Методика тестирования блоков питания
Каждая статья будет состоять из трех основных частей: общее описание, тестирование блока питания и подведение итогов, а также, в случае необходимости, в статью будет добавляться вводная часть.
1. Общее описание блока питания включает в себя:
- описание упаковки, в случае, если она есть
- описание комплекта поставки БП, если он предусмотрен производителем
- описание внешнего вида, непосредственно, блока
- описание комплектных проводов и разъемов на них
- описание используемого вентилятора
- описание других элементов, в том числе, внутри блока питания
2. Тестирование блока питания, включает в себя:
- проверка заявленных значений пульсаций напряжений при не максимальной статичной нагрузке
- тестирование БП с различными вариантами нагрузки, составляющей до 100 процентов от указанной максимальной выходной мощности
- тестирование блока питания в составе рабочей станции
Допустимые значения пульсаций и значений выходных напряжений, а также основные требования к блокам питания, приведены в Power Supply Design Guide, последняя версия которого — 2.
2.
По первому разделу, я думаю, вопросов не возникнет, а вот пункты второго раздела стоит немного прокомментировать и разъяснить.
Итак, проверка заявленных значений пульсаций напряжений будет производиться при мощности 75% от максимальной, указанной для данной модели блока питания, но с сохранением пропорций токов по каналам, заявленным производителем. Допустимые значения пульсаций и значений выходных напряжений, а также основные требования к блокам питания, приведены в Power Supply Design Guide, последняя версия которого — 2.2.
В основной части тестирования для каждого БП будет примерно рассчитан ряд токов в соответствии с максимальной мощностью, в связи с тем, что в современных системах на линию 12В приходится большая нагрузка, и со временем она имеет тенденцию только возрастать, а также учитывая тот факт, что максимальные токи, указанные производителем, не предназначены для одновременной нагрузки всех каналов.
Расчет максимальных значений токов для тестирования будет производиться по следующим принципам:
- ток по линии 12В — максимальный
- токи по линиям 3,3В и 5В в пропорции, примерно, 1:1
- суммарная мощность линий 3,3В и 5В вычисляется вычитанием из максимальной мощности БП произведения максимального тока по линии 12В на, собственно, напряжение по данной линии. Проще говоря, из максимальной выходной мощности БП вычитается максимально допустимая мощность по каналу 12В, остаток делится на каналы 3,3В и 5В в указанной пропорции.
Тестирование будет заключаться в эксплуатации БП с переменной нагрузкой, составляющей 33, 67 и 100 процентов от заданных токов, рассчитанных в предыдущем пункте. Период смены значений токов будет составлять примерно две минуты. Обращаю внимание, что работа с максимальной (не путать с пиковой) выходной мощностью является штатным режимом работы блока питания.
По результатам тестирования будет составляться отчет, включающий в себя таблицу с цветовой маркировкой полученных значений выходных напряжений.
Тестирование блока питания в составе рабочей станции наиболее приближено к эксплуатации БП в реальных условиях.
В данный момент проводится выбор конфигурации компьютера-стенда, которая имела бы достаточную высокую мощность и хорошую масштабируемость для тестирования различных по своим энергетическим способностям блоков питания.
Временно тестирование будет проводиться на компьютере следующей конфигурации:
- Процессор AMD Athlon 64 3000+
- Матплата Кулер GlacialTech 7200
- Матплата MSI K8N Neo Platinum
- Оперативная память Patriot LL 512 Мб
- Видеокарта Gigabyte GV-N66256DP
- Жесткие диски: 2 HDD Samsung SP 0812C в RAID 0, HDD WD 1600JD
- Корпус Antec SX630II
Тестирование будет заключаться в прогоне в течение часа демо-роликов из игры FarCry, также для тестов будет использоваться программный пакет CPU RightMark.
Оценка шумовых характеристик будет производиться субъективно.
Для измерения температуры будет использоваться бесконтактный термометр (пирометр) Thermopoint TPT 6 Pro Plus производства Flir Systems.
Измерение скорости вращения вентилятора также планируется, сейчас производится выбор оборудования для этой цели.
Измерение выходных напряжений будет производиться мультиметрами Fluke 111 класса True RMS.
Для измерения пульсаций выходных напряжений будет использоваться 2-х канальный цифровой осицилограф DS-1150 производства EZ Digital, имеющий полосу пропускания 150 МГц.
Для синтеризования нагрузки для блоков питания в ходе тестирования будут применяться три программируемых электронных нагрузочных блока SL-300 производства фирмы Unicorn.
В конце материала следует краткое подведение итогов и перечисление достоинств и недостатков, имеющихся у протестированного устройства, по личному мнению автора.
1 сентября 2005 Г.
Александр Мишин
Новости
Thermaltake представила на Computex 2023 корпус The Tower 200 и первый на рынке блок питания класса Bronze с разъёмом 12VHPWR
6 июня 2023
Adata показала живьём SSD с жидкостным охлаждением на Computex 2023.
