Вступление

Блок питания Aerocool Strike-X 800 производитель относит его к категории «80 PLUS Silver», что обещает весьма неплохие технические характеристики. Последующее тестирование сможет показать, насколько это соответствует действительности.

Упаковка и комплектация

Блок питания Aerocool Strike-X 800 поставляется в картонной коробке с весьма очевидным уклоном в красный оттенок.

 

 

Похоже, у производителя фраза «Gaming PSU» ассоциируется с красным цветом. Не могу про себя сказать то же, лично мне в подобных случаях всегда вспоминается светофор – в природе «красное» означает «опасность».

Взглянем на комплектацию:

 

 

В состав сходит:

• Блок питания Strike-X 800W
• Кабель питания 220 вольт
• Кабель PCI-E (6+2) 50+15 см – 2 шт
• Кабель SATA 48+13+13 см – 2 шт
• Кабель Molex (5/12 вольт) 48 + 13 + 13 см
• Кабель Molex (5/12 вольт) 48 + 13 см + FDD

На блоке питания три встроенных, несъемных кабелей:

• Расширенный ATX (20+4), 65 см
• Процессорный 12 вольт 4+4 контакта, длина 70 см
• Процессорный 12 вольт 8 контактов, длина 62 см

Довольно необычно, но никакой бумажной продукции в комплект не входит. Обычно на это не стоит обращать внимание,  «макулатура» сразу идет в утиль, только не в данном случае – для блоков питания одной из важных характеристик является распределение мощности выхода 12 вольт по каналам. Стандарт ATX требует распределения тока нагрузки таким образом, чтобы ток по каждому выходу 12 В не превышал 18 ампер. На бумаге звучит красиво – забота об электронике, в случае эксцессов через цепи не пойдет большой ток и не начнется пожар, но в действительности ограничение вызывает проблемы у пользователя – подчас затруднительно распределить питание видеокарт по ограниченному количеству выходов и не превысить порог восемнадцати ампер на каком либо из них. Поэтому, в последнее время производители блоков питания тихо «забывают» об этом пункте стандарта, да и требования стандарта стали не столь категоричными, что может только приветствоваться простыми пользователями, но требует специального теста при исследовании работы блока питания. Увы, бывали случаи не срабатывания токовой защиты при коротком замыкании, что вызывало неприятные последствия. Так что, инструкция к блоку питания очень бы пригодилась.

Спецификация

Инструкция в комплект поставки не входит, поэтому придется воспользоваться данными из интернета и изобразительной информацией с корпуса блока питания:

 

• Совместимость ATX 12V 2.3 и EPS 12V 2.92
• Вентилятор 140 мм с управляемой скоростью вращения
• Эффективность до 85%, сертификат 80+ Silver
• Активный PFC (PF>0.99)
• Наработка на отказ >120 000 часов
• Соответствует стандартам энергосбережения Green power
• Защита: OCP, OVP, OWP, OTP и SCP
• Безопасность EMI: CE, CB, TUV, FCC, UL

Этот БП с «модульным» подключением выходных кабелей. С одной стороны, это повышает удобство пользователя, нет нужды устраивать «кучу малу» с неиспользуемыми соединителями, но может привести к негативным последствиям из-за недостаточного качества разъемов или их повышенного износа. С обратной стороны блока питания выглядит следующим образом.

 

Всего можно подключить два шлейфа PCI-E и четыре кабеля питания периферии. С последними проблем не возникнет – в обычном компьютере не так уж много дисковых накопителей, а вот видеокартам явно не повезло. Два шлейфа означает или одну видеокарту с двумя кабелями питания или две видеокарты, но тогда уже придется идти на компромисс – на оба входа питания видеокарты использовать один и тот же кабель (на его конце два разъема «6+2»). Прямо скажем, не самое красивое решение. Если можно было  «так просто» объединять питания, то зачем же на платах стали бы размещать два разъема? Глупость же полнейшая! Похоже, AMD и nVidia не разбираются в технике.  Впрочем, вернемся к блоку питания.

Блок питания изнутри

В верхней крыше блока питания расположен 140-миллиметровый вентилятор Young Lin DFS132512. Если крышку снять, откроется следующая картина:

 

Позволил себе вольность выделить основные элементы блока питания:

1. Два выпрямительных моста
2. Два MOSFET блока APFC
3. Дроссель APFC
4. Два выпрямительных диода APFC
5. Два конденсатора APFC – 330 мкф, 420 вольт. Производитель TEAPO
6. Два MOSFET SiHS20N50C основного преобразователя
7. Силовой трансформатор
8. Синхронный выпрямитель на пяти MOSFET IRFB3306 (60 В 3.3 мОм)
9. Дроссель канала 12 вольт
10.  Четыре конденсатора TEAPO марки SC 3300 мкф 16 В (26мОм, 2.2A) по выходу 12 вольт
11.  Выходной конденсатор канала 3.3 вольта – 3300 мкф 10 вольт. Марка такая же, как и в предыдущей позиции
12.  Выходной конденсатор канала 5 вольт. Полностью аналогичен предыдущей позиции
13.  DC/DC преобразователь канала 3.3 вольта
14.  DC/DC преобразователь канала 5 вольт

На рисунке не обозначено, но крайне полезно - в качестве дежурного источника 5Vsb используется микросхема STR-A6069H, контроллер блока питания выполнен на микросхеме CM6800.

Блок питания «модульный», а значит несет в себе выходные разъемы. Давайте взглянем на эту небольшую платку.

