天缘有份话衷由!AX金牌850W电源测试
泡泡网机箱电源频道2009年12月10日 上个月我们看过AX的金牌千瓦电源,今天我们迎来了瓦数略小的版本:效率王850+,我们来看看它的表现如何,之后我们还有一款定位中端市场的游戏王600瓦电源测试,感兴趣的网友可以继续关注。
AX 效率王 850+ 电源
这个大包装可算AX电源的标志性特征,买回家电源拿出来装机箱里,盒子还可以装其他有用的东西,设计者考虑很周到。
Andyson出品
正面标签明白的写着制造商的名字:Andyson。电源的艺术(The art of power)是Andyson的口号,Andyson之前一直以美国和日本的客户为主,比如功率最大的Ultra 1600W电源就出自他们,他们的注意力更多集中在DIY市场中500W以上的电源的生产和研发上。
两个重要的认证
在盒子右下角有两个重要的标志:80PLUS金牌认证、Nvidia SLI认证,我们曾经介绍过这两个认证,对细节感兴趣的网友可以点击以上的链接。看过盒子后,我们要揭盖了。
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这颗电源包装的这么漂亮,一时还不舍得拿出来,开盖后仔细端详了一番发现盒子侧壁上竟然还有电源的倒影~
盒中的倒影
电源散热网孔
电源的好坏从标签上就可以看出端倪,电源型号中出现的数字和额定功率一致,实瓦实标,值得提倡!
电源标签
电源的12V输出分了四路,联合输出功率840W,占额定功率的98.8%,非常不错,每路限流34A。3.3V和5V限流分别为24A和30A,联合输出功率170瓦,这也符合EPS中的标准,此外还有多国安规的标志。
还有一副手套
翻出来看看那个尼龙袋子里都有什么,一大把尼龙网包裹的模组化线材,一大把绑扎线,一份详细的说明书,还有一副手套,这些东西拿出来后袋子也可以做它用。
黑白搭配的尼龙网织在一起真有点像毒蛇的皮肤,难怪有人叫它蛇皮网。
拿出一根看一看
凑近看
24PIN上的线材
蛇皮网到底有几分像蛇是次要的,关键还是看里面的线材,在24PIN接口上一般电源只有2条18AWG的线材,这颗电源安置了三根,一根16AWG,一根18AWG,一根22AWG,线材粗了以后产生的热量小,线材上发热少,有助于提高转换效率。
要关注的还是它
在PCIE接口上使用了18AWG的线材,这款850瓦金牌电源在线材上超过了Intel电源规范中的建议设计。
电源线材列表
这款电源最多可以提供这样的用户应用:“使用E-ATX主板+配备两颗CPU+3张HD 5870显卡组CrossFire+12块硬盘组Raid+4个机箱风扇”。和之前的千瓦金牌电源相比,这颗电源在原生线材上去掉了一根6PIN+(6+2)PIN的接线。
当我们去市场中配高端游戏电脑,装机店的伙计这样端出你选的电源,你不会目眩吧。
捧出金牌电源
镜面效果
如果只看这两个面,你一定想不到他另外四个面是大面积镂空的,这就是AX 高端电源设计的独特之处。
网状的侧板
通透感
从电源的一个侧板可以看到另一个侧板,这种设计不光好看,对散热的好处也非常多,尤其当你采用电源下置的机箱以后。
后部的出风口
如果家里的房子里面漏风你感觉如何?冷!没错,但电源不怕冷,温度越低对元件的寿命好处越多。这款电源的通透感不光好看,对延长使用寿命也是有好处的。
80PLUS金牌电源的转换效率应该在115V电压下20%、50%、100%三个负载点上的转换效率高于87%、90%、87%。在220V测试,效率还应该有1-2%的提升,我们来看看这款电源在220V下的转换效率如何。
转换效率变化
电源在220V下的电压最高为90.14%,20%点上效率为87.87%。值得一提的是电源从40%负载起,转换效率就一直维持在89%以上,110%的负载下效率也高达89.12%!
功率因数
对铜牌以上的电源,还有功率因数的要求,具体到金牌就是在50%的负载下必须超过90%,凡是主动PFC正常工作,达到这个指标不成问题。
下面八个图表是电源12V,5V,3.3V在负载从10%-110%下的电压变化,完美情况应该是不论负载大小,电压都应该死死保持在12V、5V、3.3V,不过这是不可能的,一般规律是随着负载加重,电压下降。
Intel在ATX12V电源规范中对输出电压有限制,12V输出的电压应该在12.6-11.4V之间;3.3V输出应该在3.14-3.47V之间;5V输出应该在4.75-5.25V之间。
第一路12V输出变化0.33%
第二路12V输出变化0.5%
第三路12V输出变化0.33%
第四路12V输出变化0.33%
通常,如果稳定性能控制在1%之内就很不错了,瓦数越大的电源要做到这一点越难,而这款电源的12V输出稳定性应该是迄今为止泡泡网测过最稳的一个,并且它还是一颗850W的大功率电源,有三路12V输出的变化率都控制在0.33%,有一路的变化率为0.5%,实在太出色了!
