FSP AURUM XILENSER AU-400FLD 評測電源

前言

        全漢在AURUM系列金牌電源產品線推出了AURUM XILENSER無扇電源,AU-400FLD就是其中一款400W無扇靜音產品。誠然,AU-400FLD並不是全漢做的第一款無扇靜音型產品,在此之前,全漢已經有Zen系列的無扇電源。但這次的AURUM XILENSER無扇電源,我們可以看到一種與Zen系列無扇電源完全不同的套路。沒錯,AURUM XILENSER使用的正是當前盛行的LLC諧振拓撲+同步整流+DC2DC方案。這次的測試樣品,屬於正式產品的預覽版,但瞭解全漢的網友應該知道,全漢在信息家電設備電源的製造上是傳統的OEM大廠,其在電源產品的LLC解決方案方面有着非常深厚的功力,讓我們來看看這款AURUM XILENSER無扇電源表現如何。

電源特色:

  1. LLC諧振拓撲,80Plus金牌認證;
  2. 運用了同步整流+DC2DC技術;
  3. 主動PFC功率因素校正技術;
  4. 固態電容、日系105攝氏度耐溫電解電容。

外包裝

預覽版的外包裝相對簡單,沒有外包裝彩圖的介紹…正式進入市場的零售品應該會與AURUM系列產品一樣有彩盒包裝:

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開箱

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AU-400FLD屬中小功率電源。按全漢電源產品的風格,應該會附送有FSP的貼牌、手擰螺絲及說明書等,可惜本次送測樣品實在是太簡潔,以上均沒有: 

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電源本體多面鏤空有加強散熱用的箭型開孔:

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外殼正面,與常規版本的AURU M外形相似,但已將風扇網格改為箭型開孔:

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鏤空的兩側外殼,有助於利用自然對流應對機箱內風道較差的散熱環境:

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AC電源插座及開關一側:

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電源外殼底部的銘牌,標注了各路電壓的額定電流、功率等信息:

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外殼輸出線材一側,全原生線材,雖為小功率電源,但線材用料仍比較扎實,如24pin主板連線里主要供電線材均為18AWG以上標號,其中12V還用上了16AWG標號線材。PCI-E均為18AWG標號線材。作為一枚全被動的無扇電源,全漢連這一側面也不放過,仍大面積鏤空以增強自然對流散熱: 

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AU-400FLD的各類線材長度及數量規格表:

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拆解篇

我們來看看AU-400FLD內部電路是如何實現無扇的全靜音效果的。

內部電路圖,元件面。可以看到高壓側的主要發熱元件,包括功率管、電感等有使用大面積的散熱片進行散熱,屬無扇電源常用散熱方法之一:

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線路板銲接面,布線較為清爽,大電流走線在阻焊層開窗敷錫,元件標記等絲印亦清晰明了,整體工藝水平較高:

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通過在外殼上敷貼導熱膠與PCB接觸,幫助PCB上的功率元件通過外殼散熱:

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各部分電路功能介紹:

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AC電源接口插座背面,插座引腳上就近加焊了兩枚Y電容及一枚X電容:

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PCB上AC輸入EMI抑制電路一側的元件,EMI濾波電路由共模扼流圈、X及Y電容組成:

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使用了NTC電阻+繼電器的防涌浪電流保護措施:

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EMI電路中使用了能提升輕載效率的智能X電容電荷泄放IC,PI公司的CAPZERO CAP04DG,該IC能夠在電源接入電路時斷開泄放電阻,在電源脫離電路後自動連接泄放電阻,迅速泄放X電容上的電荷至安全水平:

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各路電壓出線區域,線材根部包覆熱縮管的細節處理較好,右側的是LLC控制子板:

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實現各路輸出電壓欠壓、過壓、過流及短路保護,產生PWR_GOOD信號等功能的控制子板:

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EMI扼流圈、PFC磁環等靠近機殼的元件貼裝了絕緣膠片以防止與金屬外殼爬電:

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PFC電路的鐵硅鋁磁環電感,繞制工藝水平較高,大直徑磁環、粗線徑耐高溫漆包線,繞線間距均一,屬於大幅度降額使用,能降低重載時的發熱,應對全被動散熱條件;右側的是25A600V整流橋元件及其所在的散熱片:

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PFC功率MOS管及升壓二極管被安置在同一片高6CM的散熱片上,PFC MOS管為ST品牌的STF22NM60ND,絕緣TO-220封裝兩枚並聯,功率餘量非常大;PFC升壓二極管為一枚CREE的C3D04060三代高壓碳化硅肖特基元件,4A 600V規格,也留有一定的電流餘量: 