 

На плате установлены конденсаторы с низким внутренним сопротивлением. Это хорошо? Если для рекламы, то «да». Дело в том, что длина выводов конденсатора тоже играет важную роль. Достаточно смонтировать их не вплотную к плате, а через подставку, и сразу последует увеличение сопротивления. Конкретные цифры зависят от марки конденсатора, диаметра и длины незадействованного вывода. Для обычного, но хорошего, электролитического конденсатора (например, использованные в данном БП конденсаторы TEAPO  3300 мкф 16 В марки SC) сопротивление возрастает в два раза при установке конденсатора на плату с зазором в 5 мм. Здесь же диаметр вывода меньше, а длина пропуска гораздо больше 5 мм. Что означает крайне низкую эффективность их установки. Что мешало поставить конденсаторы нормальным образом? … загадка.

Теперь обратим внимание на обратную сторону платы, там тоже есть интересный момент.

 

Цепи, обозначенные как 1-2-3 – три выхода канала 12 вольт. В блоке питания не используется (точнее заблокировано) разделение шины 12 вольт на группы, поэтому все они одна и та же цепь. Но, увы, печатная плата универсальная, поэтому цепи разведены раздельно. Во что это вылилось? Ширина трассировки крайне узкая, особенно пострадала цепь с номером «3» - где-то четверть ее длины проходит при ширине, чуть больше 3 мм. Формально, правила разводки гласят, что на 1 ампер тока требуется 2 мм ширины дорожки. При явном недостатке места на плате, цифру можно снизить до 1 мм, но никак не меньше. Если положить 75% мощности блока питания на видеокарту, то в данной трассе будет протекать ток 23 ампера, или примерно 7.5 ампера на 1 мм. Прошу учесть, это обычная плата, медь 1 OZ, на ней никто ничего не наращивал. Ну что же, придется исследовать это вопрос практически.

 В блоке питания используется типичное построение для устройств такого класса – APFC с однотактным прямоходовым преобразователем (косой мост). Этот  БП несет на себе гордый лейбл «80+», чем это достигается?

• Удвоение количества входных диодных мостов, вполне хватило бы и одного.
• Удвоения количества MOSFET блока APFC. При работе от сети 220 вольт второй транзистор явно излишен.
• Два выпрямительных диода блока APFC. Маркировка не снималась, но вряд ли там что-то хуже 16 А. Зачем два?
• Выпрямительные диоды канала 12 вольт заменены синхронным выпрямителем на пяти транзисторах. Два из них используются для выпрямления и три для замыкания тока дросселя на землю. Видимо, подобное неравенство вызвано низкой скважностью, прямоходовые преобразователи такого типа могут работать только при скважности меньше 0.5, что означает большее время протекание тока через замыкающий ключ.
• Дополнительные каналы 5 и 3.3 вольта формируются не от силового трансформатора, а от независимых DC/DC преобразователей из основного выхода преобразователя 12 вольт.

Прямо скажем, блок питания сконструирован качественно и с большим запасом прочности. Еще один любопытный прием был обнаружен на плате контроллера блока питания.

 

На плате установлена микросхема в корпусе SO-8 и  странной маркировкой «CM03x FS2166.14». Поиск в интернете ничего не дал, пришлось выполнить анализ трассировки и логики работы. Похоже, эта микросхема содержит три ключа, которые разрывают цепи Iac, Vrms и Vfb при отключении  APFC. Этим достигается снижение разрядного тока накопительных конденсаторов 330 мкФ 420 В, что облегчает последующий запуск блока  питания при небольшом простое. Это не такой уж и редкий случай, вспомните «двойной старт» на материнских платах Intel. Внимательность к мелочам достойно уважения.

 

Преобразователь  дополнительных каналов 5 и 3.3 В

В блоке питания установлены два одинаковых модуля DC/DC (из постоянного напряжения в постоянное) преобразователя.

 

Блок управляется микросхемой APW7073, ключевые транзисторы ST STD85N3L H5 (30 В 4.2 мОм). Выходное напряжение модуля дополнительно сглаживается дросселем, обратите внимание на правый нижний угол рисунка, и конденсатором 3300 мкф 10 В. Обратная связь берется с выходного разъема, подключаемого к материнской плате.  Довольно необычно, что это касается не только канала 3.3 вольта, но и 5В.

Методика проведения тестирования

Общие вопросы

Рекомендации ATX по тестированию блоков питания описывают общую методику, но ее результаты трудны в понимании. Вы видели графики КНХ (комплексная нагрузочная характеристика)? И Вы ее сразу всё поняли? Кстати, форма представления в существующем виде КНХ не входит в стандарт ATX, а потому, извините, является «отсебятиной». Не спорю, подобное графическое представление информации имеет смысл, только постоянно забывают прикладывать к ним словарик для перевода на нормальный язык.

Я же предлагаю использовать принцип типичных конфигураций. Это позволит детерминировать огромное поле КНХ в конкретную конфигурацию компьютера пользователя, которых выходит не так уж и много. Сколько бы ни бились инженеры Intel, AMD и nVidia  с тепловыделением их устройств, но мощность потребления мало меняется со временем. Стоит перейти на более тонкий или эффективный техпроцесс, так сразу в процессоре увеличивается количество ядер. С видеокартами ситуация схожая. В-общем это понятно,  мощность потребления устройств зависит и от других сдерживающих факторов – компоновка системного блока, ограничения печатной платы по передачи тока, система охлаждения. Другим фактором является вполне очевидно желание пользователей снизить шум системного блока, что снижает общее потребление системы. Но, с другой стороны, в игровом компьютере всегда будет ощущаться острая нехватка производительности как видеокарты (или их группы) так и центрального процессора. Второе пересиливает первое, поэтому мощность потребления устройств не может снизиться «по мановению палочки».