А ещё память для разгона, БП мощностью 1600 Вт и новые корпуса4 июня 2023
Охладить пассивно связку из Core i9-13900K и GeForce RTX 4080. Представлен корпус-радиатор Streamcom SG10 за 1000 долларов
1 июня 2023
А ещё память для разгона, БП мощностью 1600 Вт и новые корпусаМетодика тестирования блоков питания
Многие IT-издания ежемесячно публикуют массы материалов с различными тестами всевозможных процессоров, видеоадаптеров, материнских плат, памяти и жестких дисков. Но вот тесты блоков питания проводят очень немногие, поскольку это связано с техническими особенностями и необходимостью инженерного опыта и знаний принципов работы импульсных источников питания. И сегодня, на страницах Modlabs.net открываем цикл статей, посвященных тестированию блоков питания для персональных компьютеров. Наличие качественного и надежного блока питания критически важно для обеспечения бесперебойной работы любой системы. А когда комплектующие подвергнуты серьезному разгону с применением кастомных систем охлаждения и вольтмодами то качество электропитания и стабильность всех напряжений становится одним из ключевых средств для стабильного и безошибочного функционирования компьютера.
Однако достаточно слов, приступим к обзору характеристик, которыми обладает любой импульсный блок питания предназначенный для питания компьютерной техники.
Все продаваемые в рознице блоки питания для домашних и офисных ПК должны соответствовать стандарту ATX версии 2 и более новой. Серверные блоки питания обычно сертифицируются по более жесткому SSI EPS, который принципиально схож с ATX. С конкретными величинами и характеристиками можно ознакомиться, скачав стандарты по ссылкам в конце статьи, а пока рассмотрим несколько ключевых характеристик и их значение. Эта документация предназначается производителям блоков питания для обеспечения совместимости их аппаратуры с общепринятым стандартом. Сюда входят геометрические, механические и, конечно же, электрические характеристики устройств. Каждый из блоков питания для компьютеров должен быть протестирован и отвечать всем требованиям стандартов.
Входные характеристикиБлок питания обязан нормально работать при напряжении в сети 90-140В для сетей 110В и 180-264 для сетей 220В, при частоте от 47 до 63Гц.
Напряжение ниже указанных, не должно приводить к повреждению схем блока питания. Пропажа сетевого напряжения на любой период времени, в любой момент работы также не должно приводить к неисправности блока. При включении, ток зарядки высоковольтных конденсаторов не должен превышать номинальные значения входных цепей (предохранитель, выпрямительные диоды и схемы ограничения тока). Существует миф, что более мощный блок питания потребляет больше мощности из розетки, в сравнении по сравнению с маломощным дешевым аналогом. В действительности, часто имеет место обратная ситуация. Каждый блок имеет потери энергии при преобразовании сетевого напряжения в низковольтное постоянное, потребляемое компонентами компьютера. КПД (коэффициент полезного действия, или эффективность) современного дешевого блока обычно колеблется около величины 65-70%, тогда как более дорогие модели могут обеспечивать эффективность работы 85% или даже лучше. Например, подключив оба блока к нагрузке 200 Вт (приблизительно столько потребляет большинство компьютеров) получим потери 70 Вт в первом случае, и только 30 Вт во втором.
40 ватт экономии при ежедневной работе компьютера по 5 часов в сутки и 30-денному месяцы помогут сэкономить 6 кВт на счете за электроэнергию. Конечно, это мизерная цифра для одного ПК, но если взять уже офис на 100 компьютеров, то цифра может оказаться заметной. Также стоит учесть, что эффективность преобразования разная при разной мощности нагрузки. А раз пик максимального КПД приходится на 50-70% диапазон нагрузки, то практического смысла в приобретении БП с двукратным и более запасом мощности нет. Эффективность работы должна превышать 70% для полной нагрузки, и 65% для 20%-ной нагрузки. При этом рекомендованная эффективность как минимум 75% или лучше. Существует добровольная система сертификации для производителей, известная как Plus 80. Все источники питания принимают участие в этой программе имеют эффективность свыше 80%. На данный момент список участников-производителей в инициативе Plus 80 включает больше 60 наименований.
Одна из ключевых характеристик — уровень напряжения по каждому из каналов блока питания.
Современны блоки питания ATX выдают напряжения +12, +5, +3.3 и -12В, а также дополнительное дежурное +5В и несколько дополнительные сигнальный линий. Если отклонение напряжения ниже чем 5-10% порог, значительно увеличивается вероятность появления сбоев в работе компьютера, или спонтанное пере загрузки во время загрузки на процессор либо видеокарту. Слишком высокое напряжение негативно сказывается на тепловом режиме работы преобразователей напряжения на материнской плате и платах расширения, а также способно вывести из строя чувствительные контроллеры винчестеров, или вызвать повышенный износ. В лояльном ATX Power Supply Design Guide по каналу +12В допустимо 10% отклонение при пиковой нагрузке, однако напряжение по каналу +12V2 (который обычно предназначается для питания процессора), не должно снизиться ниже +11 В. Однако на практике часто уже даже 11.6В вызывает сбои в работе видеокарт. Не менее важным является и контроль импульсных помех (пульсаций) напряжения на каждой из линий. Допустимые рамки описаны в стандарте как обязательные, согласно стандарту SSI EPS 2.
Узлы защиты от повреждений
Блок питания должен иметь схемы защиты, которые отключат основные выходы при нештатных ситуациях. Защита должна блокировать повторный запуск к повторному появлению сигнала включения на проводе PSON. Защита от перегрузки по току (Over Current Protection, OCP) обязательный для линий 3.3 5, 12 -12, 5(дежурное) минимальный порог срабатывания — 110%, максимальный 150%. При перегрузке блок обязан выключится и не включаться до появление сигнала включения. Защита от перенапряжения (Over Voltage Protection, OVP) также обязательна и должна отслеживаться внутри самого источника питания. Напряжение никогда не должно превышать указанные в стандарте в любой момент времени. Защита от перегрева (Over Temperature Protection, OTP) блоков питания не является обязательной функцией, потому весьма важно соблюдать условия эксплуатации источников питания в тесных корпусах или в местах с ухудшенной вентиляцией.
