全漢皇鈦極650W模組化白金電源簡介及測試

LSI狼 · 2013-3-2 15:14

繼金鈦極AURUM系列80PLUS金牌認證電源產品後，全漢再度推出進階版-皇鈦極AURUM 92+ PLATINUM，內部結構經過微調，提升轉換效率，達80PLUS白金級水準，並加上半模組化線材管理設計
此系列總共有450W/550W/650W三款機種，以下是輸出650W的PT-650M簡介及測試

彩盒正面，黑色底中央印上產品實體照片，左上角FSP商標採燙銀鏡面印刷，商標下方印上"皇鈦極"銀色字樣，左下印上80PLUS白金認證標誌、5年產品保固及全日系電容字樣，右上印上英文系列名稱及編號，右下則印上輸出瓦數及模組化線材設計字樣
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彩盒背面，印上各路輸出規格表、轉換效率圖、運作噪音圖，並以繪圖說明提供接頭種類數量、分配情形及所附線材長度
這款同樣也採FSP自行設計的MIA(Multiple Intelligence Ability)控制IC作為其核心，其他還有箭頭狀開孔、混和式12V迴路設計、12公分液態軸承風扇、主動PFC、105度日系電容、扁平狀模組化線材、提供完整保護、3.3V/5V/12V輸出控制(POST SR)等各項特色，另外皇鈦極除80PLUS白金認證外，也通過2013 ErP/EuP認證
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彩盒頂面印上FSP商標、產品英文系列名稱及型號
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彩盒底面以27種語言印上"有關產品詳細規格，請瀏覽FSP官方網站"字樣
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抽掉彩盒後，內部黑色包裝盒也印上FSP商標及官方網站網址
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包裝內容一覽，有電源本體、安規電源線、模組化線材、產品安裝說明，小零件包內有裝飾貼紙、尼龍束線帶及固定螺絲
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電源本體外觀採特殊烤漆處理
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後方散熱出風口採用ARROW FLOW的設計，孔洞外型如其名為箭頭型，電源輸入插座與電源總開關也安置於此
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外殼兩側均有FSP商標浮水印，也有開幫助對流的小孔
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電源內側外殼有模組化線材用輸出插座，也有開一些箭頭狀孔洞，出線孔部分有造型化處理
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風扇護網不是採用常見的圓形，而是採用多邊型，中央加上FSP商標銘牌，其邊緣處加上銀色塑膠裝飾條，左右兩邊處有額外開一些對流用孔
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輸出規格標籤上下也有加上銀色造型圖樣，12V採四路配置，12V最大輸出為576W，標籤上右邊表格標示各路12V所連接對應的接頭
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電源本體直出線組，提供一組ATX 24P、一組CPU12V 4+4P及一組PCIE 6+2P，線路長度ATX 24P與PCIE 6+2P為56公分，CPU12V 4+4P為64公分，三組線材均採黑色隔離網包覆處理
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另外一條PCIE 6+2P採扁平狀模組化線材配置，長度為56公分
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SATA裝置電源接頭，兩組模組化線路提供9個SATA接頭，其中一組採用扁平狀線材，上方配置5個直式SATA接頭，線路長度至第一個接頭為54公分，接頭與接頭間長度為15公分；另一組採用傳統隔離網包覆的模組化線路提供4個直角刺破型SATA接頭，線路長度至第一個接頭同樣為54公分，但接頭與接頭間長度僅為5公分，是特別設計給多顆硬碟裝於同一硬碟架上的短距離配置使用
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4P裝置電源接頭，兩組模組化線路提供4個傳統大4P及1個小4P，採用扁平狀線材設計，線路長度至第一個接頭為54公分，接頭與接頭間長度為15公分
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將所有模組化線材插上模組化輸出插座的樣子
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內部結構圖，基礎架構同金鈦極，主功率級一次側採用主動鉗位順向式(Active Clamp Forward)結構，搭配二次側同步整流輸出5V及12V，並從二次側5V繞組經由一組AC-DC電路輸出3.3V
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使用永立電機MGA12012HF-A25 12V 0.45A 12公分液態軸承風扇帶動散熱氣流
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交流插座輸入端及電源總開關後方焊點均完整包覆絕緣套管
