Netzteiltest mit Oszilloskop

Reina

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Hi folks,

Ich möchte hier einen kleinen Ausgangsspannungs-Oszillogramm-Test meiner PC-Netzteile veröffentlichen, wie man ihn sonst leider nirgends findet. Sicher, der Eine oder Andere wird vielleicht sein favorisiertes Netzteil sowie die Erörterung diverser weiterer Testkriterien vermissen. Aber das könnte ja dann im kommenden Netzteil Round-Up aufgegriffen werden...

Testgeräte:
FSP 350W OEM Netzteil AO350-12AHNF (neue Generation, =FSP350-60PN?] [*]
Elan Vital Greenerger 400W
mein modifiziertes NoName Netzteil (max. 250W)


[*] im FSP Netzteil habe ich einen Ausgangselko der 12V Schiene gegen einen besseren ersetzt (1800uF 16V ultra lowESR statt 1000uF 35V lowESR).

Test-PC-System:
Athlon XP-M 216*10.5 = 2268 MHz, 1.625V auf Nforce2-Board
Radeon 9600xt
200 GB Maxtor DM9
Benq 1640 DVD+RW

Max. Leistungsbedarf nur ca. 100W, die folgenden Messwerte würden sich mit kräftigeren Systemen also entsprechend verschlechtern.

Ausgangsbetrachtung:

kontinuierliche Last durch Primetest - MB-Sensor Daten:

Netzteil, 12V Leerlauf, 12V Prime95 InPlace-Test
FSP 350W, 12.06, 12.00V
Greenerger, 400W 11.98, 11.93V
250W-Mod, 12,10, 12,04V


Hier offenbaren sich kaum Unterschiede. Alle Netzteile scheinen ähnlich gut. Nur das Greenerger hat eine etwas schwache 12 V Linie.

Ich möchte im Folgenden das Verhalten bei stark schwankende Lastszenarien sowie die Ripplespannung bei normaler, kontinuierlicher Belastung mit einem Oszillokop untersuchen. Aufgund beobachteter starker Lastschwankungen des PCs zur Laufzeit wählte ich für den ersten Test Car Chase aus dem 3Dmark 2001.

Erklärung zu den Tests:

Die 3Dmark01 Oszillogramme zeigen die Spannungsschwankungen auf der 12V Schiene der Netzteile über einen Zeitraum von 20 ms. Die grafischen Effekte des Benchmarks verursachen starke Stromschwankungen und ich beobachte das Lastregelverhalten der Netzteile dabei. Hier zeigt sich, wie stabil die Netzteilelektronik auf Laststromänderungen reagiert.

Die Prime95 Oszillogramme zeigen die Restwelligkeit auf der 12V Schiene der Netzteile über einen Zeitraum von 0.1 ms (quasi in Zeitlupe). Schaltnetzteile basieren ja auf schnellen An/Aus-Schaltern und müssen die Spannungspulse im Ausgangsfilter erst zu einer Gleichspannung filtern. Die Diagramme zeigen wie sauber die Ausgangsspannung am Netzteilsausgang bei normaler, kontinuierlicher Last ist.

FSP 350W

3Dmark 2001
fsp350-3d01.jpg

Ripple 140 mV pp

Prime95
fsp350-p95.jpg

Rippe 60 mV pp

Trotz meiner Modifikation immer noch recht hoher Ripple aufgrund nicht sehr guter Ausgangselkos. Ihre exotisch schmalen Abmessungen verunmöglichen leider ein komplettes Ersetzen.

EV Greenerger 400W

3Dmark 2001:
green400-3d01.jpg

Ripple ca. 40 mV pp

Respekt...