Современные блоки питания оснащаются рядом кабелей со стандартными разъемами, которые описаны в стандартах ATX и EPS. Материнская плата подключается 24-контактным (ранее был 20-контактный) разъемом с двухрядным расположением контактов, стандарта MiniFit. Конвертор напряжения питания процессора использует отдельный канал для питания, и оснащается 8\4-контактным разъемом MiniFit. Видеокарты используют кабели с напряжением +12В, с 6-ти и 8-ми контактными разъемами такого же типа, как и процессорный. SATA-устройства используют свой собственный проприетарный разъем с напряжениями +5, +3.3 и +12В. Периферийные устройства и старые накопители довольствуются давно существующими 4-контактными Molex с напряжениями +5 и +12В.
Многие производители упаковывают кабели в нейлоновую оплетку, которая аккуратно выглядит и более удобна. Иногда доходит и до крайностей, как у Topower с толстыми экранированными кабелями с пластиковой трубке, или до черных одноцветных шин как у блоков Ultra. Также модно делать кабели отключаемыми от блока питания, что якобы удобнее и позволяет избавиться от пучка просто свисающих от БП проводов. Но, во-первых, удобство спорно, хотя бы из-за плотности, с какой расположены разъемы для подключения модульных кабелей, да и большой возможности воткнуть кабель не в свой разъем, например подключив жесткий диск к разъему питания видеокарт. Хорошо если защита в блоке питания сработает раньше, чем сгорит винчестер, а если нет? А во вторых, часто меняют комплектующие и кабели в компьютере разве что энтузиасты-оверклокеры и заядлые игроки, проводящие апгрейд каждый месяц. К тому же модульные разъемы хоть и несильно, но ухудшают электрический контакт, появляется еще один узел, где возможен плохой контакт или замыкание, разъемы стоят денег и удорожают монтаж блока.
Почти все блоки питания оснащаются вентилятором для активного охлаждения компонентов внутри корпуса. Кроме этого, вентилятор также выбрасывает подогретый воздух внутри корпуса компьютера наружу в окружающую среду. Большинство современных источников питания имеют вентилятор размера 120мм, расположенный на нижней стенке кожуха. Все чаще встречаются модели с вентилятором 135 или даже 140 мм, благодаря чему можно добиться снижения уровня шума при сохранении эффективности охлаждения. Однако в старших мощных (более чем 700 Вт) моделях, как и раньше, применяется вентилятор типоразмера 80х80мм в задней торцевой стенке. Возможно также вариации с использованием разного расположения вентилятора, или применением нескольких вентиляторов. Почти все блоки оснащены схемой динамического управления оборотами вентиляторов, в зависимости от температуры внутри БП (чаще всего температуры радиатора с диодами стабилизатора). Некоторые производители рассчитывают и указывают мощность блока питания при сниженной температуре 25°С, или даже 15°С, и попытка нагрузить указанной мощностью подобный прибор при повышенной температуре окружающей среды может привести к неприятному финалу и порчи комплектующих и самого блока питания.
Это именно тот случай, когда примечание шестым пунктом снизу имеет значение.
Для проверки соответствует ли любой экземпляр блока питания рекламным заявлениям производителя, специально для обзоров был спроектирован и изготовлен испытательный стенд. Итоговый прибор, сравнявшись по стоимости с топовыми процессорами, в какой-то мере является микрокомпьютером, способным в автоматическом режиме проводить измерения всех каналов напряжения, отслеживать действующие на линиях токи и проводить всесторонние тесты узлов БП. Основные возможности стенда таковы:
» Включение\отключение блока питания, замер длительности включения\отключения блока
» Непрерывный мониторинг напряжений на всех каналах блока питания
» Непрерывный мониторинг токов на всех силовых каналах блока питания (кроме -12В)
» Непрерывное слежение за температурами внутри стенда и на выходе из БП
» Возможность подключения осциллографа, для замера пульсаций и слежения за шумом
» Отслеживание и защита от повреждений при аварийных ситуациях
» Возможность снятия кросс-нагрузочных характеристик и оценка по каждому основных напряжений.
» Приближенные к реальным условиям использования БП в ПК профили тестирования
» Модуль измерения характеристик электросети (сетевое переменное напряжение, частота и ток)
» Интерфейс для связи и управления к компьютеру USB 2.0
» Поддержка операционных систем Windows 2000/2003/Vista, включая 64-бит версии.
» Автономное сетевое питание от электросети 220В 50Гц
» Переносимость и небольшие габариты устройства.
Стенд имеет 8 каналов нагрузки, полностью управляемые, и способны потреблять ток более 30 ампер. Так как нагрузка стенда построена с использованием мощных полевых транзисторов, точность и возможности установки тока потребления легко варьировать в широких пределах. Шаг задания тока на всех каналах — 50мА, но при тестах в ручном режиме используются более большие шаги.
Все вентиляторы снабжены защитными решетками, чтобы защитить оборудование и любопытствующих от травм, поскольку мощный вентилятор с агрессивными лопастями подобен мясорубке. Шум от работающего на полной мощности стенда легко заглушает даже самые громкие системы охлаждения видеокарт и процессоров. Поэтому на данный момент никаких оценок и замеров шумности тестируемых блоков не проводится. Итоговая упрощенная схема подключения испытуемого блока питания представлена на рисунке
На рисунке отображены только два провода на блок нагрузки, однако на самом деле их двадцать, так как одновременно подключаются все имеющиеся каналы и линии.