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主電路板輸入端保險絲及突波吸收器同樣也有絕緣套管包覆
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在主電路板交流輸入端的EMI電路上使用一顆POWER INTEGRATIONS出品的CAPZero系列零損失X電容自動放電IC，減少傳統並聯在X電容上放電用電阻所造成的功率損失，EMI濾波電路可以採加大X電容來增強雜訊過濾能力，同時免除被電擊的危險
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橋式整流器與金屬散熱片鎖在一起後用絕緣膠帶包住，整流器交流端加上兩顆磁芯
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APFC電路區，將整流後電壓提高，並修正電流波型，使整體功率因數接近1，右側APFC電感採封閉磁芯式設計
位於APFC電感與輸出電容間為緩衝用輔助電感及諧振電容，其主要工作在開關切換的瞬間，與開關管輸出電容進行諧振，將輸出電容儲存的能量轉移至輔助電感中，能為功率元件提供較溫和的切換條件，降低功率元件承受的應力，提高可靠性
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APFC用開關晶體採用兩顆英飛凌IPA60R125P低損失MOSFET並聯
皇鈦極與金鈦極最大不同的地方，就是APFC電流偵測元件由原本的電阻改用CT(比流器，Current Transformer，照片中的紅色小型環狀電感)，可避免電阻偵測造成的損失，進而提高效率
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APFC輸出電容採用NCC(日本化工)KMR系列450V 390uF 105度電解電容
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一次側主動鉗位使用的開關晶體，主開關為英飛凌17N80C3，副開關為FAIRCHILD FQPF3N80C，前方紅色小環形電感是一次側開關晶體電流偵測用比流器(金鈦極架構採用電阻偵測)
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散熱片另一面固定輔助電源電路用開關晶體APEC 03N70I
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FSP自製MIA(Multiple Intelligence Ability) IC，其中編號6600提供PFC、PWM及輔助電源電路的控制功能，於PFC電路端具備雙迴路過電壓保護機制及ZCS(零電流交換)控制，提高電路效率
但因為皇鈦極與金鈦極在轉換效率上的差異，推測此顆IC應有進行小幅度改良
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主要變壓器(左)與輔助電源電路變壓器(右)，兩顆變壓器中間為隔離變壓器，提供一次側6600與二次側FSP6601間PWM信號同步連結及一次側開關晶體驅動
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主變壓器左方Y型散熱片上固定兩顆TO-220包裝的二次側用同步整流MOSFET，並將其S極直接焊接在接地的散熱片上，減少電流傳導路徑的損失
另外有四顆TO-252包裝的英飛凌031N03L MOSFET安裝在電路板背面，同樣是用於同步整流電路及AC-DC轉換電路
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變壓器二次側有兩組輸出繞組，經兩組同步整流電路輸出5V及12V，並共用一組耦合儲能電感(左中)達成輸出調節，3.3V則是由"變體"的磁性放大電路，由開關晶體取代傳統磁性放大電感及SBD二極體，並有獨立儲能電感(右中)，構成高效率AC-DC轉換器，直接在變壓器5V輸出端轉換出3.3V
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FSP6601 MIA IC則提供了二次側同步整流及3.3V降壓電路的驅動與控制
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12V與5V端的CLC濾波電路
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電路板背面有四顆精密型分流電阻，與電源管理IC搭配進行四路12V輸出電流偵測
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右方輸出線組接點處並未包覆絕緣套管
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模組化輸出插座電路板正面，右方還有另外一組插座的預留焊點
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模組化輸出插座電路板背面電路敷錫加強載流能力
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電源管理電路安裝於獨立子板上，使用WELTREND WT7579六通道(3.3V/5V/四路12V)電源管理IC，進行各輸出電壓、電流、短路監視，並接受來自PS-ON信號控制及產生PG信號
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雖然整顆電源的功率級及控制電路均使用NCC(日本化工)的電解電容，不過電源管理電路子板上的小型電容為非日系產品
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接下來就是上機測試

