Thermaltake Toughpower 650W金牌直出線電源簡介及測試

外盒正面,中央印上產品實體圖,右下則是80plus金牌認證logo,左下圖示則分別表示五年保固、單路12V設計、SLI認證、日系電容及ErP Lot 6等產品特色
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外盒背面,以英文及內部圖片介紹產品主要特點,並印上轉換效率圖、提供接頭種類/實體照/數量及各路輸出規格表
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外盒底面與頂面僅簡單印上Thermaltake商標字樣
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外盒側面,印上六種語言的產品特點說明
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另一側面,印上包含中文的另外六種語言產品特點說明
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包裝內容一覽,有電源本體、安規電源線、黑色固定螺絲、整線用束帶、簡易安裝說明與產品保固卡
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電源本體金屬外殼採消光黑色烤漆處理,出線處內側外殼額外加開散熱通風用長條孔洞
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後方散熱出風口處設有交流輸入插座及電源總開關,並加貼輸入電壓範圍指示標籤
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電源外殼兩個側面都有貼上產品名稱、瓦數及80plus金牌認證logo裝飾貼紙
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依照安裝位置不同,貼紙方向也跟著改變,這一側外殼還多了Thermaltake字樣金屬凸印處理
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圓形風扇護網中央有Thermaltake商標裝飾圓牌
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輸出規格貼紙,12V採單路設計,最大輸出為50A 600W
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主要電源接頭,提供一組ATX 24P及一組12V 4+4P接頭,兩組線路長度均為54公分
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顯示卡電源接頭,兩組線組提供4個PCIE 6+2P接頭,採兩接頭並聯共用一條線組,線路長度至第一個接頭為46公分,接頭與接頭間線路長度為15公分
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SATA裝置電源接頭,兩組線組提供4個直角刺破型SATA接頭及2個傳統直式SATA接頭,線路長度至第一個接頭為44公分,接頭與接頭間線路長度為15公分
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大小4P裝置電源接頭,一組線組提供4個省力易拔大4P與1個小4P,線路長度至第一個接頭為44公分,接頭與接頭間線路長度為15公分
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所有的線路,包含接頭與接頭間的,均採隔離網包覆處理

內部結構圖,與全漢金鈦極系列是相同的,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,並經由一組DC-DC電路從5V轉換出3.3V,並使用FSP自行研製MIA FSP6600/6601控制器
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使用貼有TT標籤,由永立代工的TT-1212(原型號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包覆絕緣套管,主電路板上EMI濾波電路採兩階配置,進行雜訊的過濾及隔離
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電路板上直立的輸入保險絲也同樣加上絕緣套管
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橋式整流器安裝在金屬散熱片上,並用絕緣膠帶包住
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APFC電路區,APFC用開關晶體使用兩顆英飛凌CoolMOS IPA60R190C6並聯
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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輸出電容採用松下HC系列420V 330uF 105度電解電容
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一次側主動鉗位使用的主開關為英飛凌SPA17N80C3,副開關為FQPF3N80C
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輔助電源電路用開關晶體APEC AP03N70I固定在散熱片的另一面
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FSP6600提供PFC、PWM及輔助電源電路的所有控制功能,於PFC電路端具備雙迴路過電壓保護(OVP)機制及ZCS(零電流交換)控制,PWM則提供ZVS主動鉗位(Active Clamp)拓樸,提高整體電路效率
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主要變壓器與輔助電源電路變壓器,兩者之間的隔離變壓器把一次側的FSP6600與二次側的FSP6601進行PWM信號同步連結,同時也提供一次側開關晶體驅動信號
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主變壓器二次側有兩組輸出繞組,Y型散熱片上固定12V用同步整流MOSFET,並將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5V同步整流用兩顆以及3.3V DC-DC用兩顆,共四顆MOSFET則是設置在PCB的背面
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因採順向式結構,二次側有安置一5V/12V/-12V共用環形儲能電感達成輸出調節,3.3V則另有獨立的環形儲能電感
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另一顆FSP6601 IC則提供了5V/12V同步整流及3.3V DC-DC降壓電路的驅動與控制
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電源管理電路安裝於獨立子板上,使用WELTREND WT7527電源管理IC,進行各路輸出電壓、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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右下側輸出線組接點處並未包覆絕緣套管
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整顆電源的功率級使用NCC的105度電解電容
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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1:
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
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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
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3.3V
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結論:
1.因結構為5V/12V採共用變壓器、雙同步整流輸出、共用儲能電感,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.但也因為採用上述的結構,加上APFC電路加入諧振降低損失的作法,即使一次側功率級僅採用主動鉗位順向式,仍保有很好的轉換效率,80PLUS金牌認證為87(20%)-90(50%)-87(100%),此電源在兩成輸出的輕載範圍就已經有接近92%的效率,五成輸出時更有93%的表現,直到滿載時都仍維持在89%以上,符合金牌認證的規格
3.5V/12V動態負載輸出測試,因為共用變壓器與儲能電感,所以有相似的電壓變動波形,基於主動鉗位順向的設計,其反應速度較諧振式機種來的快速
4.3.3V輸出電壓追隨負載變動同樣在250us內就修正回來
5.風扇為常時運轉,以電源轉換效率來看可考慮在低瓦低溫下加入風扇停轉的設計,待瓦數/溫度升高後再啟動風扇