Во время начальных испытаний стенд был смонтирован на монолитном алюминиевом радиаторе 500х122х38 мм.
В дальнейшем, для приближения тестовых условий работы изучаемого БП к реальным условиям использования внутри компьютера весь стенд собран внутри серийного компьютерного корпуса Thermaltake Soprano RS 100, с учетом модификаций шасси для крепления блоков стенда. Ведь в реальном компьютере, блок питания работает в сложных тепловых режимах, когда мощный процессор и видеокарты довольно значительно подогревают воздух внутри корпуса, а вентилятор блока питания уже горячим воздухом обдувает узлы блока питания. Тесты же блока питания вне корпуса не учитывают этого, и блоки работают в тепличных условиях даже при полной мощности нагрузки. В нашем стенде испытуемый блок питания устанавливается в заводское монтажное место, расположенное сверху слева, согласно стандарту АТХ. Подключаемые кабели от блока питания выводятся наружу к плате с разъемами через отверстие в крыше корпуса. Такой подход позволяет быстро менять схему подключения нагрузок, контролировать нагрев кабелей, подключать измерительные приборы для дополнительного контроля.
В нижней части, там, где в компьютерах располагаются системная плата с процессором, видеокартой и винчестеры в стендовом корпусе закреплены три массивных радиатора из алюминия, с установленными модулями нагрузок. На верхнем из них расположены нагрузки каналов +3.3 и +12V6, на среднем — три канала +12V1, +12V2, +5, а на нижнем оставшиеся +12V3, +12V4, +12V5 и дежурное +5Vstb. Радиаторы во время работы на полной мощности сильно разогреваются, вплоть до температур +100°С. Для охлаждения использовано шесть мощных вентиляторов типоразмера 120х120х38мм, со скоростью вращения крыльчатки около 4000-5000 оборотов в минуту, которые продувают весь корпус. Для защиты от перегрева в наиболее горячих точках установлено несколько температурных датчиков, которые непрерывно опрашиваются микропроцессором стенда.
Микропроцессорный модуль построен на базе 32-битного микроконтроллера с архитектурой ARM7, имеет 16 каналов АЦП, таймеры, 256КБ флеш-памяти для программ и большое количество различных интерфейсов.
Для установки тока по каналам применяется 8-битный ЦАП на 8 независимых каналов и модули усиления и фильтрации помех. Ряд светодиодов на плате индицируют состояние устройства, наличие напряжений, а также текущие режимы работы. Благодаря наличию портов отладки функционал и код программы может быть быстро изменен с помощью персонального компьютера и среды разработки.
Силовая плата с разъемами служит для подключения разъемов от блока питания к нагрузочным модулям, а также для мониторинга величин. Напряжения измеряются в точке подключения кабеля к нагрузке. На плате установлен 24-контактный разъем, 4 разъема PCI-Express с 8 контактами, один 8-контактный разъем под кабель питания процессора и восемь стандартных 4-контактных молексов. На каждом канале установлен дополнительно высокочастотный экранированный разъем SMA для подключения измерительный пробников, а также емкости, предусмотренные по стандарту для тестовых испытания (10мкФ танталовый и 0.1мкФ керамический).
Контролем сетевого напряжения поступающего на испытуемый блок питания, а также замером потребляемого активного и реактивного токов занимается отдельный модуль, питаемый от электросети автономно.
Для контроля возможно подключение знаково-цифрового индикатора со стандартным контроллером Hitachi HD44780 , либо совместимым аналогом. Электроника стенда связана с нагрузкой мощными толстыми проводами в прочной изоляции с хвостовиками под винтовой монтаж. Ведь ток потребляемый нагрузками только по каналу +12В может достигать 150 (!) ампер при полной мощности. Сварочные аппараты нередко рассчитаны на меньший ток.
Каждый из полевых транзисторов, используемых в нагрузке, способен рассеять 480Вт, при условии соответствующего теплоотвода от корпуса. Максимальный ток работы примененных FB180SA10 достигает 180А, при напряжении 100В. В импульсном режиме этот ток еще выше, поэтому запас по прочности у использованных компонент многократный, что значительно повышает надежность испытательного стенда..jpg)
За все время работы установки и тестов более тридцати различных блоков питания примененная элементная база функционировала безукоризненно.
Для управления работой стенда было специально разработано программное обеспечение с графическим интерфейсом под операционные системы семейства Windows 2000/2003 Server. Программа служит для задания параметров тестов, с возможностью как ручного управления, так и запуском автоматических программ и тестов. Мониторинг напряжений и токов выполняется непрерывно по запросу управляющей программы, а слежение и защита по температурным показателям микроконтроллер стенда выполняет полностью автономно, сообщая программе только текущие значения. При первом подключении стенда к компьютеру стандартным периферийным USB-кабелем Windows находит новое устройство и предлагает установить драйвер. После установки драйвера стенд полностью функционален.
После запуска и настройки программы управления на заданный порт и скорость связи можно увидеть главное окно.