測試一：
使用標準電腦配備實際上機運作，並使用SANWA PC5000數位電表透過電腦連線截取3.3V/5V/主機板12V/處理器12V電壓變化，並繪製成圖表

測試配備：
處理器：Intel Core 2 Quad QX6700 @ 3.6GHz(400*9) 1.45V
主機板：ASUS MAXIMUS II GENE
記憶體：Transcend JM800QLU-2G * 2
顯示卡：3870X2
硬碟：WD 3600ADFD(36G 10000RPM) + WD WD2000JD(200G 7200RPM)
其他：水冷幫浦 * 1、12公分風扇 * 5、8公分風扇 * 2

3.3V電壓記錄
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5V電壓記錄

主機板12V電壓記錄
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處理器12V電壓記錄
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測試二：
使用電子負載，測試輸出的轉換效率，電子負載機種為ZenTech 2600四機裝，每機最大負荷量為60V/60A/300W，分配為一組3.3V、一組5V及兩組12V
測試從無負載開始，各機以每5安培為一段加上去，直到電源無法承受或是達到電子負載極限(12V各25A，3.3V/5V則受限於電源本體輸出能力)
使用設備為ZenTech 2600四機電子負載(消耗電力)、HIOKI 3332 POWER HiTESTER(測試交流輸入功率)、PROVA CM-01交直流勾表(測試輸出電流)、SANWA PC5000數位電表(測試輸出電壓)

各段輸出效率表如下：
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測試三：
使用電子負載進行動態負載測試，動態負載就是讓輸出電流呈固定斜率及週期進行高低變化，並使用示波器觀察電壓變動狀況，目的是考驗電源暫態響應能力
使用設備：Tektronix TDS3014B數位示波器
各路動態負載參數設定
12V與5V：最高電流20A，最低電流2A，上升/下降斜率為1A/微秒，最高/最低電流維持時間為500微秒
3.3V：最高電流15A，最低電流2A，上升/下降斜率為1A/微秒，最高/最低電流維持時間為500微秒
示波器中黃色波型為電流波型，藍色波型為電壓波型，垂直每格500mV，水平每格200微秒
藍色波型在黃色波型交接處擺盪幅度最小、次數越少、時間越短者，表示其輸出暫態響應越好

12V
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5V

3.3V

結論：
1.因結構承襲金鈦極，同樣為5V/12V採共用變壓器、雙同步整流輸出、共用儲能電感，3.3V採用AC-DC交換方式，使5V/12V交叉調整率較差，在目前以12V用量為主的電腦配備上有5V不降反升、12V降幅較明顯的狀況

2.基於金鈦極的結構進行了電流偵測的改善，轉換效率更上一層，80PLUS白金認證為90(20%)-92(50%)-89(100%)，皇鈦極實測效率為93.71(20.9%)-94.53(52.1%)-91.16(105.1%)，落在80PLUS白金認證效率帶內，尤其在20%輸出就已經有逼近94%的效率，50%輸出時更有接近95%的表現，直到滿載前都仍維持在92%以上，與同瓦數的金鈦極比起來大約有1.5%~2%的提升

3.電源轉換效率雖高，但風扇仍舊採常時運轉，應可導入低瓦低溫下風扇停轉的HYBRID模式控制

4.5V/12V的動態負載測試，因為共用變壓器與儲能電感，所以有相似的電壓變動波形，但5V輸出電壓維持狀況較佳，而3.3V輸出電壓明顯不同於12V/5V，追隨負載變動速度較慢，幅度也比較大，與之前採用金鈦極架構的機種測試結果比較起來有明顯差異

5.電源在超過120%輸出時，仍不會關閉輸出，過功率保護部分設定過於寬鬆

優點：
1.效率往上提升了一個檔次(金牌→白金)，20%範圍就已經有不錯的轉換效率(>93%)，靠近五成負載的範圍也有94%以上的效率
2.產品提供五年保固
3.內部用料達一定水準
4.扁平狀線材加上半模組化設計，線材整理方便性佳
5.SATA線提供兩種配置以供不同安裝場合應用

缺點：
1.結構設計導致5V/12V牽制情形嚴重，影響交叉調整率
2.效率已經提高至白金，應可研究導入HYBRID模式風扇控制
3.輸出超過120%仍未關閉，過功率保護過於寬鬆
4.3.3V動態負載表現與之前測試過的金鈦極架構機種比較起來，有明顯差異
5.僅功率級及控制電路使用日系電容，漏掉幾個電源管理電路子板上的，"全日系電容"嚴格來說要打點折扣

報告完畢，謝謝收看

007 · 2013-3-2 16:04

電源管理電路子板上的小型電容非日系

好像有些廠商有時都這樣搞

好像因為電源管理電路立板,是一些機種都通用的,頂多寫入的東西不同之類的
所以導致有這種狀況?

或者電路子板也是日系的,但比起母板1,2次側用的可耐5000~10000小時以上日系電容型號(大電容除外)
子板卻只用約2000小時左右的日系型號