Вступление

Блок питания «Thunderbolt PLUS 800W Gold» производится фирмой THORTECH. В номенклатуре блоков питания присутствует разделение на классы с префиксом «PLUS» и без оного, который идентифицирует элитарность изделия. Обычные серии содержат множество моделей, а в более продвинутой только одна марка блока питания, о ней и пойдет речь.                                                                                                                                                                                                                                 

Упаковка и комплектация

Блок питания поставляется в картонной коробке весьма внушительных размеров, что, впрочем, свойственно для продукции такого класса.

 

Упаковка не тяжелая, но присутствуют ремешки для переноски. Пустячок, а приятно.

Взглянем на содержимое коробки:

 

В комплект входит блок питания, индикаторная панель iPower Meter, набор съемный кабелей и инструкция по установке.

 

 

Состав упаковки:

• Блок питания «Thunderbolt PLUS 800W Gold»;
• Индикаторная панель «iPower Meter»;
• Кабель питания 220 вольт;
• Кабель PCI-E (6+2) 65 см – 2 шт;
• Кабель SATA 65+15+15 см – 2 шт;
• Кабель Molex (5/12 вольт) 65+15+15 см + FDD – 2 шт; 
• Инструкция по установке на русском языке.

На блоке питания пять встроенных, несъемных кабелей:

• Расширенный ATX (20+4), 65 см;
• Процессорный 12 вольт 4+4 контакта, длина 65 см;
• PCI-E (6+2), 65 см – 2 шт;
• Мониторный к дисплею «iPower Meter».

Спецификация

Воспользуемся данными с корпуса блока питания и прилагаемой документацией.

 

Блок питания не разделяетшину 12 вольт на каналы и может отдавать практически всё мощность только по одному выходу 12 В. В топологии БП используется общий силовой выход 12 вольт с отдельной платой DC/DC преобразователей каналов 5 и 3.3 вольт, и подобная «широта» диапазона нагрузки 12 В не представляется чем-то необычным. Другие характеристики блока питания:

• Совместимость ATX 12V 2.3 и EPS 12V 2.91;
• Вентилятор 135 мм с управляемой скоростью вращения;
• Эффективность более 87% при средней мощности нагрузки, сертификат 80+ Gold;
• 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. Набор неотключаемых кабелей логичен и правильно подобран – материнская плата, процессор и одна видеокарта повышенной производительности.  С обратной стороны блока питания выглядит следующим образом (окно вентилятора внизу):

 

 

 

Всего можно подключить два шлейфа PCI-E и четыре кабеля питания периферии. Набор типичный, но вполне достаточный.

Блок питания изнутри

В верхней крыше блока питания расположен 135-миллиметровый вентилятор Protechnic MAGIC MGT13512XB-O25 ZP "series A" с следующими техническими характеристиками:

• Напряжение питания 12 вольт;
• Ток потребления не более 0.38 А;
• Скорость вращения 1800 оборотов в минуту;
• Воздушный поток 100 cfm.

Если крышку снять, откроется следующая картина:

 

Позволил себе вольность выделить основные элементы блока питания.

1. Выпрямительный мост GSIB2580 (800 В 25 А);
2. Два дросселя APFC (145 мкГн);
3. Две пары из MOSFET IXFH44N50P (500 В 0.014 Ом) и диода DSEP15-06B (600 В 15 А 25 нс) узла APFC;
4. Два конденсатора APFC – 270 мкФ 450 В, серия KMT (импульсный ток 1.35 A);
5. Плата контроллера APFC и основного преобразователя;
6. Два MOSFET IXFH44N50P основного преобразователя;
7. Силовой трансформатор в исполнении под LLC преобразователь (две секции); 
8. Резонансный конденсатор 0.22 мкФ 630 В, серия MMKP82;
9. Выпрямительный мост на четырех MOSFET IXTQ182N055T (55 В 5 мОм) канала 12 вольт;
10.  Три конденсатора 2700 мкФ 25 В марки KY (17 мОм, 3.35A) по выходу 12 вольт;
11.  Плата преобразователей 5, 3.3 вольта и выходных разъемов;
12.  Плата мониторинга.

Контроллер дежурного источника определить не удалось, микросхемы в корпусе SOT23-6 имеют сокращенную маркировку. В качестве силового транзистора используется MOSFET TK8A65D (650 В 0.7 Ом), сглаживающий конденсатор 470 мкФ 16 В серии SEPC (10 мОм).

В блоке питания использованы электролитические конденсаторы японских фирм Nippon и Sanyo.

Блок питания содержит много электронных компонентов управления, поэтому в топологии используется три платы управления и мониторинга.

 

Основной контроллер блока питания содержит микросхемы:

• (слева) L6599A – контроллер резонансного LLC преобразователя;
• (в центре) LM393 – сдвоенный компаратор;
• (справа) UCC28061 – контроллер двухфазного узла PFC.

Плата мониторинга

 

Основной управляющий элемент – однокристальный микропроцессор Atmel ATMEGA88, которая включает в себя 8-канальный аналого-цифровой преобразователь с разрядностью десять бит. Вторая микросхема в  корпусе SO-8 – сдвоенный операционный усилитель LM258. В правой части платы расположены два столбца контактов – с противоположной стороны установлена микросхема супервизора PS232.

Плата преобразователей 5, 3.3 вольта и выходных разъемов.