Здесь же находятся регуляторы для установки тока по каждому из независимых каналов нагрузки, отображается текущее и расчетные величины мощности и тока, действующая мощность на выходе тестируемого блока питания, мощность на входе БП, эффективность работы, сетевые напряжение, ток и частота, 4 температуры с датчиков стенда, а также 2 скорости оборотов вентилятора. Для замера оборотов применяются бесконтактные оптические датчики оборотов. Также имеется таймер, считающий время, которое пробыл блок питания во включенном состоянии. Приблизительный вид главного окна может быть следующим:
Очень удобны для оценки качества стабилизации, так называемые графики кросс-нагрузочных характеристик (КНХ) блока питания. Они представляют собой трехмерный массив данных, где по оси Х (горизонтальная) отмечены величины суммарного тока нагрузки по +12В, по Y(вертикальная ось) отражает величину суммарного тока по +5 и +3.3В каналам, а сами точки в глубину отражают величину отклонения измеренного напряжения от идеального.
График для каждого напряжения измеряется и строится отдельно, таким образом, количество графиков равно количеству каналов у блока питания. Для наглядности и удобства каждый график отражает отклонение по точкам с помощью цвета, от -5% (темно-синий цвет точки) до +5% (темно-красный цвет). Отклонения не более 1% отображаются оттенками зеленого, превышения напряжения на 2-3% — оттенками красного и желтого, а понижение ниже идеального на 2-4% — голубыми цветами. Выражаясь более простым языком, чем «зеленее» график, тем меньше погрешности в стабилизации блока питания, тем ближе его напряжения к идеальным +12.0, +5.0, +3.3В. Напомним, по стандарту ATX 2.3 блок обязан укладываться в 5% допуск по напряжению, а по более жесткому серверному SSI EPS v2.91 — в 3% величину отклонения. Качественный блок с раздельной стабилизацией по каналам имеет примерно такой график:
Некачественные блоки обычно похожи на радугу разукрашку на графиках КНХ. В различных комбинациях токов и напряжений такие изделия то превышают допуски стандарта, выдавая слишком высокое напряжение, то наоборот, слишком занижают напряжения, также нарушая требования.
Кроме того КНХ позволяет увидеть, в каких комбинациях нагрузочных токов блок работает неустойчиво, либо вообще не способен функционировать. Не секрет, что некоторые мощные блоки питания даже не стартуют, если на определенных каналах нет минимально необходимой нагрузки. С этим сталкивались владельцы современных блоков питания при попытке их подключить к устаревшим ныне системам на базе платформ Socket 478, Socket 462 и подобных. Снятие же КНХ без стенда, в ручном режиме заняло бы не один месяц работы даже для одного блока питания, не говоря уже о каком-либо тесте нескольких блоков питания. Ведь установку всех токов стенд проводит меньше чем за 250 микросекунд, а оператору-человеку потребовались бы минимум минуты, чтобы только выкрутить все регуляторы на нагрузках на нужные значения, и еще потратить массу времени и сил на запись результатов измерения и занесения их в таблицу точек. Стенд с процессорным управлением же справляется с построением уже готовых шести графиков КНХ для блока питания мощностью тысячу ватт за 18 минут.
Все последующие материалы-тесты и обзоры блоков питания будут использовать описанные в текущей методике стенд и оборудование для проведения всех тестов. По мере обновления и усовершенствований материал будет дополняться и расширяться. На данный момент собранный и готовый к использованию экземпляр испытательного стенда возможно приобрести в облегченной конфигурации для нужд испытаний и тестирования блоков питания, для чего достаточно связаться с автором. Описанный в текущей статье прототип используется уже более года и зарекомендовал себя как надежный и удобный инструмент для оценки параметров импульсных блоков питания.
X12V Power Supply Design Guide, version 2.2
SSI EPS Power Supply Design Guide, version 2.91
cyclone, за предоставленные возможности и посильную помощь
iZerg, за ценные рекомендации и бесценный опыт
J-34, за поддержку в создании прототипа
А также компании ATMEL, ALTERA, Intel, Tektronix, International Rectifier за отличные изделия.
Автор — Цеменко Илья
Обсуждение материала ведётся тут
Подробное описание испытательного оборудования блока питания
— Как мы тестируем блоки питания — Tom’s Hardware
При покупке по ссылкам на нашем сайте мы можем получать партнерскую комиссию. Вот как это работает.
Chroma Electronic Loads
Изображение 1 из 3
Проверка блоков питания
Некоторые обозреватели блоков питания используют розничные решения (такие как Sunmoon 268 — 5500 — 8800, Fast Auto, загрузчики RedTech и т. д.), в то время как другие используют лаборатории производителя, которые обычно оснащены полностью автоматическими станциями Chroma. Мы находим этот подход ошибочным, поскольку не можем не задаться вопросом, как можно провести беспристрастную проверку блока питания при тестировании в лабораториях конкурентов, и в большинстве случаев не имея возможности самостоятельно управлять оборудованием.
Есть также рецензенты, которым удалось создать свои собственные загрузчики. Однако результаты их испытаний сомнительны, поскольку их невозможно воспроизвести.
Мы считаем надежными результаты испытаний только те, которые могут быть воспроизведены в другой лаборатории с использованием того же оборудования. Для проведения тестов, которые можно воспроизвести, необходимо использовать общедоступное, а не заказное оборудование.
Электронные нагрузки — самый важный и второй по стоимости компонент в нашей лаборатории. Нагрузочный тестер моделирует нагрузку (статическую или динамическую) и дает нам возможность нагрузить блок питания до его пределов.
Все измерения выполняются с использованием двух полностью оборудованных станций Chroma. Первая станция Chroma способна выдавать нагрузку до 2500 Вт и состоит из двух 6314A мэйнфреймы, оснащенные следующими электронными нагрузками: шесть 63123A [по 350 Вт каждая], одна 63102A [100 Вт x2] и одна 63101A [200 Вт].