В программе тестирования мощность процессора попеременно устанавливается как низкая, средняя и высокая для каждой типичной видеокарты (или их групп). А именно, задействуются следующие мощности потребления (ватт):

Нагрузка	Шаг 1	Шаг 2	Шаг 3	Шаг 4	Шаг 5	Шаг 6
CPU1	25	32	40	50	60	75
CPU2	42	53	80	100	120	140
CPU2	75	95	120	145	180	225
VGA	40	160	220	320	440	650

Под CPU1, CPU2 и CPU3 понимаются три теста в пределах одного шага. При этом выставляется мощность потребления, эквивалентная выбранной видеокарте, а затем последовательно устанавливается потребление CPU1, CPU 2, CPU 3 для нагрузки  по соответствующему выходу блока питания. Цифры по видеокартам выбраны из следующих соображений:

•  40 Вт – видеокарта в 2D режиме или просто «что-то не слишком производительное»
• 160 Вт – довольно быстрая видеокарта, но не принадлежащая с верхнему сегменту
• 220 Вт – самая производительная (однопроцессорная) видеокарта на данный момент времени, или очень хорошо разогнанная видеокарта предыдущей спецификации
• 320 Вт – или двойная видеокарта или комплект из двух ускорителей по позиции 160 Вт, или просто хорошо разогнанная модель 220 Вт
• 440 Вт – две видеокарты высшей производительности (или двойная с разгоном)
• 650 Вт – две двойных (без разгона) или три по 220 Вт

Если есть сложности, переведу числа в названия:

• 40 Вт – работа в Windows или видеокарта из разряда «затычек»
• 160 Вт – middle-end. Для nNidia это что-то типа GTX560, AMD – HD68хх.
• 220 Вт – TOП. (nNidia: GTX570-580, AMD: HD6950-6970)
• 320 Вт – Двойная видеокарта [SLIx2](nNidia: GTX590, AMD: HD6990) или (middle-end)x2 или TOП 'OC+’ (с разгоном)
• 440 Вт – TOП x2 или  SLIx2 OC+
• 650 Вт – SLIx2 х2 или TOП x3

После того, как Вы выбрали тип и количество видеокарт в своем системном блоке, остается определиться с мощностью процессора (по его энергопотреблению). Тест использует три типа процессора, по потреблению:

• Низкое – двуядерный процессор
• Среднее – у процессора четыре ядра или два с хорошим разгоном
• Высокое – в процессоре больше четырех ядер или он хорошо разогнан

Чтобы не плодить множество аналогичных графиков, повышение мощности процессора выполняется одновременно с ростом потребления видеокарт. В оптимально собранном компьютере примерно так и происходит – если устанавливается более мощная видеокарта или их группа, то одновременно с этим приходится повышать производительность центрального процессора – иначе именно он начнет сдерживать общую эффективность работы системы. Тест написан для типичного случая, а большая часть компьютеров используется для игр. Впрочем, нет необходимости точно устанавливать мощность именного Вашего процессора и видеокарты, ведь, в конечном счете, всё идет из одного источника, канала 12 вольт блока питания. Разбивка по источнику нагрузки (процессор и видеокарта) важно лишь для проверки работы кабельного хозяйства и оценки проникновения помех от одной группы потребителей в другую.

В таблице не указана мощность нагрузки по каналу 5 вольт – она монотонно повышается от 20 до 44 Вт. Современные устройства потребляют весьма незначительную мощность по каналу 5 вольт, а потому нет необходимости заострять внимание на этой нагрузке. По каналу 3.3 вольта нагрузки не создается вовсе. Это недостаток, но не существенный – напряжение 3.3 В формируется из элементов цепи 5 вольт, поэтому косвенно его нагружает. Обратите внимание, на группу 5 и 3.3 часто накладывают общее ограничение по мощности – причина та же. Если же блок питания использует отдельные независимые модули DC/DC преобразователей для формирования напряжений 5 и 3.3 вольта, то недостаток стенда может проявиться сильнее. Но, это ограничение сделано не от хорошей жизни и в дальнейшем будет исправлено.

Шаг номер 7 в таблице пока не определен, но из общей логики понятно, что там будет 880 Вт.

Стенд

Устройство тестового стенда максимально приближено к реальным – используется корпус обычного системного блока, на который установлена материнская плата (без компонентов). Блок питания монтируется на свое обычное место и его кабели подключаются к этой материнской плате на свои «законные» места. Для «видеокарт» в места разъемов PCI Express установлены колодки для подключения кабелей питания 6+2. Все эти меры предприняты для адекватного распределения цепи «земля». Как показали замеры, основная часть тока по земляному проводу протекает по корпусу системного блока и трассировке материнской платы, а вовсе не по черным проводам от блока питания. Игнорирование этого факта приводит к недостоверным результатам измерений работы блока питания в составе системного блока. Если же БП используется для зажигания лампочек или как зарядное устройство автомобильного аккумулятора и вообще не подключен компьютеру, то мой тестовый стенд перестанет соответствовать условиям Вашего применения, а потому полученные данные окажутся не совсем корректны.

Чем больше мощность блока питания, тем острее проблема корректности тестового стенда – токи становятся всё больше и больше, а требования к четкости удержания напряжения только возрастают.