Prime 95
green400-p95.jpg

Ripple ca. 30 mV pp

sehr geringer Ripple, aber integrierter HF-Störsender aufgrund fehlender 12V Ausgangsdrossel:
green-p95-dark.jpg

feine HF-Spikes bis ca. 300 mV pp

Sowas bringt sicher kein PC zum abstürzen, kann jedoch die Funktion anderer Geräte oder Komponenten beeinträchtigen. 8-(

NoName 250 W Netzteil-Mod

3Dmark01
reinamod-3d01.jpg

Ripple 80 mV pp

Prime 95
reinamod-p95.jpg

Ripple 30 mV pp



---
Experiment - Testmod:

Eine der heissesten Komponenten in einem belasteten Netzteil ist die grosse, gemeinsame Drossel für die 12 und 5V Spannungen. Daher kam mir die Idee, die kleine Drossel meines schwach ventilierten 250W Silent Netzteils durch die grosse eines defekten LC_power "550W" Netzteils zu ersetzen.
Das modifizierte Netzteil hat die herkömmlichen Multimeter und Leistungstests auch alle erfolgreich bestanden. Die böse Überraschung kam jedoch mit dem Ozilloskop-Test:


3DMark2001
reinamod2-3d01.jpg

Ripple 350 mV pp

zwar noch innerhalb der ATX-Spezifikation, aber doch sehr unbefriedigend...

wohl wieder mal zu kurz gedacht... *noahnung*
 
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RavenTS

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Hm...als Laie kann ich da jetzt nicht wirklich übermäßig viel rauslesen. Die Werte sollten doch quasi eine Linie bilden oder möglichst nahe dran sein.?! Wenn ja, heißt das in etwa, daß keines der NTs, bis vielleicht das GreenErger, wirklich gut ist oder wie.?!
 

Allfred

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Hm...als Laie kann ich da jetzt nicht wirklich übermäßig viel rauslesen. Die Werte sollten doch quasi eine Linie bilden oder möglichst nahe dran sein.?! ...
Im Prinzip ja, aber... schau Dir mal die Verstärkung an: 50mV/div, damit wird das Rauschen so stark verstärkt, daß es zur Qualitätsbeurteilung sichtbar wird. Damit wird Reinas Mod besser als das HF belastete GreenErger.

thx @ Reina, ist es möglich das Lastverhalten / Einschwingen bei Lastwechseln zu zeigen? Was man so als "Sprungantwort" versteht. (Du hast doch ein Speicheroszi?)
 

Reisi

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[*] im FSP Netzteil habe ich einen Ausgangselko der 12V Schiene gegen einen besseren ersetzt (1800uF 16V ultra lowESR statt 1000uF 35V lowESR).
Na ob des jetzt unbedingt eine Verbesserung ist? Durch die erhöhte Kapazität hast die komplette Filtercharakteristik geändert. Der ESR muss auch nicht unbedingt niedriger sein.
Ripple 350 mV pp

zwar noch innerhalb der ATX-Spezifikation, aber doch sehr unbefriedigend...

wohl wieder mal zu kurz gedacht... *noahnung*
Da ist einfach der Regelkreis nicht stabil. Die Drossel ist viel zu groß, wodurch der ganze Regelkreis zum Schwingen neigt (ca. 400Hz ist für ein Ripple zu langsam), das kannst durch Vergrößern der/des Elkos evtl. ausgleichen, aber sinnvoller wäre es die Drossel wieder zu verkleinern.
 

Reina

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Hi,

ich habe nochmal eine Erklärung der Oszillogramme eingefügt.

@RavenTS:

Hier ging es mir weniger darum, PC Benutzern mit einem umfassenden Test einen Marktüberblick über diverse Netzteile zu geben, als vielmehr auf ein Testkriterium hinzuweisen, das meist unberücksichtigt bleibt. Im einfachen Dauerlasttest offenbarten sich ja kaum Unterschiede zwischen den Netzteilen, ihr Ausgangswiderstand ist ähnlich hoch. Der 3Dmark01 Test offenbarte jedoch relativ grosse Unterschiede im Lastregelverhalten. D.h. die hier beobachteten dynamischen Spannungsschwankungen waren z.T. erheblich grösser, als die Leerlauf-/Lastspannungsdifferenz. So hat zwar das FSP eine höhere 12V Spannung, aufgrund der schlechteren Lastregelung aber doch weniger Leistungsreserven als das ElanVital.
Und der Dauerlast (Prime-) Test offenbarte die schlechte EMV-Verträglichkeit ("HF-Strörsender") des ElanVitals.