Вторая станция Chroma может обеспечить нагрузку более 4 кВт и состоит из двух основных блоков 63601-5 и одного 63600-2 . Вышеупомянутые мэйнфреймы содержат десять электронных нагрузок 63640-80-80 [400 Вт] вместе с одним модулем 63610-80-20 [100 Вт x2].
Электронные нагрузки были бы бесполезны, если бы у нас не было соответствующего приспособления для тестирования, к которому подключаются разъемы блока питания. Другими словами, это тестовое приспособление является мостом, соединяющим тестируемый блок питания с электронными нагрузками.
Программа контроля и управления
Для контроля и управления нашими нагрузками Chroma, наряду с остальным оборудованием (осциллографы, регистраторы температуры, регистраторы данных, анализатор мощности, нагревательные элементы горячих камер и т. д.), мы разработали пакет программного обеспечения, который также может записывать и анализировать все выходные данные.
Разработка этой программы началась в начале 2010 года и до сих пор продолжается, поскольку новые функции добавляются регулярно, а старые улучшаются. Пакет программного обеспечения предоставляет еще больше возможностей для нагрузок Chroma, которые мы используем, делая процедуру тестирования PSU намного проще и в то же время точнее. Еще одним преимуществом этого программного обеспечения является то, что его можно легко адаптировать к различным типам электронных нагрузок и испытательного оборудования. Так что если в будущем мы решим перейти на другую тестовую платформу, процесс перехода будет практически безболезненным.
Изображение 1 из 3
(Изображение предоставлено Tom’s Hardware)Chroma 6530 AC Source
Это самая дорогая часть нашего испытательного оборудования, превосходящая даже стоимость обоих наших мейнфреймов Chroma вместе с их нагрузками. Тем не менее, он полностью оправдывает свою высокую стоимость, предоставляя нам возможность моделировать различные условия помех в сети.
Это позволяет нам моделировать сложную форму сигнала сетевого питания, если это необходимо, обеспечивая при этом стабильное входное напряжение. Он также отфильтровывает большинство внешних шумов от электросети, которые могут серьезно искажать измерения пульсаций.
Кроме того, источник переменного тока, такой как Chroma 6530, способен имитировать всевозможные провалы напряжения, прерывания и изменения формы волны, показывая реакцию блока питания при аналогичных сценариях. Наконец, этот источник переменного тока может обеспечивать мощность до 3 кВт, что облегчает оценку любого блока питания, доступного сегодня на рынке (даже 2-киловаттного блока Super Flower) без малейших проблем.
Помимо источника переменного тока Chroma 6530, в нашем распоряжении имеется более дешевый Chroma 61604, обеспечивающий мощность до 2 кВт. Этот источник переменного тока был доведен до предела во время оценки блоков питания мощностью более 1,5 кВт, поэтому мы заменили его более мощным Chroma 6530.
Наше испытательное оборудование также включает в себя регулируемый трансформатор (вариак), способный выдавать до 3 кВт.
Измеритель мощности/анализатор
Изображение 1 из 3
Измеритель мощности выполняет только основные функции, в то время как анализатор мощности представляет собой сложную и дорогую часть оборудования, способную обеспечивать точные измерения мощности и гармоник. Мы используем два анализатора мощности N4L (PPA1530 и PPA5530) для точного измерения мощности (переменного тока), которую блок питания получает от электросети, а также других важных параметров, таких как коэффициент мощности и переменное напряжение/ампер. Зная известное энергопотребление на стороне постоянного тока, мы можем легко рассчитать эффективность (Вт постоянного тока/Вт переменного тока) блока питания в режиме реального времени с помощью нашего программного пакета для тестирования. Наш анализатор резервного питания — Yokogawa WT210.
Каждому исследователю блоков питания нужен хороший измеритель мощности или, в идеале, анализатор мощности с высокой частотой дискретизации.
Видите ли, иногда этап APFC блока питания может быть сложным, что приводит к неточным показаниям с дешевыми Kill-a-Watts. К сожалению, анализатор мощности стоит довольно дорого. Но если вы хотите иметь точные показания, особенно при малых нагрузках (<100 Вт) или требовательных (>1000 Вт), то у вас нет другого выбора. В качестве запасных у нас есть GW Instek GPM-8212, один из лучших измерителей мощности в своей цене, и анализатор мощности Prova WM-01. Нашим основным инструментом для измерения электрических характеристик блока питания является Yokogawa WT210, который передает данные непосредственно в программу управления/мониторинга, что позволяет рассчитать эффективность блока питания в режиме реального времени.
Осциллограф
Для измерения пульсаций напряжения на шинах постоянного тока при статических или динамических (переходных) нагрузках осциллограф является дорогой с односторонним движением. Раньше большинство обозревателей блоков питания использовали Stingray DS1M12 с ограниченной полосой пропускания (250 кГц), потому что он был доступен по цене и неплохо справлялся со своей задачей.
Однако для тестирования быстродействующих переходных характеристик необходим осциллограф с более широкой полосой пропускания. Мы используем осциллограф Picoscope 3424 и дифференциальный осциллограф Picoscope 4444 для измерения пульсаций и переходных характеристик, а наши тесты удержания проводятся с помощью осциллографа Keysight DSOX3024A.