Тесты

Исследование качества работы блока питания ведется в несколько этапов:

• DC Load – постепенное повышение мощности нагрузки и измерение уровня пульсаций
• Impulse Load – аналогично предыдущему, но ток потребления устанавливается переменным во времени. Интерес представляет не только общий уровень пульсаций в канале, но и проникновение помех из одного канала в другой. Для большей наглядности частота изменения тока нагрузки в каналах различна – за базовую берется частота процессорной нагрузки, а в других нагрузках она удваивается от канала к каналу (VGA:GPU = х2; VGA:RAM = х4; 5V = х8)
• 220V sinus – максимальная* мощность, блок питания работает от сети 220 вольт с обычной формой напряжения (синусоидальной)
• 220V meander – аналогично предыдущему, но напряжение прямоугольной формы (довольно часто бывает при работе от UPS)
• 187-242V (random) – форма напряжения синусоидальная, но напряжение меняется в рамках нормального напряжения сети 220 В + 10% / - 15% (187-242 В)
• Length of a failure  –  измерение времени отсутствия напряжения сети, не вызывающее отключение блока питания
• HDD Emulation – просто импульсная нагрузка по выходу 12 В на разъеме Molex. Полезная информация примерно такая-же, как и в тесте ‘Impulse Load', отличие в механизме и месте генерации помех. Данный режим эмулирует ток потребления жесткого диска в динамических условиях (разгон мотора привода дисков, позиционирование)
• Измерение эффективности работы выходов 5 В, 12 В, источника дежурного напряжения и канала 3.3 вольта.

Примечание: (*) – нагрузка может быть снижена, если блок питания не проходит тест на полной мощности.

Генератор помех в сети 220 вольт не имеет программного управления, потому измерение влияния синфазных и дифференциальных помех проводится на том же стенде, но не попадает в общий отчет тестирования.

Тестирование

Все познается в сравнении, поэтому в «напарники» к нему возьму первое, что попадется под руку. И это оказался блок питания Ascot Silent Pro A-360 (v2.01). Конкурировать с Aerocool Strike-X 800 он в принципе не способен, но надо же с чем-то сравнивать.

Посмотрите файл отчета для блоков питания Ascot360 и Strike-X 800W.

Ascot Silent Pro A-360 (v2.01)

 

Блок питания выполнен по классической схеме – «полумостостовой» преобразователь без xPFC. По данным отчета это хорошо видно, эффективность 79 процентов. БП вроде-бы прошел полный тест, но посмотрите результаты – выходное сопротивление канала 12 вольт порядка 60 мОм. Иначе говоря, стабильность по этому выходу просто жуткая – напряжение падает до 11.4 вольта. Собирать высокопроизводительный игровой компьютер явно не выйдет. Но не о нём статья, перейдем к виновнику торжества.

Aerocool Strike-X 800 

 

Блок питания неплохо справляется с нагрузкой, вплоть до полной мощности 800 Вт. Эффективность совпадает с заявленной производителем, наибольшая 89% при половинной мощности и 87% при максимальной. Немного странно выглядит выходное сопротивление по каналам 12 В. По выходу CPU сопротивление 1.9 мОм, а видеокарты порядка 10 мОм. Первое слишком мало, второе несколько завышено – с этим хорошо бы разобраться. Скорее всего, виной тому «модульность», кабели питания видеокарты подключаются к БП через разъемы, да и сами кабели довольно тонкие.

Переходим ко второй группе тестов.

Ascot Silent Pro A-360 (v2.01)

Режим	Пиковый ток	КПД	Помехи: CPU	Помехи: GPU	Помехи: VGA-RAM	Помехи:  5В
1: 220Vac sinus	7.4 A	77.9%	0.021 В	0.012 В	0.016 В	0.009 В
2: 220Vac meander	11.0 A	77.5%	0.031 В	0.019 В	0.014 В	0.013 В
3: 187-242V	16.7 A	-	0.036 В	0.023 В	0.026 В	0.016 В
4: 220V failure	17.8 A	-	0.036 В	0.027 В	0.023 В	0.178 В
HDD emulation	7.6 A	-	0.124 В	0.147 В	0.110 В	0.043 В

Максимальное время отсутствия сети 0.055 сек.

  Aerocool Strike-X 800 

Режим	Пиковый ток	КПД	Помехи: CPU	Помехи: GPU	Помехи: VGA-RAM	Помехи:  5В
1: 220Vac sinus	5.8 А	87.9%	0.023 В	0.01 В	0.01 В	0.009 В
2: 220Vac meander	10.7 А	87.5%	0.06 В	0.01 В	0.01 В	0.01 В
3: 187-242V	10.9 А	-	0.028 В	0.014 В	0.013 В	0.011 В
4: 220V failure	18.8 А	-	0.031 В	0.016 В	0.061 В	0.011 В
HDD emulation	2 А	-	0.096 В	0.087 В	0.085 В	0.013 В

Максимальное время отсутствия сети 0.018 сек.

Комментарий – блок питания проходил тесты 1-4 при нагрузке 90% от номинала.

Если сравнивать характеристики этих двух блоков питания, то отчетливо видно преимущество Strike-X. Большая эффективность, меньше уровень пульсаций, даже пиковый ток от сети 220 вольт меньше, и это при удвоенной мощности. Что ни говори, но APFC вещь полезная. «Пробки» такой ток может и не выбьет, но проблемы с надежностью работы может обеспечить. Да и нагрев электропроводки в квартире не миф. На одном компьютере вряд ли эта проблема будет серьезной, но компьютеров  может быть больше одного и качество энергоснабжения снизится.