Вид со стороны разъемов:

 

И с противоположной стороны:

 

Плата состоит из двух одинаковых DC/DC преобразователей с питанием от общей шины 12 вольт. Контроллеры APW7073 с двумя парами MOSFET APM3109 (30 В, 8 мОм) и APM3116 (30 В, примерно 5 мОм) в каждом преобразователе.

Сглаживающие конденсаторы 1500 мкФ 6.3 В серии SEPC (10 мОм), по три штуки на канал.

LLC преобразователь

В блоке питания «Thunderbolt PLUS 800W Gold» основной преобразователь реализован на резонансном преобразователе LLC типа. Сокращение «LLC» не имеет расшифровки и означает тип резонансного контура L-L-C, т.е. система с двумя резонансными частотами. Технологию работы преобразователя опустим, важнее его свойства – ток через трансформатор имеет форму, близкую к синусоиде, что означает низкий спектр помех в «токовой» составляющей. С точки зрения напряжения тоже есть положительные моменты – при переключении транзисторов ток снижается, что позволяет изменять напряжение на них не так быстро. Затягивание фронтов – еще один способ снизить спектр помех. Но, изменения коснулись не только способа работы преобразователя, трансформатор тоже претерпел существенные модификации.

 

Ничего странного не наблюдаете? Трансформатор состоит из двух изолированных секций – первичной и вторичной обмоток. В обычных преобразователях (полумост, прямоходовой однотактный) стараются уменьшить индуктивность рассеивания обмоток, для чего их наматывают как можно ближе и с наибольшей поверхностью соприкосновения. Такой прием позволяет уменьшить рассеивание, но при том получить слишком хорошую емкостную связь между обмотками. Для подавления этого дефекта между первичной и вторичной обмотками прокладываются обмотки из одного витка (емкостные экраны), которые соединяют с общим проводом. В результате, паразитная емкость обмотки действует только на экран и не проникает в выходную цепь. На бумаге это работает красиво, но, в действительности, экран не бывает 100-процентным. И еще один момент – экранирующую обмотку делают только на первичной стороне, забывая о том, что трансформатор система симметричная и помехи из вторичной обмотки наносят не меньший вред. К тому же, введение экранирующих обмоток увеличивает расстояние между первичной и вторичной обмотками, что повышает рассеивание и удорожает производство трансформатора (обычно экранирующая обмотка выполняется медной лентой).  В LLC преобразователях обмотки разнесены в разные секции трансформатора и имеют крайне малую поверхность контакта. При большом желании перегородку между секциями можно выполнить из фольгированного диэлектрика и соединить с общим проводом на первичной и вторичной сторонах, что дополнительно снизит проникновение между обмотками. В данном блоке питания дополнительное экранирование не используется, но и при таком исполнении должен обеспечиваться низкий уровень высокочастотных помех.

Чтобы было понятнее, сделаю модель двух типов преобразователей, используемых в блоках питания повышенного качества – резонансный LLC и  однотактный прямоходовой преобразователь.

 

Конденсаторы C3, С8 и C5, C7 эмулируют паразитную емкость проникновения между первичной и вторичной обмотками. Особенность работы преобразователей и элементной базы:

LLC – ток через трансформатор близок к синусоидальному, напряжение – с одной стороны меандр с размахом +/-180 вольт, с другой  резонансный контур, т.е. чистый синус амплитудой 100-300 вольт (в зависимости от мощности нагрузки на блок питания).

PWM – ток через трансформатор довольно резкий, повторяет напряжение. Напряжение – прямоугольные импульсы с размахом +/-380 вольт.

Из описания видно, что кроме явного недостатка конструкции трансформатора, PWM система имеет в двое больший размах напряжения, прикладываемого к трансформатору. Кстати, о напряжении – обычно первичная обмотка LLC трансформатора состоит из двух слоев, в результате с перегородкой контактирует средняя часть обмотки, т.е. напряжение помехи в два раза снижено. Иногда, первичную обмотку выполняют из трех слоев, но третий слой не доходит до конца секции, что уменьшает напряжение помехи с половины до 1/3.

Итак, какие моменты приводят к уменьшению уровня помех при переходе к LLC преобразователю:

• Малая емкостная связь между обмотками;
• Сниженное напряжение высокочастотных составляющих на первичной стороне (в два раза, по сравнению с классическим вариантом однотактного преобразователя);
• Снижение уровня помех от фронтов переключения транзисторов;
• Упрощение трансформатора;
• Удаление из блока питания выходного дросселя, на котором рассеивается значительная мощность.

Модель сделана, а как же результаты?

В качестве полезной части интересуют помехи, которые наводятся между первичной и вторичной сторонами трансформатора – этот вид помехи действует между сетевой и выходной частями преобразователя, а потому хорошо проникает на выход.

Токовую составляющую можно посмотреть на резисторах R3 и R5 модели.

 

Как видите, результаты даже не одного порядка – LLC преобразователь гораздо «тише».

iPower Meter

Блок питания «Thunderbolt PLUS 800W Gold» комплектуется индикаторной панелью «iPower Meter»? которая может устанавливаться в 5.25” слот системного блока. Выглядит он примерно так:

 

Блок индикации может показывать:

• Или токи или напряжения по каналам 3.3, 5, 12 вольт (левая и средняя зоны);
• Или общую мощность нагрузки или КПД (правая верхняя зона);
• Скорость вращения вентилятора и температуру в блоке питания (правая нижняя зона).