優點:
1.有不錯的轉換效率,尤其是在20%~90%輸出區間,效率都維持在九成以上
2.產品提供五年保固
3.內部用料有達一定水準


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.以650W輸出機種來說,應可配置更多的SATA與大4P接頭數量
3.可考慮在低瓦低溫時加入風扇停轉的Hybrid控制模式


報告完畢,謝謝收看

本文同步發表於港都狼窩

港都狼仔 wrote:
缺點:
1.結構設計導致5V/12V牽制情形嚴重,影響交叉調整率.(恕刪)
請問全漢為何選擇這種設計方式? 是為了costdown簡化用料嗎? 還是這種線路有其他優勢?
1.主動鉗位順向在負載變動時反應速度較諧振式為快(因為諧振式在輕載時採PWM運作,負載拉高後才會轉到FM諧振運作)
2.不用設計與計算一次側諧振槽
3.減少APFC升壓損失來提高115V下效率
4.使用兩組同步整流直接輸出12V及5V,減少12V轉5V DC-DC電路損失
5.MIA屬自有IC設計,設計彈性高,且少有與他人重複的架構設計

但此結構最大的問題在於12V/5V牽制情形,因為共用變壓器與輸出電感,使得交叉調整率不佳
"康舒R88 600W及1100W電源供應器簡介及測試"中有提到...
1100W內部結構,採主動箝位(Active Clamp)雙主開關+單副開關的順向式結構,單12V同步整流功率級系統,3.3V/5V使用兩組獨立直流對直流電壓調整模組(DC-DC VRM)由12V轉換輸出。

"康舒R88 1100W這種Active clamp 單12V同步整流設計" 對比 "全漢的Active clamp,12V/5V兩組同步整流,共用變壓器與輸出電感",是否康舒R88來的佳?
既可有active clamp的高效率和反應速度快的特性,又不會有交叉調整率不佳的疑慮.
現在PC的5V耗電不大,康舒就算多一組12V to 5V的DC-DC 損失功耗可能是不到5W,但對整體輕重載時的效率影響可能有1~2%.且成本可能稍微增加.
全漢(金牌)是否是為了提高更高的整體效率和減少成本,才決定用12V/5V兩組同步整流的Active clamp?



pqaf wrote:
"康舒R88 600...(恕刪)


1.R88屬於雙DC-DC,也就是功率級只要處理好12V部分,加上雙DC-DC處理3.3V/5V,交叉調整率佳,但相對來說兩組DC-DC也會有額外功耗,DC-DC的交換式降壓電路同樣也有不同負載輸出量而有不同效率的情況,加上R88本身採用傳統APFC,所以整體只能取得銀牌等級的轉換效率

2.全漢的變壓器兩組繞組分給12V/5V+3.3V,二次側回授電路設計在5V上,當12V需求大於5V需求許多時,就會出現5V不降反升,12V壓降增大的情形

您可以比較使用全漢金鈦極/皇鈦極機種的轉換效率數據表,若是能把5V需求同步提高,12V本身壓降就可以獲得改善,但一般常見的電腦配備5V需求量已經不如以往的高,這時就會出現上述的結果
感謝狼大的說明..
全漢這種設計似乎提高了整體效率,只用1組5V to 3.3V AC-DC,減少DC-DC的耗損.比其他一般用 12V to 5V/3.3V兩組DC-DC的設計方式,全漢的設計,整體效率似乎提高約1~3%.

幾點小意見.
1. 這種設計讓5V微增到5.1V,但這可能反而對主機板有益,因為5V主要是給DDR3,USB2.0/3.0和HDD周邊使用, 當消費者插拔USB時,瞬間的surge,會有明顯的Drop down voltage,當瞬間電壓掉到太低時,USB裝置可能失效.且新的USB3.0每個port電流高達0.9A,使用者的線材長度若較長,會產生droop down voltage,電壓太低時,USB HDD就無法正常運轉.
品牌電腦廠,常會特別要求PSU代工廠將5V調高一些.PSU能讓5V 輸出提高到 5.15V,這對USB port的相容性非常有幫助.