Кстати о APFC. Давайте обратим внимание на последний параметр – время отсутствия сети. У довольно посредственного блока питания «Ascot Silent Pro A-360» он составляет 50 мс, а более качественный «Aerocool Strike-X 800» может выдержать только 18 мс. Тревожный симптом, стоит остановиться на этом вопросе подробнее, но чуть позже.

PF или COS()

Раздел не особо интересный, но раз производитель заявляет цифру 0.99, то почему бы не проверить? Эмулятор сети вполне может это сделать самостоятельно, нажать пару кнопок не трудно. Итак, начнем.

 

Гм, это 0.99? Прибор показал наилучший результат 0.989. Вот только не надо округлять 0.989 до 0.99, а то следующее округление будет 0.99 в 1.0. Когда разбирался с блоком APFC, то перепробовал много всякого, в том числе и сглаживание бросков тока APFC. Для этого был усилен фильтр по Iac. А результате получилось:

 

Вот это уже действительно 0.99, разницу наблюдаете? Впрочем, можно привести в виде таблицы:

Мощность, Вт	Cos(), без доработки	Cos(), с конденсатором
100	0.934	0.933
200	0.963	0.973
300	0.969	0.988
370	0.974	0.991
460	0.980	0.994
554	0.984	0.996
660	0.988	0.997
800	0.989	0.997

Был бы еще важный параметр, так ведь «понты» одни.

Уровень помех

С нагрузочной характеристикой блока питания «Aerocool Strike-X 800» более-менее ясно, теперь давайте посмотрим уровень помех. На рисунках будет показаны напряжения на выходе 12 В и 5 В. Первый график желтого цвета, второй голубого. Левая и правая картинка будет отличаться частотным разрешением.

Без нагрузки

 

Статическая нагрузка, мощность 600 Вт

 

На всех осциллограммах отчетливо видны помехи основного преобразователя блока питания (период 10 мкс), а в нагруженном состоянии к ним добавляется последствия деятельности APFC (мелкая сетка).

Но это помехи собственно блока питания, а еще бывают помехи в самой сети 220 вольт. В идеале, БП должен полностью изолировать выходные напряжения от всего нехорошего, что происходит в питающей сети, но как обстоят дела в действительности?

По этому вопросу стандарт ATX нам не поможет, ведь стандартизация качества и испытаний питающей сети прерогатива страны эксплуатации оборудования. Существующие ГОСТ’ы крайне неудобны к восприятию, к тому же ориентированы на эксплуатационные организации, поэтому интересующей нас информации крайне мало. Если кратко, то единственно четкое указание звучит примерно так – при испытании следует пользоваться импульсами напряжения 120-240 вольт. Ну хорошо, тогда воспользуемся статистическими наблюдениями за уровнем и типом помех в сети 220 вольт. Для системы энергоснабжения, хорошего качества, свойственны следующие дефекты:

• Импульсная помеха 1-2 мс, амплитуда 100-200 вольт. Период повторения – один раз в 2-5 часов. Величина энергии не оговаривается. Источник помехи – подключение или отключение мощного потребителя с большой реактивной составляющей.
• Отключение сети на 0.5-1 период (10-20 мс), происходящее при переключении источника сети на подстанции. Период повторения случаен, от нескольких секунд до нескольких суток.

Перечень проблем гораздо шире озвученного списка, но они или не столь существенны, как, например, искажение формы, или не поддаются решению в рамках блока питания. Допускаются (относительно) длительные отключения электричества, на 1-20 секунд. И есть ли смысл проверять этот дефект в рамках исследования качества работы блока питания?  Вообще-то есть, но это уже «в другой раз».

Для проверки устойчивости блока питания был собран небольшой стенд, который эмулирует два вида помех – дифференциальные (10/350 и 12/1500, 50-240 вольт) и синфазные (8/18, 200 вольт).  Энергия дифференциальной помехи 2 Дж, что при переводе в мощность за время 1.5 мс составляет 1.3 кВт. Мне кажется, это довольно типичный случай, особенно для коммутации электрического чайника. Теперь опробуем наш блок питания на таком стенде.

Дифференциальные  помехи

Подобный вид помех возникает между двумя питающими проводами сети 220 вольт. В домашних условиях их источником является коммутация очень мощной нагрузки, например электрочайник или компрессор холодильника.

Слева картинка для не нагруженного блока питания, справа – 600 Вт.

 

Влияние мощности нагрузки блока питания на отработку помехи не сказывается, что говорит о его хорошей устойчивости. Сама величина помехи не слишком большая и по амплитуде и по времени, что не должно вызвать проблем в работе компьютера.

Синфазные помехи

Этот тип помех несколько отличается от дифференциальных механизмом распространения. Синфазные помехи возникают между землей (не виртуальной цепью «GND», а реальной землей) и обоими проводами питания сети 220 вольт. Их фильтрация крайне сложна, а без качественного заземления просто «нереальна». Но и тут есть нюансы, о них чуть позже, вначале результаты тестирования.

Традиционно, не нагруженный БП слева, нагруженный (600 Вт) справа.

 

 

Разницу отождествляете? Я – нет. Давайте посмотрим помеху на выходных проводах при выключенном блоке питания.

 

Примерно одно и то же. Да так и должно быть, этот вид помехи мало зависит от того, включено или выключено устройство, а на ее величину и длительность  оказывает влияние только качество использованных компонентов и удачность схемного решения. В данном блоке питания с этим нормально, но хотелось бы помеху поменьше.