Довольно необычно, но блок показывает довольно точно. По напряжениям расхождение едва заметно, а по мощности наблюдается отставание на 2-3 ватта, что при мощности нагрузки в 100-800 ватт не так уж и существенно. Из-за ‘отставания’ тока индицируемый КПД немножко завышен, примерно на 1 процент. Например, при средней нагрузке блок питания показывает эффективность 92.08%, тестирование на блоке нагрузок представляет результат 91.1%.  По точности съема данных сказать достаточно сложно, для этого придется полностью скалывать схему, что крайне затруднительно. Одно можно сказать определенно – для считывания величин токов используются высокоточные резисторы (не хуже 1%).

Тестирование

Блок питания исследовался по методике, изложенной в статье тестирования блока питания Aerocool Strike-X 800, опубликованной ранее. В качестве соперника нашему блоку возьмем Strike-X из предыдущей статьи – мощность и качество технических решений у них высокое, что предвещает острую конкурентную борьбу.

Посмотрите файл отчета для блоков питания Thunderbolt800 и Strike-X 800W.

Aerocool Strike-X 800

 

Thunderbolt PLUS 800W Gold

 

Блоки питания показывают высокие технические характеристики, полностью подтверждая свою элитарность. Но, давайте посмотрим на конкретные цифры.

Параметр	Aerocool Strike-X 800	Thunderbolt 800
Выходное сопротивление канала 12 В, мОм	7.1	4.9
Выходное сопротивление канала 5 В, мОм	3.8	2.7
Уровень пульсаций канала 12 В, вольт	0.44	0.34
Уровень пульсаций канала 5 В, вольт	0.14	0.08
КПД при мощности нагрузки 85 Вт, %	79.4	84.2
КПД при мощности нагрузки 140 Вт, %	85	89
КПД при мощности нагрузки 400 Вт, %	89.1	91.1
КПД при мощности нагрузки 800 Вт, %	87	87.9
Максимальный ток потребления, А	6.4	6.5

Блока питания Thunderbolt 800 показывает существенно лучшие результаты, причем во всех характеристиках, кроме последней строчки. Но, оба блока оборудованы мощными узлами APFC, а потому и должны показывать примерно равные результаты, если при проектировании не было допущено ошибок. В данном случае ничего необычного не наблюдается, максимальный ток потребления одинаков (с учетом погрешности измерения).

Переходим к второй группе тестов.

Блоки питания проходили тесты 1-4 при мощности нагрузки 90%.

 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.

Thunderbolt PLUS 800W Gold

Режим	Пиковый ток	КПД	Помехи: CPU	Помехи: GPU	Помехи: VGA-RAM	Помехи:  5В
1: 220Vac sinus	4.3 А	90.5%	0.021 В	0.01 В	0.012 В	0.008 В
2: 220Vac meander	6.9 А	90.3%	0.026 В	0.011 В	0.011 В	0.09 В
3: 187-242V	9.5 А	-	0.034 В	0.014 В	0.018 В	0.011 В
4: 220V failure	4.3 А	-	0.023 В	0.013 В	0.015 В	0.008 В
HDD emulation	2 А	-	0.052 В	0.043 В	0.051 В	0.016 В

Максимальное время отсутствия сети 0.015 сек.

Увы, чуда не случилось. Блок питания «Thunderbolt» выигрывает почти по всем позициям. Надо отдать должное, оба БП высокого качества и разница не существенной величины. Наибольшая разница наблюдается в тесте с эмуляцией работы от UPS, когда напряжение питающей сети устанавливается прямоугольной формы. Посмотрим графики этого случая, «Strike-X» слева, «Thunderbolt» справа:

 

Наибольший ток вызывается перезарядом «X» конденсаторов входного фильтра и, похоже,  у «Strike-X» с конденсаторами дела обстоят гораздо хуже, чем у героя этой статьи. Скорее всего, сказывается различие в принципе работы APFC на этих двух блоках питания. В «Thunderbolt» в работе блока APFC участвуют двухфазный преобразователь, что снижает девиацию тока потребления от сети 220 вольт и позволяет уменьшить емкость  «X» конденсаторов входного фильтра. Что до самого ток потребления, то он составляет 4 ампера в первом случае и 3 ампера во втором. Вообще-то, КПД блоков питания и мощность их нагрузки примерно одинакова, поэтому и величина тока потребления должна быть примерно равной. Скорее всего, картинки тока потребления сняты в несколько различающиеся моменты времени и в первом случае еще не окончен заряд сглаживающих конденсаторов APFC (у «Strike-X» их емкость на 22% больше).

Время работы без сети у «Thunderbolt» составляет всего 0.015 секунды, что явно мало, но это тема отдельного разговора.

Тест «HDD emulation».

На данном этапе эмулируется импульсный ток потребления жесткого диска. При разгоне и/или перемещении позиционера HDD дает мощную импульсную нагрузку по питающему источнику 12 вольт. В данном тесте используется токовая нагрузка величиной 2 ампера и длительностью 0.5 мс. Место подключения – разъем Molex, что характерно для жестких дисков.

«Aerocool Strike-X 800», выход 12 вольт (слева) и 5 вольт (справа):

 

 

«Thunderbolt PLUS 800W Gold», выход 12 вольт (слева) и 5 вольт (справа):

 

По 12 В у «Strike-X» уровень пульсаций больше, 80 мВ, против 25 мВ у «Thunderbolt». Что до канала 5 В, то в обоих случаях уровень пульсации незначительный. Однако отметим странности – у «Strike-X» переходной процесс какой-то странно-колебательный, а у «Thunderbolt» появляются низкочастотные “волны”. Первое странно, а вот второе требует дополнительного изучения.