5V输出变化1.6%
3.3V输出变化2.42%
3.3V和5V的输出的稳定性也都控制在3%之内,表现较好,这款电源的电压稳定性非常出色!
因为是开关电源,电能在储能元件中少不了存入与泵出的过程,所以输出的电流不可能是一条直线,这也就是输出的纹波产生的原因。此外噪音的来源很多,比如开关管导通与截止状态转变时产生的噪音,外界干扰的。我们通过示波器观察纹波电压的峰峰值。这个数值越小越好,在Intel ATX电源规范中12V的纹波电压应该小于120mV,3.3V和5V应该小于50mV。
我们放了输出850瓦的时候各路输出的纹波波形,图中纵向每一格幅度为20mV。我们先来看看3.3V和5V输出的纹波如何。
满载输出时3.3V的低频纹波
满载输出时3.3V的高频纹波
参考两张波形,去掉一些接地的不规则噪音,纹波噪音不超过20mV,电源规范里要求不超过50mV,所以表现非常不错!
满载输出时5V的低频纹波
满载输出时5V的高频纹波
在电源输出850瓦功率时,5V输出的纹波也没有超过24mV,控制得非常不错!
12V的纹波在规范中不应该超过120mV,也就是不能超过6格,我们看看4路12V输出的表现如何。
第一路12V输出纹波(低频、高频)
第二路12V输出纹波(低频、高频)
第三路12V输出纹波(低频、高频)
第四路12V输出纹波(低频、高频)
可以看到在低频时有一些外界信号的干扰,第四路的干扰小一些,大约为90mV左右的纹波噪音。在高频时纹波噪音约为80mV。相比电源规范中的120mV来说表现尚可。
交叉负载中一共6个点,每个点由前后两个数字构成,前一个数字代表12V的输出功率,后一个数字代表3.3V和5V的输出功率。通过不同的搭配,让电源有时12V输出比例高,有时3.3V和5V输出比例高,这时考察电源在不均衡负载下,电压的调节能力。
交叉负载测试
大功率电源的交叉负载测试需要注意图中的三个点,两个红点处有时会触发低压保护自动关机,蓝色点是12V输出最大的功率点,考验电源的肌肉程度。
这款电源采用了DC-DC处理3.3V和5V的输出,这种结构决定了不存在12V输出最小值的要求,所以在两个红点处完全正常,在蓝色点上12V输出的电压为12.41V,也和均衡负载中100%负载下的情况类似。
凡是采用了DC-DC设计的电源在交叉负载上几乎都表现得很完美,各路电压浮动只与负载轻重有关,和其他路输出的电流大小没有太大相关。
每次都是这个步骤最让我心动,尤其是崭新崭新的包装,镜子一样的外壳。四颗螺丝拧开以后就可以揭开盖了。
打开电源
电源风扇
YOUNG LIN风扇在酷冷的高端电源中也经常见到,此外APC、技嘉、华硕、NV也是他们的重要客户,这款DFB132512H风扇采用的滚珠轴承,工作电流0.25A,标称风量91.16CFM,风压为1.9mm水柱,最大噪音36.2dBA,从风扇厂来的数据更可信,经过几年市场宣传的洗礼,电源、散热器的最大噪音已经普遍低于25dBA了,真让人无奈。
电源内部结构
这款电源采用了主动PFC+CM6800G控制的双管正激+二次侧同步整流+3.3V和5V输出使用DC-DC的方案。
电源的身长16cm,在850瓦级别的电源中功率密度算比较大的,很多接近和超过千瓦的电源体长都在18cm左右,由于电源外壳通风情况很不错,所以即便里面元件拥挤一些,散热问题也不是那么严峻。
电源身长16.5cm
AC输入口EMI滤波
第一部分EMI滤波安放了一对Y电容和一个X电容,X电容两脚还并了一个放电的电阻,图中没有拍到。
PCB板上的EMI滤波
经过AC入口后地线套上了磁环滤除高频杂波,并接到电源的外壳上。零线与火线引入到PCB板上,在PCB板上有一对儿Y电容,一个X电容和两个共模电感,可以进一步滤除电流尖峰,此外这部分还有一个用热缩管保护的保险管,用作输入侧的过流保护,一个浪涌吸收器也用热缩管套住。这是一个非常完整的EMI滤波电路,此外在最后一个共模电感旁边一根12AWG的导线可以起到导流的作用,减轻PCB板内铜箔层的压力。
整流桥
经过EMI滤波后就是干净的交流电了,接下来进入整流桥,这款电源的整流桥品采用两片并联的方式,可以降低导通损耗,提高转换效率。不过因为型号一侧贴在散热片上,没法看到电流参数。这一点对比AX之前那款千瓦金牌处理的要更好!