Для качественного сравнения можно посмотреть напряжение в этих же точках при прохождении теста «HDD emulation», на мощности нагрузки 600 Вт (масштаб напряжений изменен).

 

Программа тестирования представила такие же данные. Вообще-то, 'колебательность' процесса коммутации нагрузки вещь крайне неприятная и может вызвать снижение качества работы, но сама величина помехи не вызывает беспокойства. Скорее всего, данная особенность произошла из-за недостаточной емкости фильтрующих конденсаторов канала 12 вольт. Увы, проверить предположение довольно затруднительно, смонтировать достаточное количество конденсаторов на те же посадочные места представляется задачей не решаемой, потому проверяться не будет.

Ток короткого замыкания

Блок питания «Aerocool Strike-X 800» несколько «обходит» рекомендации стандарта ATX и не разделяет канал 12 вольт на группы с ограничением тока в 18 ампер. Это хорошо для пользователя, но требует специальной проверки на ток короткого замыкания. Бывали случаи, когда БП не мог корректно выключиться при замыкании, если подключение осуществлялось через удлинитель/переходник типа Molex. Ну, а раз так было, то так и будем проверять. В качестве замыкания используется обычный полуметровый шлейф Molex с тремя разъемами. Его дальний конец замкнут накоротко, и рабочим сопротивлением будет участок желтого (туда) и черного (обратно) провода. Само замыкание выполнялось темблером. Технические характеристики используемой оснастки:

• Провод AWG 20, длина 44 см (х2)
• Сопротивление провода 27 мОм
• Индуктивность провода 0.4 мкГн
• Сопротивление тумблера во включенном состоянии 2.2 мОм

Тестовый кабель подключался к самому дальнему разъему Molex шлейфа БП.

Слева 12 вольт, справа тест для выхода 5 вольт:

 

При коротком замыкании по цепи 12 вольт, БП выдает ток порядка 100 А и через 12 мс выключается. Цифра в 100 ампер получается исходя из максимальной мощности блока питания (800 Вт) и небольшого запаса на перегрузку, так что – результат предсказуемый.

Замыкание цепи 5 вольт происходит несколько иначе, модуль преобразователя ограничивает ток на уровне 60 ампер, после чего примерно через 12 мс отключается основной канал (выключается весь БП) и еще через 16 мс разряжаются накопительные конденсаторы  12 В и модуль отключается.  К токовой защите претензий нет, всё работает нормально.

Доработки и изыскания

Начнем с простого, выходное сопротивление канала 12 вольт.

Тестирование показало, что выходное сопротивление каналов со съемными кабелями питания PCI-Express порядка 10 мОм. Вообще-то,  слишком много. Тем более что один кабель используется на две нагрузки (если устанавливается пара видеокарт). Что же послужило увеличению внутреннего сопротивления - «модульность» соединения, т.е. наличие разъема, или банально «тонкие провода»? Для выяснения причины померим величину падения напряжения на всём пути от общей шины 12 вольт блока питания до разъема видеокарты.

По исследуемой цепи пропускается ток 10 ампер, за точку «0» принимается напряжение основного канала 12 вольт на плате блока питания. У блока питания два выхода питания PCI-Express и назначение их одинаковое, поэтому измерение будет осуществляться для обеих цепей. Используются следующие контрольные точки:

• А – место припайки проводов питания в плату выходных разъёмов
• В – средний контакт выходного разъема, со стороны печатной платы
• С – контакт разъема на подключенном кабеле
• D – контакт разъема на противоположном конце кабеля
• E – шина нагрузки

В результате, точка А будет характеризовать потери в проводе от блока питания до платы с выходными разъемами; разность B-A потери по печатной плате (напоминаю, ширина трассировки ЯВНО недостаточна); разность C-B качество (внутреннее сопротивление) разъема; D-C потери на кабеле; E-D качество соединения с эмулятором видеокарты.

Контрольная точка	Выход 1, мВ	Выход 2, мВ
A	8.2	11.8
B	27.4	52.7
C	34.2	67.2
D	69	110
E	74	112

 Выход 1 – на рисунке трассировки платы выходных разъемов эта цепь помечена номером «1». Выход 2 – цепь с номером «3».

Ну что, довольно отчетливо видно, что второй выход имеет большее внутреннее сопротивление и виной тому потери в печатной плате, как и предполагалось ранее. Причем, на этом мизерном участке цепи потери примерно такие же (40.9 мВ), как и на соединительном кабеле (42.8 мВ). Для обхода этой глупости было попробовано зашунтировать цепи толстым проводом, попутно объединив цепи 1-2-3 на плате. Дело в том, что разделять цепи имело смысл только в БП с раздельной защитой от перегрузки по каналам 12 вольт. Здесь же выход общий, поэтому разделение смысла не имеет, снижается ширина трасс, и вред виден сразу – смотрите цифры измерений.

Впрочем, перед осуществлением этой доработки был выполнен еще один тест – в данном блоке питания два неотключаемых кабеля 12 В для преобразователя процессора. Материнские платы с таким набором разъемов далеко не самые распространенные, так зачем же производитель выпустил БП с такой 'обязательной' конфигурацией? Напоминаю, этот блок питания позиционируется как игровой, и при этом не имеет ни одного встроенного кабеля питания видеокарты. Ну что за дикость.