PF или COS()

Уровень Cos() в блоке питания «Thunderbolt PLUS 800W Gold» специально не измерялся, в виду его очевидной бессмысленности, но один замер был произведен. При максимальной мощности PF составил 0.988. Извините, опять  выходит как-то неказисто. Производитель обещал «PF>0.99» для средней нагрузки, а тут даже при максимальной мощности не дотягивает до 0.99.

 

Посудите сами, это похоже на “>0.99”? Ой!

 

Уровень помех

Нагрузочные характеристики измерены, теперь давайте посмотрим блок питания другими инструментальными средствами. На рисунках будут показаны напряжения на выходе 12 В и 5 В. Первый график желтого цвета, второй голубого. Левая и правая картинка  отличаются частотным разрешением.

Aerocool Strike-X 800 (без нагрузки)

 

Aerocool Strike-X 800(статическая нагрузка, мощность 600 Вт)

 

Thunderbolt PLUS 800W Gold

Без нагрузки (слева) и 4 Вт (справа):

 

При мощности нагрузки БП выше 10 Вт низкочастотные пульсации исчезают полностью.

Статическая нагрузка, мощность 600 Вт.

 

Блок питания «Strike-X» показывает существенный уровень импульсных помех от работы преобразователя, у «Thunderbolt» этого не наблюдается. Производитель обещал БП с крайне низким уровнем помех, и это выполнено. Ранее был разговор об LLC преобразователе и уровне помех – что же, теория полностью совпала с измерениями реальных блоков питания. Резонансный LLC преобразователь действительно создает низкий уровень помех.

Проверка на генераторе помех сети 220 В

Для исследования влияния помех в сети 220 вольт на качество работы блоков питания был сделан небольшой стенд, генерирующий два вида помех – дифференциальные и синфазные. Подробнее работа стенда описана в предыдущей статье и специально останавливаться на вопросе нет необходимости.

Теперь дифференциальные помехи. Подобный вид помех возникает между двумя питающими проводами сети 220 вольт. В домашних условиях их источником является коммутация очень мощной нагрузки, например электрочайника или компрессора холодильника. Протестируем на блоках питания, используем напряжение помехи 240В.

 Aerocool Strike-X 800

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

 

Thunderbolt PLUS 800W Gold

Слева картинка для нагрузки блока питания 20 Вт, справа – 600 Вт.

 

Обращаю Ваше внимание – картинки сняты для напряжении помехи 100 вольт при мощности 20 Вт и 200 вольт при 600 Вт. При попытке установить бОльшую величину помехи блок питания выключается.

Если не брать в расчет крайнюю "чувствительность" блока питания «Thunderbolt» к дифференциальным помехам, то всё остальное у обоих БП примерно аналогично – и величина помехи и ее длительность.

Теперь о синфазных помехах. Этот тип помех возникает между землей и двумя выводами питающей сети, а потому их механизм и способы распространения отличаются от ранее рассмотренных дифференциальных помех, что требует отдельного исследования. Выключенный БП слева, нагруженный (600 Вт) справа:

Aerocool Strike-X 800

 

Thunderbolt PLUS 800W Gold

 

Обратите внимание на различающуюся кратность шкалы напряжений – для «Strike-X» это 200 мВ/деление, против 50 мВ/деление для «Thunderbolt».

Блок питания «Thunderbolt PLUS 800W Gold» и здесь доказал правдивость характеристики о крайне низком уровне помех. Даже без удаления «Y» конденсаторов входного фильтра уровень помехи на его выходах всего лишь 50 мВ, против 350 мВ у его конкурента. Это довольно интересный и, как ни странно, прогнозируемый результат.

HDD emulation

Это контрольный тест, который дублирует ранее проведенное тестирование. Но здесь есть одна особенность – наблюдение с помощью осциллографа позволяет рассмотреть мелкие подробности, скрытые довольно грубоватыми приборами блока нагрузок. Тест выполняет импульсную нагрузку по выходу 12 В разъема Molex, током 2 ампера и длительностью 1 мс. Нагрузки блока питания – равномерная по выходам, статическая, 600 Вт.

Aerocool Strike-X 800

 

 

Thunderbolt PLUS 800W Gold

 

Нее, я не перепутал картинки, всё так и есть. Причем, картинка совершенно не совпадает с предыдущими данными тестирования. Ошибка? Вовсе нет, просто блок нагрузок 'видит' напряжение на свих выходах через RC фильтр с такими параметрами, какие обычно используют во входных LC фильтрах преобразователей, которые подключаются к блоку питания. Посмотрите на топологию преобразователей процессора и видеокарты, их цепи питания 12 вольт всегда начинаются с дросселя, за которым следует несколько конденсаторов. Хороший тест должен показывать именно то, что оказывает влияние на работоспособность питаемого оборудования, поэтому в блок нагрузок установлены  дополнительные фильтры. Однако в данном случае никаких фильтров не ставилось, ведь в HDD отсутствуют крупногабаритные компоненты входного фильтра и сглаживать относительно длинные помехи они не способны.