Изображение 1 из 4
Анализатор спектра
Анализатор спектра (SA) — это часть оборудования, которое измеряет амплитуду входного сигнала в зависимости от частоты, и его основная цель — измерение мощности сигнала. В SA по горизонтальной оси отложена частота, а по вертикальной оси показана амплитуда. У нас есть SA в нашей лаборатории для выполнения некоторых базовых тестов EMC Pre-Compliance. Наш основной SA — это Signal Hound BB60C, который отличается отличной производительностью и в то же время не обходится в кругленькую сумму. BB60C имеет довольно широкий диапазон, по крайней мере, для наших целей, от 9кГц до 6 ГГц, а его динамический диапазон составляет от -158 дБмВт до +10 дБмВт. Предоставленное программное обеспечение, называемое Spike, простое в использовании и предоставляет множество интересных функций. Помимо SA мы также получили две антенны Aaronia, одну всенаправленную (OmniLOG 70600) и однонаправленную (HyperLOG 7060). Мы хотим поблагодарить Aaronia за предоставление нам этих антенн со значительной скидкой. Нам нужно много дорогостоящего оборудования, чтобы проводить надлежащие проверки блоков питания, и мы очень ценим, когда компания поддерживает нас.
Изображение 1 из 4
Здесь мы хотели бы отметить, что анализатор спектра BB60C был любезно предоставлен компанией Signal Hound, и самое меньшее, что мы можем сказать им, это огромное спасибо за их поддержку.
В нашем распоряжении также есть Rigol DSA815-TG, который может быть не полностью совместим с требованиями CISRP 16-1-1, но все же может использоваться для эффективной проверки ЭМС устройства. DSA815-TG является одним из лучших недорогих приемников электромагнитных помех, доступных сегодня на рынке, и предлагает функции, которые несколько лет назад можно было найти только в сверхдорогом оборудовании.
Мы хотели бы поблагодарить Rigol за предоставление нам опции EMI, которая позволит нам легко выполнять все необходимые тесты.
Устройство LISN и датчики электромагнитной совместимости
Для правильного выполнения предварительных испытаний на соответствие электромагнитной совместимости нам необходимо устройство LISN (сеть стабилизации импеданса линии), которое вкратце представляет собой фильтр нижних частот, удаляющий все нежелательные шумы от сети переменного тока. линия, которая питает тестируемое устройство (в данном случае блок питания). Кроме того, устройство LISN обеспечивает стабильный импеданс линии вместе с разъемом для измерения РЧ (радиочастотного) шума, к которому мы можем подключить наш SA для измерения электромагнитных помех. Помимо LISN, в нашем распоряжении имеется набор датчиков ЭМС, который поставляется с широкополосным усилителем. С помощью этих зондов мы можем найти источники помех внутри любого устройства, поскольку они действуют как антенны, улавливающие излучение электронных компонентов, даже следы печатных плат.
И устройство LISN, и набор датчиков ЭМС были любезно предоставлены компанией Tekbox Digital Solutions, и мы очень благодарны им за поддержку.
Изображение 1 из 4
Мультиметр
Хотя почти все нагрузочные тестеры оснащены собственными измерителями тока/напряжения, хороший мультиметр всегда полезен при проверке блока питания. Он не обязательно должен быть 4,5-значным. Однако его необходимо недавно откалибровать, чтобы обеспечить точные значения.
Изображение 1 из 3
В нашем распоряжении большое количество мультиметров, в том числе модель Fluke высокого класса с точностью 4,5 разряда (289), мультиметр среднего класса (175) и высококачественный настольный мультиметр с точностью 5,5 разряда (Keithley 2015 TDH). ). У нас также есть многофункциональное устройство сбора данных (DAQ) Labjack U3-HV для получения некоторых показаний в реальном времени от тестируемого блока питания. Наконец, у нас есть устройство DMMCHECK Plus, с помощью которого мы можем проверить точность всего оборудования, используемого для измерений.
Горячая камера
Мы твердо убеждены, что нет смысла измерять блок питания при комнатной температуре, так как он проведет всю свою жизнь в корпусе, температура которого будет намного выше. Итак, наиболее интересные результаты тестов получены при работе блока питания при температуре окружающей среды выше 40 градусов Цельсия (104 градуса по Фаренгейту). В спецификации ATX указано, что блок питания должен работать при температуре окружающей среды от 10 до 50 °C (от 50 до 122 °F) при полной нагрузке с максимальной скоростью изменения температуры 5 °C (41 °F) за 10 минут. , но не более 10 °C (50 °F) в час.
Организация 80 PLUS проверяет эффективность только при температуре окружающей среды всего 23 °C (73,4 °F), что, по нашему мнению, слишком низко для этой цели. Производительность при высоких рабочих температурах — вот что отличает хорошие блоки питания от посредственных и плохих. Хорошо сконструированный блок питания должен иметь возможность непрерывно выдавать полную мощность при температуре до 50 ° C (122 ° F), в то время как менее качественные могут зависать только при температуре до 40 ° C.
Наконец, низкокачественные блоки питания ограничены температурой 25 °C (77 °F).
Чтобы установить стандарт для наших обзоров блоков питания, мы решили провести испытания с полной нагрузкой при 45 °C (113 °F). В случае, если блок питания взрывается или показывает очень плохую производительность в вышеуказанных условиях, мы отмечаем это в обзоре и вычитаем соответствующие баллы производительности из его общей оценки производительности.
Для проведения испытаний при высоких температурах окружающей среды необходима климатическая камера. Мы сконструировали собственный хотбокс с нагревательными элементами, которые управляются программным обеспечением и могут работать в полностью автоматическом режиме. То есть мы устанавливаем желаемую температуру, и нагревательные элементы работают соответственно, чтобы удерживать ее в заданном диапазоне.