Ein Fazit allein aus diesem Test wäre, dass das FSP-Gerät wohl nach dem Motto gebaut wurde "nur so gut, wie eben nötig". Erstaunlich finde ich, dass auch kleinere Netzteile (250W Mod) in der Spannungsstabilität nicht schlechter sein müssen. Ausserdem wurde deutlich, wozu die kleinen Drosseln (Ferritstab mit ein paar Wicklungen Kupferlackdraht) am Netzteilausgang wichtig sind. Häufig wird hier auch bei modernen Netzteilen aus Kosten- oder Platzgründen gespart!
Der Experiment-Mod zeigte, wie wichtig eine optimale Abstimmung der Netzteilkomponenten mit der Elektronik ist.

@Allfred:

Mit einer aktiv gekühlten elektronischen Last (geschaltete Stromquellen) liesse sich die Sprungantwort schon messen. Vielleicht bastel ich sowas später mal... Um einen qualitativen Eindruck zu bekommen, reicht der 3dmark-Test. Hier wurde aus einer grösseren Folge von Schnappschüssen jeweils der schlechteste für jedes Netzteil ausgewählt.

@Reisi:

Der Elko ESR-Bezug erfolgte über die Datenblätter der Hersteller. Jedes Netzteil muss imstande sein, auch sehr grosse Ausgangskapazitäten zu verkraften, da jedes Mainboard unterschiedlich grosse Pufferkapazitäten für die CPU-Versorgung besitzt.

Das Lastregelverhalten im 3Dmark01 Test lässt sich nicht mehr durch grössere Kapazitäten abmildern, dafür ist das Zeitfenster der Schwankungen zu gross.

mfg, Reina.
 

Allfred

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Mit einer aktiv gekühlten elektronischen Last (geschaltete Stromquellen) liesse sich die Sprungantwort schon messen. Vielleicht bastel ich sowas später mal...
Mit einem Tyristor als prellfreier Schalter ließe sich eine Halogensofitte (12V 75W @ 0,19€) zzgl. kostenlosem PTC-Verhalten äußerst preiswert realisieren. Ich will die Netzteile glühen sehen ...

e066.gif
 

Big Lou

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Mit einem Tyristor als prellfreier Schalter ließe sich eine Halogensofitte (12V 75W @ 0,19€) zzgl. kostenlosem PTC-Verhalten äußerst preiswert realisieren. Ich will die Netzteile glühen sehen ...

e066.gif

Ein Thyristor schaltet bei Gleichspannung, wenn man einen Spannungsimpuls am Gate gibt ein - und bleibt dann eingeschaltet, solange Spannung anliegt. Er ist also völlig ungeeignet, wechselnde Lasten zu simulieren.
 

Allfred

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Ein Thyristor schaltet bei Gleichspannung, wenn man einen Spannungsimpuls am Gate gibt ein - und bleibt dann eingeschaltet, solange Spannung anliegt.
Also perfekt als prellfreier Schalter.
Er ist also völlig ungeeignet, wechselnde Lasten zu simulieren.
Wir sprechen hier von einer Simulation zur Aufzeichnung einer Sprungantwort. ;)
 
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Reisi

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Jedes Netzteil muss imstande sein, auch sehr grosse Ausgangskapazitäten zu verkraften, da jedes Mainboard unterschiedlich grosse Pufferkapazitäten für die CPU-Versorgung besitzt.
Soweit ich mich erinnere sind die max. Ausgangskapazitäten in den Specs festgelegt. Außerdem sind solch große Pufferkondensatoren wie bei CPU und auch auf Grafikkarten nie direkt an der Versorgungsspannung, sondern immer über Drosseln, die nicht nur die SPannung zusätzzlich filtern, sondern gleichzeitig den Ladestrom begrenzen.
 
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