Итак, блок питания «Thunderbolt PLUS 800W Gold» при импульсной нагрузке в 2 ампера дает снижение напряжения на 0.14 вольта. Попробую предположить, что если бы ток был больше, то и величина падения напряжения пропорционально возросла. Почему же у «Strike-X» нет такого безобразия, а здесь есть? Давайте попробуем разобраться. В блоке питания «Strike-X»  цепь 12 вольт Molex подключается к общей шине 12 вольт непосредственно, а  в «Thunderbolt» через дополнительный LC фильтр. Величина индуктивности около 1.5 мкГн, емкость 470 мкФ. На картинке присутствует ярко выраженный колебательный с частотой около 5 кГц. Если вычислить резонансную частоту контура L и C, то примерно 5 кГц и выйдет. Что до 'дикого' провала напряжения в начале переходного процесса величиной 0.14 вольта, то этот вопрос обязательно следует исследовать.

Ток короткого замыкания

Блок питания «Thunderbolt PLUS 800W Gold»  не имеет разделения на каналы, вся его мощность может быть снята по любому выходу 12 вольт. Но это довольно большой ток и при коротком замыкании могут быть неприятные последствия, поэтому требуется дополнительный тест по данному вопросу.

Для получения короткого замыкания используется шлейф-удлинитель Molex, который подключается к самому дальнему разъему Molex блока питания и замыкается с помощью тумблера. Подробнее вопрос описан в предыдущей статье.

Слева 12 вольт, справа тест для выхода 5 вольт.

Aerocool Strike-X 800

Блок питания нагружен на 250 Вт.

 

Thunderbolt PLUS 800W Gold

 Блок питания нагружен на 250 Вт.

 

Параметр	Strike-X 800	Thunderbolt
Ток КЗ канала 12 В, ампер	100	120
Время выключения при КЗ канала 12 В, мс	12	2
Ток КЗ канала 5 В, ампер	60	65-30*
Время выключения при КЗ канала 5 В, мс	28	1.5

Примечание: (*) – бОльшая цифра вызвана разрядом сглаживающих конденсаторов, меньшая – ограничением по току.

Давайте поближе посмотрим на канал 5 вольт, очень уж непонятная вышла картинка.

 

Довольно странная форма тока, без пологой части. Но, если БП нормально работает, значит это просто "особенность реализации", бывает. То, что ток следует периодами – это нормально. Замыкание цепи осуществляется тумблером, а любое механическое устройство коммутации всегда создаст звон соединения (периодическое замыкание-размыкание небольшой продолжительности), который и наблюдается на картинке. Любое соединение даст подобный звон, поэтому тестирование с помощью тумблера достаточно корректно. К слову, подобное прерывистое замыкание более "болезнено" схемам защиты, чем устойчивое замыкание.

Доработки и изыскания

Для начала, стоит перечислить те недостатки, которые были обнаружены в блоке питания «Thunderbolt PLUS 800W Gold».

1. Повышенный уровень пульсаций на канале 5 вольт;
2. Большое падение напряжения на канале 12 вольт при импульсной нагрузке;
3. Время работы при отсутствии сети порядка 0.015 секунды при любой мощности нагрузки блока питания;
4. Низкая устойчивость к помехам в сети 220 вольт.

Не является недостатком, но хорошо бы рассмотреть удаление «Y» конденсаторов в входном фильтре. Подобная доработка, проведенная в блоке питания «Aerocool Strike-X 800», привела к уменьшению уровню синфазной помехи в два раза.

Повышенный уровень пульсаций на канале 5 вольт

Уровень пульсаций на выходе 5 В действительно слишком высок. Был бы это какой-нибудь "безродный" блок питания, то "ладно", но для элитной продукции подобное не приемлемо. Взглянем на уровень пульсаций и его частоту:

 

По выходу 12 В есть отдельные всплески небольшой амплитуды с периодом около 25 мкс (40кГц). На выходе 5 В положение дел хуже, пульсации большой амплитуды, явно выражены. По данной картинке трудно вычислить частоту колебаний, где-то 5-6 периодов в делении 10 мкс (500-600 кГц). Наиболее частыми причинами высокого уровня помех являются неудачная разводка шины «земля» (малая ширина или неудачная трассировка трасс) или повышенная индуктивность в цепи к фильтрующим конденсаторам. Вряд ли причина в трассировке, осмотр платы не выявил явных огрехов. Да и сам уровень помех слишком велик для такого вида дефекта. Давайте попробуем разобраться с конденсаторами. На выходе преобразователя канала 5 В (как и в канале 3.3 В) установлены три конденсатора 1500 мкФ 6.3 В серии SEPC. Из технической документации следует, что их ESR составляет 10 мОм. Импульсный ток дросселя вряд ли превышает 5 ампер, поэтому уровень пульсаций на выходе не должен превысить 5А*10мОм/3=16 мВ. На картинке уровень помех порядка 50 мВ. Цифры не совпадают, в чем же загвоздка? Поддельные конденсаторы? Давайте выпаяем один конденсатор и исследуем его импеданс в полосе частот 20 кГц – 1 МГц. Впрочем, зачем себя ограничивать только этим конденсатором?

 

Данные по электролитическим конденсаторам Sanyo и Teapo снимались не особо тщательно, поэтому их графики показаны пунктирной линией.

Что за ерунда, в документации OS-CON тщательно доказывается, будто их конденсаторы настолько хороши, что не требуют блокировочных керамических конденсаторов. Это клевета или нам попались поддельные конденсаторы? Почитаем рекламную продукцию OS-CON очень внимательно.