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PFC高壓電解電容為松下HC系列的型號,220uF/450V,耐溫特性為105攝氏度下2000小時,兩枚並聯使用,PFC電壓設置較高,依靠高壓儲能滿足保持時間的需要,相信能使AU-400FLD的12V紋波保持在一個較好的水平:

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PFC電路控制IC是英飛凌ICE2PCS02,單獨佈置在一塊子PCB上:

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在PFC電路上,AU-400FLD還應用了一顆PI公司的SenZero SEN203DG芯片進行待機提效,該IC能在電源未啟動將PFC電路的高壓檢測電阻斷開,降低待機時這些電阻的損耗,使電源能通過要求更為嚴格的待機功耗測試:

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LLC諧振網絡元件,AU-400FLD並沒有使用磁集成的LLC變壓器,而是用大的EC磁芯變壓器+小LP磁芯諧振電感+雙諧振電容的改進型分立LLC形式。大體積變壓器本身具有較大的表面積能依靠向空氣對流、傳導等形式散熱:

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諧振電容,金屬化聚丙烯薄膜電容,兩枚串聯,屬LLC拓撲的衍生形式:

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但在初級RMS電流同樣大的諧振電感上,表面積較小,全漢在設計上為這顆諧振電感貼裝了散熱片輔助散熱。另外,從諧振電感上的輔助繞組也能看到,AU-400FLD採用了檢測諧振電感電流的形式進行過流保護:

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LLC控制IC是Champion 的CM6901T,電壓型LLC諧振控製器,附帶同步整流控制功能,被佈置在二次側的一張子板上:

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跨在一二次測之間的驅動LLC  MOS管得驅動變壓器:

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AU-400FLD使用了兩組、每組兩枚英飛凌Optimos3代器件IPD036N04LS,TO-252表面銲接封裝,佈置於主PCB背側:

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同步整流MOS管漏極、源極等大電流覆銅還在元件面嵌焊了Y型的金屬片進行散熱,另外也通過導熱貼向電源底殼散熱。我們可以看到,越來越多的電源應用了類似的同步整流管封裝及散熱解決方案:

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12V主電路輸出側運用了CLC π型濾波陣容,第一級濾波電容為5枚CAPXON 470uF/16V固態電容,一路送去DC2DC子板產生5V和3.3V兩路低壓,另外還通過2枚扼流圈分為2路12V,分別提供2路12V主輸出。兩路主12V輸出最後再經過2枚日化KZE系列2200uF/16V電解作第二級濾波;另外,2路主12V輸出還利用各自CLC濾波電路中的扼流圈DCR電阻來進行過流檢測:

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5V和3.3V的DC2DC被佈置在一張單獨的子板上,子板通過一組跳線從12V主輸出取得輸入電壓:

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DCDC電路的控制IC是APW7159,提供了兩路交互式BUCK控制功能;5V和3.3V電路的MOS,上下管均使用了一枚IR公司的IRLR8725,TO-252封裝。受整機散熱容量的限制,兩路DC2DC低壓的額定輸出電流設為20A;另外由於DC2DC子板同時通過覆銅與插針銲接在主PCB上,拆解困難,難以統計其輸入輸出電容情況,但管中窺豹仍能知道用的是鋁固態電容:

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5Vsb待機電路控制IC是PI公司智能功率開關TNY280,驅動一顆小的反激變壓器,功率開關的漏極覆銅也嵌焊了一塊小直立金屬板加強散熱;5Vsb待機二次側為CLC π型濾波,均為日化的KZE電解電容:

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管控及保護IC是GR8323,提供了2路12V及5V、3.3V的過流保護、其他保護及電源管控功能。另外也通過NTC熱敏電阻檢測同步整流管Y型散熱片的溫度,實現過熱保護:

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測試篇

(一)靜態測試

        待機功率:

        220V輸入下,AU-400FLD的5VSB待機電源電路消耗0.7W功率;開機(短接PS_ON與GND)主電路上電後,零功率輸出時,消耗5.2W功率。

        靜態運行測試:

        測試配置:

        結合AU-400FLD各路電流額定值,使用以下參數進行靜態輸出測試:

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        電壓穩定性測試:

        考察各路電源在整個測試功率范圍內的穩定程度,電壓變動值越小越好。

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        測試中在額定負載范圍內的各路電壓變動情況為:

    12V,線材輸出端電壓跌落0.40%;

    5V,線材輸出端電壓跌落1.27%;

    3.3V,線材輸出端電壓跌落1.16%。

        上述測試結果各路電壓保持均較為准確,5V和3.3V電壓跌落稍大於1.0%,其實我們在做外觀測試的時候已經注意到,AU-400FLD在24pin插頭上同時引入了5V和3.3V的遠端電壓檢測線,電壓穩定性應該是可以保證的。

        電壓紋波測試:

        考察各路電壓在整個測試功率范圍內的紋波峰峰值電壓,值越小越好。

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        在整機滿負載輸出功率時:

    12V電壓紋波Vp-p值為38.4mV;

    5V電壓紋波Vp-p值為18.4mV;

    3.3V電壓紋波Vp-p值為15.2mV。

        整機滿負測試的紋波圖:

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        AU-400FLD各路電壓紋波表現較為出色。12V紋波主要為100Hz低頻份量,與CHH測試過的其他LLC拓撲電源相似,其紋波隨負載加大呈現不規則的變化, 12V的LLC諧振電路的諧振頻率隨着負載的加大呈現降低的趨勢,導致與PFC級及DC2DC級振盪頻率間產生拍頻,進而影響輸出紋波。

        整機轉換效率測試:

        考察電源整機在整個測試功率范圍內的效率表現。其中,110Vac及220Vac輸入均測試至額定輸出功率范圍:

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        對於一個有着超過需要功率餘量的中小功率無扇電源,AU-400FLD的效率表現可謂非常優秀,220Vac下半載效率數值達到了93.37%,滿載效率有92.86%(計分成績)。滿載時整機產生30W不到的廢熱。在這麼一個滿身是通風孔的無扇電源里面,散掉30W的熱量應該毫無問題;

        另外AU-400FLD在110VAC輸入時,滿載轉換效率90.43%。從功率-效率曲線可以看到,AU-400FLD電源標為金牌電源充足有餘,也就是在110Vac輸入、20%負載輸出時卡在89.75%的轉換效率上無法成為白金牌電源。

        各路電壓拉偏測試(負載調整率):

        考察各路電壓在最大額定輸出電流下的電壓、紋波數值,其中紅色字體標記的測試結果作為電壓穩定性及紋波表現的計分項目:

    12V:輸出33A,電壓12.127V(初始電壓12.195V),紋波36.8mV Vp-p(計分成績),電壓波動-0.55%(計分成績);

    5V:輸出20A,電壓5.110V(初始電壓5.187V),紋波17.6mV Vp-p(計分成績),電壓變動-1.48%(計分成績);

    3.3V:輸出20A,電壓3.301V(初始電壓3.370V),紋波16.0mV Vp-p(計分成績),電壓變動-2.05%(計分成績)。

        在單獨測試各路電壓穩壓性能時,各路額定電流輸出時電壓變動均較小。即使是沒有遠端電壓檢測功能的12V電壓,依靠較多的線材及小功率電源12V電流較小的優勢,電壓跌落也控制在了1%以內,表現不錯。

        功率因素測試:

        在測試功率范圍測量整機功率因素。220VAC及110VAC輸入均測試至100%額定輸出功率。

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        5VSB待機電源轉換效率:

        5VSB輸出為1A,2A,3A(220VAC下)時,效率分別為:65.4%,72.2%,76.2%。

(二)動態測試

        測試條件設置,為了看清楚電壓在動態下有無反復振盪的情況,在12V的動態測試中適當放寬動態持續的時間:

    12V:3.3A-9.9A,跳變保持6.0ms,跳變擺率1A/us;

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    5V:2.0A-6.0A,跳變保持1000us,跳變擺率1A/us;

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    3.3V:2.0A-6.0A,跳變保持1000us,跳變擺率1A/us;

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        12V動態性能: AU-400FLD的電壓型LLC諧振變換拓撲導致12V動態表現出現典型的慢恢復特徵, 12V電壓在電流上升、下降兩種動態下的環路響應、電壓重建時間為分別為6.0ms與6.3ms,平均時間為6.15ms(計分成績)。

        5V、3V3動態性能: AU-400FLD兩路低壓的DC2DC轉換電路動態響應速度可謂非常迅速,波形尖銳,但電壓回位時間稍長。5V與3.3V的環路響應、電壓重建時間記為500us、500us(計分成績)。

        各路電壓在進行動態測試時電源無異響。

測試評分:

CHH電源測試體系的計分公式,AU-400FLD成績為:

100(滿分)

減7.04【紋波測試子項=0.1*(各路額定電流下紋波值之和)】

減4.08【電壓穩定度子項=1*(各路額定電流下電壓偏離之和)】

減3.57【整機效率子項=0.5*(100-220VAC下額定功率效率)】

減3.38【動態測試子項=1*log(各路動態響應重建時間均值us)】

加2.00【無扇電源加分項】

=總分83.93,屬CHH評級中的「Excellent(出色)級別電源。

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測試總結

優點:

  1. 0噪音;
  2. 小功率高效電源;
  3. 線材接頭類型、數量搭配合理。

不足:

  1. 12V紋波稍大。

作者:guryhwa
來源:Chiphell