2. 待瓦數/溫度升高後再啟動風扇,風扇馬達需有較大的啟動電壓才能轉動,這瞬間的風切聲暴音很明顯.
過去有人設計系統怠機時,讓PSU風扇停止,卻忘了提高風扇再啟動時的啟動電壓,而讓他隨溫度高低,直接用OP做線性控制,結果,發生Power高溫時,風扇仍無法運轉的嚴重錯誤,或許這是設計上要考慮的.

另外,使用WELTREND WT7527電源管理IC,進行各路輸出電壓、電流、短路監視,所謂的OCP可能就是靠這顆IC. 但OCP點通常是遠大於 PSU所標示的額定輸出電流,以12V 18A來說,瞬間OCP點可能就是設定在 133%,約24A以上.

我一直不太明白,廠商設計為符合240VA安規,12V的持續60秒電流絕不能超過20A,可見它不能單靠OCP來做到240VA保護,想請教,廠商的240VA保護線路是如何設計的?

pqaf wrote:
幾點小意見.
1. 這種設計讓5V微增到5.1V,但這可能反而對主機板有益,因為5V主要是給DDR3,USB2.0/3.0和HDD周邊使用, 當消費者插拔USB時,瞬間的surge,會有明顯的Drop down voltage,當瞬間電壓掉到太低時,USB裝置可能失效.且新的USB3.0每個port電流高達0.9A,使用者的線材長度若較長,會產生droop down voltage,電壓太低時,USB HDD就無法正常運轉.
品牌電腦廠,常會特別要求PSU代工廠將5V調高一些.PSU能讓5V 輸出提高到 5.15V,這對USB port的相容性非常有幫助.

2. 待瓦數/溫度升高後再啟動風扇,風扇馬達需有較大的啟動電壓才能轉動,這瞬間的風切聲暴音很明顯.
過去有人設計系統怠機時,讓PSU風扇停止,卻忘了提高風扇再啟動時的啟動電壓,而讓他隨溫度高低,直接用OP做線性控制,結果,發生Power高溫時,風扇仍無法運轉的嚴重錯誤,或許這是設計上要考慮的.

另外,使用WELTREND WT7527電源管理IC,進行各路輸出電壓、電流、短路監視,所謂的OCP可能就是靠這顆IC. 但OCP點通常是遠大於 PSU所標示的額定輸出電流,以12V 18A來說,瞬間OCP點可能就是設定在 133%,約24A以上.

我一直不太明白,廠商設計為符合240VA安規,12V的持續60秒電流絕不能超過20A,可見它不能單靠OCP來做到240VA保護,想請教,廠商的240VA保護線路是如何設計的?


1.不過也要注意,12V/5V的牽制性很強,如果把5V空載或是12V空載都可能會使電壓超出正負5%範圍

2.溫控部分電路就要設計好,風扇最低啟動電壓要注意,或是導入轉速域變化較廣的PWM風扇

3.一般也是用OCP去抓,但是卡比較緊(可能卡110%就動作),所以誤觸保護的情況可能會變多,有些比較好的伺服器級電源內部會使用等級較高的單晶片去監測與管理
想請問狼大..."使用等級較高的單晶片去監測與管理"

是因為高等級單晶片能更準確的抓出電流值嗎?

具我所知實際運作的時候電流是會跳動的 在一個範圍跳動

隨著使用瓦數的增加 跳動的幅度也會增加

而我們一般量測的電流值 其實是單位時間內的平均值

取樣的頻率則看儀器的精密程度 (越精密取樣的頻率越快)

能在最短的時間取樣越多次平均下來的數值也就越精準

若取樣頻率較慢 剛好幾次都量到峰值 就可能就會誤判電流過大

不知我這樣解讀是否正確?

Kenny_Din wrote:
想請問狼大..."使...(恕刪)


等級較好的單晶片會有較高解析度的ADC,加上可透過程式控制"區間"(在那些範圍內變動算是正常)以及"延遲"(當超出設定規格多久後才動作),會比使用電源管理IC還要有彈性,且搭配PMBus的話也可以有效進行連線回傳電源相關運作數據給主機板
感謝狼大的回覆我了解了

狼大好像都工作到很晚 都是11點左右才回文 身體要照顧阿!
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