 

 

Про пунктирные графики следует сразу забыть, ESR никакого смысла не несет, главное импеданс. Все графики имеют форму буквы V – в низкочастотной части импеданс определяется номинальной емкостью конденсатора, потом следует насыщение, импеданс определяется только ESR (последовательным внутренним сопротивлением конденсатора). Если частота превышает критическую точку, то импеданс начинает возрастать и всё больше сказывается встроенная индуктивность конденсатора.

Это означает, что никакой ошибки нет, конденсаторы с "твердотельным" наполнителем вовсе не так хороши, как нам пытаются представить PR компании. Существует негласное правило – конденсатор маленького размера хорошим быть не может, что мы и получили. Попытка сделать небольшой элемент с низким сопротивлением привел к концентрации свойств и появлению явной встроенной индуктивности.  В обычном конденсаторе тоже присутствует индуктивность обкладок и выводов, но из-за распределения по большой поверхности ленты вместо четкой индуктивности получается комбинация множества LRC различных участков, которые снижают добротность и как бы "размазывают" величину индуктивности по частотному спектру. Поэтому графики (обычных) электролитических конденсаторов весьма пологи, посмотрите пунктирные графики на моем рисунке.

Итак, причина высоких пульсаций ясна, конденсаторы 1500 мкФ 6.3 В серии SEPC в полосе частот около 500-600 кГц повышают импеданс до 50 мОм. Если воспользоваться той же формулой расчета, что использовалась ранее, то уровень пульсаций должен составить 5А*50мОм/3=83 мВ. Примерно то же и наблюдается осциллографом.

Надо отметить, что я измерял характеристики некоторых "твердотельных" конденсаторов других фирм примерно такого же размера – их параметры в полосе частот выше 200 кГц удивительно точно совпали с протестированными ранее 1500 мкФ 6.3 В SEPC. Причем, при одинаковом размере корпуса получаются одинаковые характеристики, вне зависимости от номинальной емкости. Например, 470 мкФ 16 В имеет те же свойства, что и 1500 мкФ 6.3 В (оба снимались с одной и той же платы блока питания «Thunderbolt»). Скорее всего, это ограничение технологии и длительные поиски чуда не принесут.

Каким способом можно обойти проблему? Увы, вариантов не так уж и много, плата ограничена по высоте выходными разъемами, а потому установка более высоких конденсаторов невозможна. С обратной стороны проходит масса проводников и место под высокий конденсатор отсутствует вовсе. Остается только обычный вариант – установка большого количества керамических конденсаторов 10-22 мкФ типоразмера 1210. Для надежного устранения пульсаций надо установить их в два-три раза больше, чем имеющихся 1500 мкФ 6.3 В (т.е. 6-9 штук).

Эта доработка была опробована, но нужных конденсаторов найти не удалось, пришлось воспользоваться кучкой керамических конденсаторов 4.7 мкФ в корпусе 1206. Увы, не знаю, что сказалось – или неудачная трассировка или конденсаторы оказались слишком посредственными (скорее всего), но уровень пульсаций снизился всего лишь на треть. Осциллограмма будет приведена чуть ниже, в конце следующего раздела.

 Большое падение напряжения на канале 12 вольт при импульсной  нагрузке

Повторю картинку, вызвавшую конфликт:

 

На рисунке плохо видно, длительность импульса примерно 1 мкс (500 кГц). Если обратиться к предыдущему разделу, то прослеживаются общие черты, особенно с учетом того, что выходной конденсатор по каналу 12 В - 470 мкФ 16 В SEPC имеет схожие характеристики с рассмотренным ранее 1500 мкФ 6.3 В.

Давайте прикинем, так ли это. Бросок тока 2 ампера, предполагаемый импеданс конденсатора 50 мОм – величина скачка напряжения должна составить 2А*50мОм=0.1 В. По осциллографу вышло 0.14 вольта, что примерно правильно – импульс тока весьма четкий и захватывает спектр частот выше 500 кГц, на котором импеданс конденсатора монотонно возрастает.

Выход четырех каналов 12 вольт реализован через LC фильтры, в качестве «L» выступает дроссель 1.5 мкГн, выполненный на ферритовом стержне. Выходной конденсатор - 470 мкФ 16 В, серия SEPC. Решить проблему можно следующими способами:

1. Дополнить схему несколькими керамическими конденсаторами 10-22 мкФ 16 В, корпус 1210; 
2. Заменить "твердотельный" конденсатор на обычный, хорошего качества; 
3. Удалить или закоротить дроссель.

Первый вариант, установка керамических конденсаторов, была выполнен припаиванием десяти конденсаторов 4.7 мкФ в корпусе 1206. В результате несколько уменьшился высокочастотный шум на выходе, но переходной процесс практически не изменился. Причина – явно недостаточная емкость и повышенное внутреннее сопротивление добавленных конденсаторов. Довольно странно, что производитель не установил по паре конденсаторов 22 мкФ 16 В параллельно выходным электролитическим конденсаторам – высокочастотные составляющие режутся очень хорошо, что позволяет еще повысить класс устройства.