主动PFC部分负责调整电压和电流的相位,让他们可以保持一致,这样在前半个周期内吸收的电能不会在后半个周期又吐回到电网中。这部分是一个典型Boost升压电路,其中开关管采用了两枚英飞凌的SPW32N50C3开关管,它属于英飞凌较新的CoolMos C3系列产品,而且还是TO247的封装,这部分设计尽量考虑到降低导通电阻的措施。850瓦的电源和1000瓦的电源在这部分用料是一致的!
PFC开关管
管子的耐压560V,可以传输32A电流,导通电阻相比同类产品比较低,只有0.11欧。升压电路中的快速恢复二极管夹在主电容和第二片散热片之间,无法看到型号。
主电容
采用了一枚松下UQ系容量为560uF耐压450V的电容,耐温为85℃。电容品牌非常不错,耐压也是450V的,没有卡在400V的界限上,保持时间是否能到16ms,和PWM占空比的可调范围也有关系。不过我们在执行关机动作前整机的负载一定是桌面下的情况,不会超过300W,所以从这个角度看560uF还是够的。
PFC电路部分
PFC电感采用黑色磁芯,直径40mm,绕线也是1mm的线径,和其他电源中的PFC电感比起来大了不少。
控制PFC开关管的控制器是CM6800G,当然他也同时控制电源一次侧的主开关管,这款电源开关管使用两枚英飞凌的SPW32N50C3,和刚才PFC开关管一样,可以传输32A电流。
电源的心脏
电源主开关管
假设电源的转换效率在满载时有85%,再留出一些设计余量,最小需要使用16A的器件,这款电源在开关管上留出的余量比较多。如果参考类似设计的GT 950AA,那款额定950W的电源使用的开关管电流参数为20A。相比之下这款850瓦的电源在主开关管部分加强很明显。
待机电源开关管
上面的开关管采用意法半导体3NK80Z是电源5Vsb一路输出所用的,5Vsb最常见的用途就是在关机时用USB口为我们的MP3、手机充电,一般来说这一路输出的电流在2A-4A之间,很少见到超过这个范围的。待机控制芯片为LD7535,有些待机控制器整合了开关管,不过这颗电源里是分立的。5Vsb输出的整流由紧挨着待机变压器的STPS20L60CT负责,可以传输10A电流,电源此路标称值为3A。
经过开关管斩波后,电流就可以通过调整PWM信号的占空比来调整输出电压了。不过在进入变压器以前,方波电压超过300V,需要变压器进行降压,凡是能量形式转变,都会设计到转换效率高低的问题,所以这部分设计对转换效率的影响也很大。但实在不懂,也只好一笔带过。
主变压器
主变压器尺寸为44.5mm,具体型号看不见,在主变压器旁边还有一个小变压器,是刚才所说的5Vsb待机一路所用的变压器,因为待机的输出功率不超过20W,所以比起主变压器来说体积上小了不少。
待机变压器
PCB板、变压器、散热片都是黑色的,拍照起来真是很不方便啊。
经过变压器后所有的电压都降了下来,不过还是方波的形式,需要进行整流后才可以形成直流电,而就像刚才所说,能量形式的转变一定会有一些以热的形式损失。
一般电源在这里使用肖特基二极管进行整流,因为肖特基管从开通到关断这一过程所需的时间很短(肖特基管不存在势垒外侧电荷储存问题),大约在ns级别。
Mosfet 做整流
而这款电源没有采用肖特基管做整流,原因在于这种二极管的损耗无法让电源达到90%的效率。他们改用Mosfet做整流。
同步整流图示
上图中V1与V2就是整流和续流需要用到的两个Mosfet,原来两个二极管被他们取代了,在作用上和二极管是一样的,但损耗上却有区别。
二极管电流电压特性
以上可以看到二极管并不是只要有电压就可以做到导通,必须达到一定值才可以,对于肖特基类型的二极管大约在0.4V左右。每导通一次如果都需要加电压,让载流子越过势垒,这其实就是在耗能,而且即便导通后,电流流过仍有导通电阻存在,两部分损耗加在一起,基本就是肖特基管开关时的损耗。
而使用Mosfet就可以避免掉第一部分的损耗,而只留下了导通时电阻造成的损耗,而且如果这部分选择电阻较低的Mosfet损耗还会更小。这就是为什么很多金牌电源在二次侧输出使用同步整流的原因。
之所以称为同步整流是因为Mosfet的开通于关断要和被整流的信号同步,否则损耗会更大。这款电源中使用了6枚英飞凌024N06,3枚并在一起做整流3枚做续流。
六颗Mosfet
024N06N3 整流管一共6颗
