V) DC-DC
Gleichrichter +12 V 2 MOSFETs (NXP PSMN1R8-40YLC)
DC-DC-Schalter 5 V und 3,3 V ?
Filterkondensatoren +12 V Nippon-Chemi-Con-Elkos 2 3.300 und 1 2.200 µF, 7 Feststoff-Elkos 470 µF
Filterkondensatoren 5 V 2 Feststoff-Elkos 560 µF
Filterkondensatoren 3,3 V 2 Feststoff-Elkos 560 µF
Filterkondensatoren 5 VSB Nippon-Chemi-Con-Elkos 1 3.300 und 1 2.200 µF
Supervisor-IC Weltrend WT7527V
Lüfter
Modellbezeichnung Globe Fan S1201512HB
Technische Daten 120 mm, FD-Gleitlager, 2.200 UPM

Der Brückengleichrichter ist am selben Kühlkörper wie die MOSFETs der LLC-Halbbrücke montiert. Während der Gleichrichter mit höheren Temperaturen geringere Verluste verursacht, steigen die Leitverluste der MOSFETs mit der Temperatur, sodass sich beide Temperaturkoeffizienten im Optimalfall auslöschen.

Keine Bauraumoptimierung hat die aktive PFC mit der Parallelschaltung zweier MOSFETs erfahren, anstatt hier einen einzelnen, leistungsfähigeren Halbleiter-Chip einzusetzen. Ein NTC-Widerstand begrenzt den in den Haupt-Elko fließenden Einschaltstrom. Um Verluste im regulären Betrieb zu minimieren, schließt ein Relais diesen Widerstand kurz. Die zugeführte Energie wird in dem Nippon-Chemi-Con-Elko mit einer Kapazität von 390 µF zwischengespeichert, der eine Temperaturbewertung von 105 °C aufweist und dadurch nur langsam altern soll, sofern die Temperaturen auch in einem geringfügigen Umfang bleiben.

Über den LLC-Resonanzwandler wird schließlich Leistung auf die Sekundärseite gewandelt. Die Gleichrichter auf der Sekundärseite befinden sich auf der Platinenunterseite und werden über hindurchkontaktierte Kühlkörper auf niedrigen Temperaturen gehalten. Da die größte Verlustleistung auf diese Bauelemente entfallen, sind zwei NTC-Thermistoren in deren Nähe platziert worden, nach denen der Lüfter gesteuert und bei der Überschreitung einer Grenztemperatur abgeschaltet wird.

Die Standby-Schiene wird über einen integrierten Power-Controller realisiert. Sekundärseitig wird der Strom über eine Schottky-Diode (MBR1045ULPS) gleichgerichtet, die sich wie die Synchrongleichrichter auf der Unterseite befindet.

Hochwertiger Elko-Mix zur Filterung der Restwelligkeit

Die Filterung der Restwelligkeit wird mittels zahlreicher Elkos mit flüssigem und festem Elektrolyt umgesetzt, wobei für den Standby-Wandler nur flüssige Varianten zum Einsatz kommen, die aber mit 3.300 und 2.200 µF eine sehr große Kapazität besitzen. Da die Minor-Rails (3,3 und 5 Volt) über eine zweite Abwärtswandlungsstufe bereitgestellt werden, genügt hier eine kleinere Kapazität der Feststoff-Elkos, von denen man sich eine bessere Filterwirkung und höhere Lebensdauer gegenüber den herkömmlichen Derivaten mit flüssigem Elektrolyt verspricht.

Genauso wie die Platine mit den Wandlern für die Minor-Rails wird auch die Kabelmanagement-Platine direkt mit der Hauptplatine zusammengelötet, sodass keine Kabel unnötig über das PCB gezogen werden müssen, die den Luftstrom behindern würden. Auf der Kabelmanagement-Platine wird die Stromtragfähigkeit über Aluminiumschienen verbessert und Kondensatoren optimieren zusätzlich die Filterung der Restwelligkeit.

Für eine höhere Integrationsdichte gibt es zwei Kupferlagen auf der Hauptplatine. Anders als bei der Corsair-SF-Serie werden SMD-Bauelemente aber nur auf der Unterseite montiert – eine beidseitige SMD-Montage könnte die Integrationsdichte nochmals erhöhen. Die Lötqualität sowohl des Wellenlötens als auch des Reflow-Lötens ist einwandfrei.

Die Schutzschaltungen sind in einem analogen Controller der Firma Weltrend implementiert. Für die Kühlung sorgt ein 120-mm-Lüfter aus dem Hause Globe Fan, der mit einem FD-Lager ausgestattet ist, von dem man sich eine hohe Lebensdauer verspricht.

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