Второй вариант выполнялся заменой конденсатора 470 мкФ 16 В, серия SEPC на не "твердотельный" не слишком высокий и с таким же диаметром. У меня нашлись следующие модели:

Фирма	Емкость, мкФ	Серия	ESR, мОм
Nippon	1500	KZG	~15
Nippon	1800	KZG	~15
Nippon	1200	KZE	22
Rubycon	1200	ZL	22
Sanyo	470	SEPC	10

Все конденсаторы показали примерно одинаковый результат, кроме последнего. В блоке питания не так много места, поэтому в качестве замены выбран первый вариант. Посмотрим, что выйдет:

 

На фронтах отчетливо виден резонансный всплеск, от которого принципиально нельзя избавиться – перед конденсатором стоит дроссель и он образует с ним резонансный контур. Можно влиять на добротность контура,  а полностью избавиться от "колебательности" невозможно. Конечно, можно удалить дроссель вовсе, но это уже будет третий вариант доработки. Какими же средствами можно уменьшить "колебательность" контура? Либо шунтированием индуктивности постоянным резистором, либо увеличением номинальной емкости конденсатора с одновременным ухудшением его ESR. В первоначальном варианте дроссель 1.5 мкГн и конденсатор 470 мкФ образовывали резонансный контур с рабочей частотой около 5 кГц и волновым сопротивлением около 50 мОм. Для снижения добротности, по первому варианту, придется устанавливать резистор 50 мОм параллельно дросселю. Мало того, что это сразу снизит качество фильтрации пульсаций, так еще и весьма проблематично осуществить в домашних условиях. Во втором случае можно поставить электролитический конденсатор с повышенным внутренним сопротивлением, которое будет выполнять функции демпфера резонансного контура. Такой прием хорошо работает при установке двух конденсаторов разного типа параллельно – первый гасит ВЧ составляющие из-за низкого ESR, второй работает в среднечастотном диапазоне и снижает добротность контура.  Увы, в блоке питания есть место только под один конденсатор, поэтому придется идти на компромисс и  устанавливать только один конденсатор. При этом он должен иметь не самое низкое внутреннее сопротивление и большую номинальную емкость. Обычный качественный, не "твердотельный", электролитический конденсатор вполне подойдет.

Третий вариант – закоротить или удалить дроссели. Осциллограммы снимались уже после замены конденсаторов на 1500 мкФ 16 В, серии KZG. Один из дросселей был закорочен и на этот выход создавалась импульсная нагрузка. Интерес представляет как это выход (картинка слева), так и другой (справа):

 

На левой картинке идет обычное уменьшение напряжения из-за нагрузочного тока, а вот на правой наблюдаются следы резонансного выброса на фронтах установки/сброса тока. И это при том, что "другой" выход никуда не подключен, на нём нет нагрузки. Это эффект вызван тем, что резкая смена напряжения вызывает резонансный всплеск на всех выходах, ведь они подключены через L-C цепочки.  Создается глупая ситуация, для подавления распространения помех между каналами поставили фильтры из дросселей и конденсаторов, но они сами начинают наводить "звон". Увы, но так. Кроме того, дроссели расположены очень компактно, а потому наводят электромагнитные помехи друг на друга.  Для исключения этого дефекта можно попробовать удалить (закоротить) дроссели. Были опробованы три варианта – с имеющимся дросселем 1.5 мкГн, с уменьшенным до 0.2 мкГн и без него вовсе. Промежуточный вариант выбран из тех предположений, что добротность контура будет низкой, а свойство подавления пульсаций блока питания останется, в какой-то степени. При смене номинала дросселя они заменялись по всем четырем выходам одновременно.

 

С дросселем 1.5 мкГн:

С дросселем 0.2 мкГн:

С закороченным дросселем: 

Уменьшение номинала дросселя, как и его закорачивание, приводит к уменьшению амплитуды колебательного процесса, но уровень пульсаций возрастает в несколько раз. Конечно, их величина укладывается в допуск, но вовсе не такого хочется получить от качественного блока питания. Так что – закорачивание дросселей делать не стоит, лучше поменять конденсаторы на не "твердотельные".

В результате доработки, заключающейся в замене существующих конденсаторов на 1500 мкФ 16 В KZG, картинка эмуляции работы жесткого диска стала выглядеть следующим образом:

 

 В блоке питания «Thunderbolt PLUS 800W Gold» использованы конденсаторы фирмы NIPPON CHEMI-CON, что мешало поставить на выходы каналов 12 вольт конденсаторы той же фирмы? Они же показывают лучшие рабочие характеристики, чем OS-CON. Загадка!

Есть еще один момент, который не рассмотрен ранее, но оказывает влияние на высокочастотные импульсные помехи. Основное соединение цепи «земля»  осуществляется через корпус системного блока и для уменьшения помех БП должен обеспечивать надежный контакт цепи «земля» платы с корпусом блока питания. Понятно, что это делается через винт в углу печатной платы, но качество выполнения этого соединения плохо соотносится с высоким классом блока питания. После дублирования соединения через медную ленту уровень высокочастотных импульсных помех уменьшился примерно на 25 процентов.

Повторная проверка блока питания с помощью программы тестирования показала уменьшение уровня пульсаций в тесте «HDD emulation» примерно в 1.5 раза. Для сравнения, картинки из этого тест до доработки (слева) и после (справа).