Вполне логично переделать один из кабелей процессора для питания видеокарты, он то всегда будет востребован. Сразу обращу внимание – без переделки этот кабель НЕЛЬЗЯ использовать для видеокарты! Вставить то его может и удастся, вот только полярность у него прямо противоположная и гарантированно последует короткое замыкание. Кроме того, в разъеме 6+2 эти «+2» имеют соединение с землей. Это означает, что придется разбирать разъем и заново его перебирать. Занятие не слишком веселое, но проверить стоит.

Результаты тестирования в этом файле. «Новоявленный» кабель был использован для нагрузки «VGA:GPU», а оба съемных кабеля PCI-Express пошли на нагрузку «VGA:RAM».

Выходное сопротивление по новому кабелю составило 13 мОм, а по сдвоенным съемным кабелям 6.6 мОм. Результат довольно странен и, скорее всего, вызван увеличением внутреннего сопротивления разъема из-за его ‘переборки’. Мда, переделка кабеля с процессора на видеокарту оказалась не самой удачной мыслью.

Доработка печатной платы. Чуть раньше предлагалось зашунтировать цепи 12 В на кросс плате, что должно снизить потери.

 

Это было осуществлено и получены следующие результаты. Ранее выходное сопротивление было порядка 10 мОм, после доработки оно уменьшилось до 8 мОм. Это означает снижение падения напряжения под нагрузкой с 0.22 вольта до 0.18 вольта. Стоит ли результат затраченных усилий? … для ручной работы – нет, но при производстве этого БП - несомненно. Потери в 16 ватт на такой маленькой плате уже многовато.

Синфазные помехи

Получить синфазные помехи всегда неприятно – они тихо расползаются по всем цепям и сигналам, доставляя массу неприятных последствий. Фон от микрофона или в колонках, которые прекращаются при прикосновении к корпусу системного блока, странное снижение качества работы модема, проблемы с периферией … не самый удачный расклад. Для борьбы с помехами такого вида есть только один действенный способ – качественное заземление. И я имею в виду не просто надежное соединение с цепью «земля» на электрическом щитке, а обобщенное понятие. Соединение может быть надежным, но Ваш сосед может проводить “сварочные работы” и из-за качественного заземления Вы получите весь букет прелестей через общее заземление. У заземления только одна цель – выключить электричество при соединении с ним фазы. Допустимым сопротивлением цепи заземления является несколько Ом. Это означает, что пробой на землю какого-то потребителя сразу почувствуют все, кто заземлен. Не хочется и дальше рассказывать страшилки, я лишь хочу обратить внимание, что заземление не идеальный механизм избавления от помех. Есть и другой момент, на который я хочу обратить внимание – в конференции проводился опрос и 83 процента респондентов сообщили, что  не используют заземление. Я понимаю, почему эксплуатируются устройства без заземления – в старых домах его проведение не являлось обязательным. И лично я вхожу в эти 83 процента, в моей квартире заземление есть только на критичных устройствах – электрическая плита, стиральная машина, холодильник. Остальная аппаратура вполне нормально функционирует без оного. Я понимаю, что это плохо, но так есть и есть у 83 процентов, участвовавших в опросе.

Давайте попробуем убрать «Y» конденсаторы и посмотреть на генераторе помех, во что это выльется. Слева вариант без конденсаторов, справа – при наличии Y конденсаторов на разъеме питания 220 вольт.

 

Устранение Y конденсаторов снизило уровень помехи в 2 раза. А что же с выходными напряжениями? Может цена снижения помех обошлась слишком дорого и выходные напряжения стали более зашумлены? Для мощности 600 Вт наблюдается следующая картина:

 

Практически то же, что и до доработки. Да и не должно было повлиять, это совсем разные блоки, сетевой входной фильтр и силовой трансформатор.

Кстати, Вы знаете, зачем ставят фильтры в блоках питания? Чтобы снизить помехи на выходе БП? Вовсе нет, чтобы сам блок питания не создавал помех в сети 220 вольт. Поэтому небольшая поправка в работе фильтра никого не затронет. С другой стороны, блок питания проектируется так, чтобы он не производит высокий уровень помех, иначе он сам создаст себе проблемы – достаточно сгенерировать помеху, а она уж распространится во все стороны, и в питающую сеть и на выходные напряжения. Поэтому, защищать БП не от кого, он сам тихо себя ведет и никому не мешает. Правда, существует технология передачи информации по проводам сети 220 вольт, которая чувствительна к помехам со стороны блоков питания, но эти устройства мало распространены, а потому в расчет не принимаются.

Интересно, почему же устранение конденсаторов уменьшает уровень помехи на выходе блока питания? Давайте обратимся к примерной схеме входного фильтра. Я не ручаюсь за соответствие номеров и точность номиналов, но принцип работы сохранен.

 

«FG» - корпус блока питания. «L» и «N» - два провода подключения сети 220 вольт.

Синфазная помеха может иметь составляющую токовую или напряжения. В первом случае фильтр должен начинаться с конденсатора, а во втором это требование не обязательно. Для универсальности, принято начинать фильтры с конденсатора, поэтому в схеме присутствуют Y конденсаторы С71, С72 с одной стороны фильтра и С1, С2 с другой. В результате получается CLC фильтр, который весьма эффективно срезает высокие частоты. В качестве «L» здесь участвует сдвоенные дроссель L2. Итак, всё работает, но почему же помехи из сети проникают на выходные напряжения блока питания? Это просто, FG – это корпус. Весь мусор, который есть в сети через C1, C2 и C71, C72 проходит на корпус БП и далее на выходные напряжения. Одно время я занимался передачей цифровой информации по сети 220 вольт, на столько мусора насмотрелся в сети, жуть. Использовать заземление? Отлично, только не забудьте, что у заземляющего проводника конечное сопротивление и индуктивность. Да и частота сигнала помехи довольно высокая (низкочастотные составляющие не пройдут через конденсаторы C1, C2, C71, C72 – у них маленькая емкость). Гм, откуда же получаются низкий уровень помех при измерении у производителя аппаратуры? Попробую предположить, что при проведении замеров прибор подключается прямо к контакту FG, что полностью исключает влияние заземляющего провода и он становится 'идеальным'. Отсюда и нереальные результаты и попытки усложнения фильтра.