Цифровой термометр/регистратор температуры
Точный цифровой термометр или регистратор температуры необходим для измерения температуры на входе и выходе блока питания.
Для этой цели мы используем регистратор температуры Pico TC-08 с восемью входами для датчиков и в качестве резервного термометр CHY 502 с двумя входами для термопар.
Шумомер/анализатор
Подобно измерителю мощности и корпусу анализатора мощности, разница между шумомером и анализатором звука огромна. Шумомер может сообщать только об основных измерениях звука, в то время как анализатор звука обеспечивает подробный анализ выходного шума, включая частотный анализ, звук и вибрацию БПФ, запись звука и т. д.
Изображение 1 из 2
Американский национальный институт стандартов (ANSI) классифицирует шумомеры по трем различным типам: 0, 1 и 2. Тип 0 используется в лабораториях, а тип 1 используется для точных измерений в полевых условиях. и тип 2 для измерений общего назначения. Лучшие шумомеры Типа 2 обычно имеют точность ± 2 дБ (А), в то время как шумомер Типа 1 обычно имеет точность ± 1 дБ (А). Стандарты МЭК делят шумомеры на два «класса». Приборы класса 1 имеют более широкий частотный диапазон и более жесткую устойчивость к ошибкам, чем более дешевые устройства класса 2.
Другим важным фактором измерения шума является то, насколько «низким» может быть шумомер. Например, большинство недорогих шумомеров просто не могут измерить уровень ниже 30 дБ(А) из-за низкокачественных микрофонов. Чтобы иметь возможность измерять ниже этого, вам нужно инвестировать в хороший измеритель типа 1 или класса 1 с приличным микрофоном.
Наш анализатор звука Brüel & Kjaer 2250-L G4 класса 1 оснащен микрофоном типа 4189, который позволяет измерять уровень шума до 16,6 дБ(А). Чтобы полностью использовать его возможности, мы построили мини-безэховую камеру, внутри которой мы смогли измерить до 17 дБ(А) в тихие часы. Однако хороший звуковой анализатор бесполезен, если он не калибруется регулярно (в идеале, перед любым измерением звука). По этой причине мы используем звуковой калибратор Brüel & Kjaer типа 4231, который обеспечивает точность калибровки ± 0,2 дБ(А).
Инфракрасная камера
(Изображение предоставлено Tom’s Hardware). выступление фаната.
Мы используем Fluke Ti480 PRO с разрешением 640 x 480 пикселей.Инструменты для пайки и демонтажа
Изображение 1 из 2
В дополнение к необходимому испытательному оборудованию у нас также есть инструменты для полной разборки блока питания для проверки качества сборки. Мы используем Thermaltronics TMT-9.Паяльно-ремонтная станция 000S. У нас также есть демонтажный пистолет Hakko 808, демонтажная станция AOYUE 474A и паяльная станция Weller WSD 81.
БОЛЬШЕ: Лучшие блоки питания
БОЛЬШЕ: Все статьи блоков питания
БОЛЬШЕ: Блоки питания в Форумы
Текущая страница: Детальное описание испытательного оборудования блока питания
Оценка функций защиты предыдущей страницы Следующая страница Проверка блока питания — это тяжелая работа! Присоединяйтесь к экспертам, которые читают Tom’s Hardware, чтобы быть в курсе новостей компьютерных технологий для энтузиастов, и делают это уже более 25 лет.
Мы будем присылать вам последние новости и подробные обзоры процессоров, графических процессоров, искусственного интеллекта, аппаратного обеспечения производителя и многого другого прямо на ваш почтовый ящик.
Арис Мпицциопулос — пишущий редактор Tom’s Hardware US, занимающийся блоками питания.
ТемыБлоки питания
Проверка целостности шнура питания — Руководство по ремонту iFixit
Отсоедините шнур питания от игровой консоли и от розетки переменного тока. Невыполнение этого требования может привести к поражению электрическим током или смерти.
org/HowToDirection»>Установите мультиметр в режим проверки непрерывности .
Настройка обозначена диодом или символом звуковой волны, как показано на рисунках. Если глюкометр установлен в правильный режим, вы должны услышать звуковой сигнал глюкометра, когда провода соприкасаются друг с другом.
Убедитесь, что положительный провод подключен к розетке вольтметра/омметра.
Редактировать
org/HowToDirection»>Проверка потенциального обрыва цепи путем прикосновения одним проводом мультиметра к одному из штырей шнура питания со стороны переменного тока. Используйте другой провод, чтобы коснуться одного конца шнура питания со стороны консоли.
При правильном электрическом соединении мультиметр издает непрерывный звуковой сигнал. Короткий звуковой сигнал нео означает, что есть непрерывность. Если он не подаст звуковой сигнал в первый раз, попробуйте коснуться проводом другого контакта.
Повторите приведенные выше указания в шаге 2 для другой розетки и штыря шнура питания.
org/HowToDirection»>Если мультиметр не подает звуковой сигнал ни в одном из описанных выше случаев, шнур питания разомкнут. Другими словами, вам нужно будет заменить кабель питания.
Редактировать
После того, как вы убедились, что шнур питания обеспечивает надлежащее электрическое соединение, вам необходимо проверить, не закорочен ли кабель.
Проверьте наличие короткого замыкания , прикоснувшись к каждому штырю на стороне переменного тока шнура питания.
Ваш комментарий будет первым