这里还拍到一颗
这枚Mosfet的导通电阻2.1毫欧,耐压60V,可以传输120A电流,如果假设占空比为35%的典型值,这部分总共可以传输6600W的功率,远远超过额定功率,这样多管并联已经不是为了满足输出功耗了,主要是可以降低导通电阻,这款850瓦的电源和1000。
DC-DC输出
在二次侧输出上不光使用了同步整流,在3.3V和5V输出中还使用了DC-DC的设计,两个板子一个负责3.3V的输出,一个负责5V的输出,实际上每个板子相当于一个使用同步整流的Buck降压变换器。
3.3V与5V双路磁放大的结构
在非高端电源中(包含很多中高端电源)很多都是利用磁放大的方式处理3.3V和5V的,有些使用了3.3V单路磁放大,有些使用了3.3V和5V双路的磁放大,使用双路磁放大的电源最大的优势在于12V、5V、3.3V三路互不干扰,哪一路负载太重或太轻都不会影响到其他路。
而磁放大利用电感阻碍电流突变的特性把一部分电能转换为磁能,延迟了一个周期中的能量传输,与同步整流相比这却是一种损耗较大的做法。
DC-DC子板
而DC-DC的转换就完全兼顾了转换效率和各路调节完全独立的优势。效率高的原因我们在同步整流中已经介绍过了。不过略有不同的是DC-DC中的整流是需要使用外部控制器的。
DC-DC子板上的芯片
VRM小卡采用台湾茂达APW7073控制器,四颗MEN90N03,每路输出使用5颗固态电容与1个黑色铁氧体线圈做滤波,子板旁边的两个电感分别为3.3V与5V输出的储能电感。子板的输入为12V,使用这种结构的电源在变压器的绕线上也会简单不少。子板的背面是5颗滤波电容,因为控制器频率较高,所以输出滤波的两颗使用耐压6.3V,1500uF的容量就够了。从上图也可以看到输出接线的根部全部使用热缩管保护。
测温点
电源内的测温点设置在二次侧散热片上,探温头用垫片和螺丝固定住。
输出滤波部分
输出滤波部分12V储能电感直径超过44mm,线径1mm,黑色磁芯,四枚日本化工KZE系的16V 2200uF的电容为12V滤波,两枚10V 3300uF的KZE系电容为3.3V和5V做最后一道滤波。线材均使用热缩管保护,12V也确实分了4路。
PCB板背部做工
电源大量使用了贴片工艺,所以在PCB正面看不到什么小元件,背部的做工略粗糙,不过该补锡的部分推锡量确实非常多,这对增强散热和增加过流能力都有很多好处。
编辑总结:
这款电源的包装盒与外观设计得非常漂亮,而且包装盒特别设计后还可以挪做它用,电源外壳的个性化设计还为散热创造了良好的条件,总的来说外观上能兼顾美观与功能实属难得,并且还附赠了一副手套,也许对渠道宣传更有好处,普通玩家留着参加运动会彩排说不定用得上,外观上给95分,毕竟我相信今后还会有更好的设计出现。
线材上电源提供了足够多的线材,在文章中已经详细描述过了,并且均用蛇皮网保护上,线材长度也是足够的,线材使用了18AWG的规格,但还是有一些高瓦数电源使用了16AWG的线材,所以这部分给90分。
测试总评
这款80PLUS金牌电源在所有重要的功率部件都采用了知名半导体公司的器件,并且器件规格都比较不错。一个电源的做工好坏往往从使用的电容就可以做大概的分级,这款电源内电容全部采用松下和日本化工的产品,和80PLUS金牌的身份相配。在PFC开关管、主开关管、二次侧Mosfet这几个功率元件上留出的余量非常充足,这么做还可以降低导通电阻,整流桥的安装方式有了改进。在提高转换效率方面,一次侧部分尽量选用了Vf和导通电阻低一些的功率元件,在二次侧应用了同步整流处理所有的输出,3.3V和5V的输出采用了DC-DC,这些对电源的转换效率提升的作用非常明显,也是DIY市场高端电源才会采用的设计,和之前的AX千瓦金牌相比很多部分用料都是一致的,区别在于原生线材上减少了一束,不足在于做工不那么细致,所以给87分。
电压稳定性上,12V表现非常抢眼,这对850瓦电源来说非常不易,3.3V和5V的输出中上等水平,给90分。纹波抑制上3.3V和5V表现的非常好,12V表现中上等,所以给85分。因为采用了DC-DC的设计,交叉负载一项上表现得非常出色,找不出扣分的理由,给100分。电源的转换效率最高到了90.14%,所以转换效率上给90分。
总评:91分
附录:负载参数
均衡负载参数
交叉负载参数
最后放上均衡负载和交叉负载的负载参数。<