Стоит ли делать доработку с устранением Y конденсаторов? Если у Вас нет заземления и надоело щипаться током от корпуса системного блока, то смысл есть. При этом нет необходимости откручивать плату и выпаивать конденсаторы, достаточно выкусить конденсаторы из разъема подключения кабеля питания  220 вольт (или просто изолировать соединение желто-зеленого провода с корпусом) и убрать крепежный винт с прокладыванием изоляционного материала под угол платы. В разделе «Блок питания изнутри» есть картинка внутреннего устройства БП, этот угол расположен около цифры ”1”.

Время работы при провале сети 220 вольт

Ранее, в списке проблем с сетью говорилось, что возможны провалы (отключение) напряжения длительностью 0.5-1 период. Это происходит из-за коммутации на подстанции и встречается даже в благополучных застройках. Меняется нагрузка, промышленные центры заканчивают работу – коммутация дело обычное, а потому встречается часто. Хорошая аппаратура переключит быстро, а (гм) гораздо дольше. Но, если закладываться на советские стандарты, то в БП надо сразу вмонтировать аккумулятор. В рекомендациях для разработчиков блоков питания фигурирует время 20 мс как минимально необходимое время, которое должен проработать БП при отказе сети. Для советской сети это мало (посмотрите, сколько времени моргают лампы на потолке, явно дольше 20 мс). Мало, но чтож, давайте ориентироваться на цифру 20 мс, как объявленную явно. Второй момент – работа от UPS. Сам принцип работы бесперебойных источников питания требует время на обнаружение факта отключения сети. Например, воспользуемся данными из статьи ”AEG PROTECT Home. Источник бесперебойного питания”.

 

Время определения 10 мс. У блока питания Aerocool Strike-X 800 на полной мощности максимальное время провала сети 15 мс. Сами цифры 15 и 10 довольно близки, но UPS должен успеть схватить блок питания до его выключения. Остается вопрос с переходным режимом, когда БП начнет потреблять огромную мощность, что, чаще всего, и «валит» блоки резервированного питания. Впрочем, это отдельный разговор.

Кстати, «10 мс» не самое долгое время перехода на батарею, встречается и более веселые цифры. Хотя, надо отдать должное,  современные UPS срабатывают быстрее 10 мс.

Блок питания Aerocool Strike-X 800 несет в себе два накопительных конденсатора 330 мкФ, что при рабочем напряжении APFC 377 вольт (измерено) должно составлять время работы БП 20 мс. Со скрипом, но прошли.

Мощность нагрузки, Вт	Макс. время, мс	Расчетное, мс
400 *90%	41	40
600 *90%	33	27
700 *90%	23	23
800 *90%	18	20
800	16	20

Правда, при реальном тестировании цифра упала до 16 мс, но … вряд ли кто будет эксплуатировать блок питания на полной мощности. И дело не в «разумности», просто основные потребители энергии в игровом компьютере, процессор и видеокарты, никогда не оказываются полностью нагруженными на полную мощность. Если идет игра, то нагрузка падает на видеокарту, а процессору достаются не самые «энергоемкие» вычисления, да еще и не на всех ядрах. Ток потребления процессора зависит от выполняемой задачи и максимальные режимы достигаются только в специально подобранных алгоритмах.

Доработка блока APFC проводилась, но ее результаты не увеличили максимальное время отсутствие сети и сказались только на совместимости с блоками резервированного питания.

Выводы

Блок питания производил хорошее впечатление – тихий вентилятор, который начинает разгоняться только при мощности нагрузки более 400 Вт, «модульная» структура. Но потом начались странности – зачем-то намертво прицепленный второй кабель процессора и ни одного выхода питания видеокарты. Это блок питания для игрового компьютера или специальная версия для разгона процессора под фреоном? Ну ладно, не сделали, им виднее. Но почему только два разъема питания PCI-Express? Это же блок питания 800 Вт, такие не используют для одной-двух видеокарт, явное излишество. Под них будет достаточно нормального блока питания с номинальной мощностью 600 Вт. Или имелось в виду, что эта пара видеокарт пойдет с хорошим разгоном? Тогда почему кабели питания PCI-Express такие, извините, хлипкие? Ну не понимаю я позиционирование устройства, хоть тресни. Впрочем, это придирки, блок питания работает нормально и свои характеристики выдерживает.

Как мне кажется, особенно удачно размещать такой блок питания в нижней части корпуса – тихоходный вентилятор не останавливается даже при низкой мощности нагрузки, что позволит избежать локального нагрева БП при «нижнем» размещении и сохранить блок питания «холодным» и тихим. Надеюсь, длительное время. Тестирование явных недостатков не выявило.

Редакция сайта ModLabs.net выражает благодарность компании IT Labs и Лично Роману Горошкину за предоставленный на тестирования блок питания  Aerocool Strike-X 800