 

По конденсатору TEAPO, использованному с тесте с измерением импеданса приключилась довольно интересная история, наверно стоит о ней рассказать. Как-то мне принесли некоторое количество серверных 1U блоков питания, умерших от перегрева. В них останавливался вентилятор, в результате чего вспухли все конденсаторы. Понятное дело, что восстанавливать такие БП себе дороже, они же серверные, а потому а-бы-как не ремонтируются.  Интересный момент в том, что в БП все конденсаторы высохли до состояния "обрыва", кроме одного – который участвовал в тестировании. Мало того, что он не деградировал от температуры, так еще и внутренне сопротивление его сохранило меньшее значение, чем декларировано производителем (17 мОм вместо декларированных производителем максимальных 26 мОм). Для справки, в блоке питания «Aerocool Strike-X 800» используются электролитические конденсаторы только фирмы TEAPO, для низкого напряжения серия SC.

Выводы

Блок питания довольно тих, вентилятор работает на скорости вращения 600 об/мин при низкой нагрузке, 900 при средней и 1200 при высокой мощности нагрузки. Вентилятор никогда не выключается, что лично я считаю положительным свойством и этот факт позволяет использовать его при «нижнем» расположении в системном блоке. Сам блок питания выполнен довольно гармонично, обязательные шлейфы обеспечивают типичную конфигурацию компьютера, остается только подключить нужное количество кабелей питания дисковых накопителей. К сожалению, не существует совмещенного шлейфа с одним разъемом «Molex» и одним-двумя разъемами питания SATA. Индикаторная панель «iPower Meter» смотрится интересно и придает системному блоку некоторый технический антураж – безликий корпус, даже качественного исполнения, много теряет без красивых элементов индикации. Что удивительно, индикаторная панель довольно точная, чего не ожидаешь от устройств подобного типа. В блоке питания использованы новейшие приемы конструирования – двухфазный APFC и резонансный LLC конвертер с отдельными DC/DC преобразователями каналов 5 и 3.3 вольта. Отдельно хочется отметить крайне низкий уровень помех, создаваемых блоком питания, в ряде компоновок системы это становится важным. Если сравнивать его с рассмотренным ранее БП «Aerocool Strike-X 800», то впечатление становится двояким. Да, у «Thunderbolt» все спецификации лучше, как и результаты тестирования, но у него есть и проблемы, которых нет у его соперника – высокий уровень пульсаций по каналам 5 и 3.3 вольта из-за недостатков "твердотельных" конденсаторов. Аналогичная проблема по выходам 12 вольт. Если преобразователи на материнской плате и видеокартах это “не заметят” из-за обязательного фильтра по питанию, то жесткие диски откровенно жалко. Блок питания «Thunderbolt» "валится" от дифференциальной помехи в 240 вольт, чего не происходит у его конкурента. Но и это не всё. В статье этот вопрос не обсуждался, но проблема была исследована лишь частично – оба блока питания, и  «Strike-X» «Thunderbolt» имеют проблемы с сетью при пропуске одного-двух полуволн. Но, если первый ведет себя предсказуемо и существует простой способ победить этот недостаток, то с «Thunderbolt» проблема гораздо серьезнее. Пока нет точного ответа, но я вовсе не удивлюсь, если этот блок питания вообще не сможет работать через UPS на любой мощности. Пока не доказано, но тесты показывают, что снижение мощности нагрузки на блок питания не увеличивает время работы при кратковременном отсутствии сети. Блок APFC работает по принципу кувалды – если был пропуск полуволны, то на следующий полупериод "падает наковальня вместе с кузницей". В качестве комментария воспользуюсь картинкой из документа SLUU341B по применению контроллера UCC28061:

 

Попробуйте рассчитать мощность, которая будет потребляться из сети 220 вольт в первое время после пропуска, если накопительный конденсатор блока питания заряжается за время одного полупериода и еще два полупериода энергии, запасенной в дросселе APFC, хватает для работы БП на полной мощности. Это проблема микросхемы UCC28061, а потому ей страдают все блоки питания на этом контроллере. В блоке питания «Strike-X» применяется контроллер CM6800, который различает напряжение сети 110 и 220 вольт (напряжение Vrms), а потому может быть оптимизирован для нормальной работы  под оба варианта или автовыбор.

Краткий вывод – блок питания «Thunderbolt PLUS 800W Gold» производит положительное впечатление, но требует доработок. Без них эксплуатация компьютера может быть проблемной. Если Вам не нужна индикаторная панель и денежные затраты считаются важными, то стоит обратить внимание на его конкурента «Aerocool Strike-X 800».

Редакция сайта ModLabs.net выражает благодарность компании IT Labs и Лично Роману Горошкину за предоставленный на тестирования блок питания  Thunderbolt PLUS 800W Gold

Как известно, компания GeIL под брендом Thortech выпускает компьютерные блоки питания, и один из них засветился в эти дни на IT-выставке CeBIT 2011 в Ганновере. Новинка получила название Thortech Platinum Plus 850W, имеет новинальную мощность 850 Вт и может похвастаться сертификатом производительности 80Plus Platinum, что означает, что ее эффективность достигает 92%. В конструкции БП применен модульный дизайн, а предусмотренная единственная линия +12 В способна обеспечивать 100 А.

Как и представители рейтинга 80Plus Gold (по крайней мере, серии Plus), новый источник питания Thortech комплектуется модулем Power Meter, который устанавливается в 5,25-дюймовый отсек корпуса и обеспечивает пользователя информацией о текущей мощности, напряжении, токе, температуре и позволяет регулировать скорость вращения вентилятора.

Стоимость и дата выпуска блока питания Thortech Thortech Platinum Plus 850W, вероятно, станут известны позднее.