港都狼窩 WolfLSI's Den

何謂「數位電源」(DIGITAL POWER)？

數位交換式電源，與採用類比控制方式的傳統交換式電源比較起來，最大的差異就是於功率級控制迴路與介面端，採用數位化控制器或信號處理器，其最大的特徵是數位化介面與可程式化彈性，透過新的數位拓樸結構，可以更加靈活地開發高功率密度、高轉換效率的電源系統

數位控制功能最大好處是不受傳統類比設計技術的限制，例如不必為良好性能而使用特殊元件、不需擔憂特性漂移和溫度補償，也不需要生產線上的人工調整，設計人員可進一步透過控制器內部軟體，控制如頻率、時序、回授設置等主要參數並細部調整效能表現，有效提升電源系統輕載及峰值輸出效率，並可整合如電壓、電流、溫度等等所有基本的保護系統，

除了數位化控制外，並同時提供資料遙測、數據日誌以及通訊相關功能，讓作業系統與使用者能掌握電源運作狀態


CORSAIR AX1200i與上一代最大的差別就是功率級採用數位化控制電路，不僅提升電源整體運作效能，同時也改善各段輸出轉換效率，發揮到80plus白金等級水準，加上CORSAIR LINK信號轉換盒，類似近期在伺服器電源上導入的PMBus概念，可讓作業系統透過USB介面監控電源狀況，了解電源運作及輸出情形，且可透過軟體控制風扇轉速、甚至更改各組PCIE電流保護點的設置

CORSAIR LINK軟體更改風扇轉速設定圖


外盒正面
 

正面活頁掀開，以透視圖介紹新款數位化控制設計、改良提升的元件等級及全模組化設計


正面活頁內側，透過實際接頭照片標示出提供的接頭種類與數量


外盒背面，介紹產品轉換效率、靜音風扇控制與CORSAIR LINK軟體，此電源並提供長達七年的保固


外盒頂面


外盒底面


外盒側面


打開彩盒，抽出印有CORSAIR商標的黑色包裝盒


電源所有附屬配件，有說明書、模組化連接線與印有商標的黑色尼龍收納包、安規電源線、CORSAIR LINK用USB信號轉換盒、轉換盒與電源連接用傳輸線，在透明夾鏈袋中放的是整線束帶、信號轉換盒黏貼背膠、電源固定螺絲與商標貼紙


電源本體裝在印有商標的黑色絨毛袋中


電源本體外觀，採黑色消光黑烤漆處理，表面有直條紋狀金屬加工處理，所有固定螺絲都採用沉頭內六角螺絲


為配合外殼直條紋風格，風扇護網也結合直條紋與圓形護網設計，中央有CORSAIR商標裝飾圓牌


電源本體兩側側面均有商標及型號裝飾貼紙，貼紙方向隨電源安裝位置而不同


全模組化接線輸出插座，上方標示出對應的模組化線材種類與編號，另外左上的是自我檢測開關，按下後電源會啟動，運作指示燈正常時亮綠燈，異常時亮紅燈，右上方的COMM PORT則是用來連接CORSAIR LINK信號轉換盒，可連接至主機板USB PORT，透過CORSAIR LINK監控軟體監測電源運作狀態


後方散熱出風口，電源輸入插座與電源總開關設置於此


輸出規格標籤，12V採單路設計，最大輸出為100.4A 1204.8W


自收納包取出所有的模組化接線，ATX 20+4P、CPU 4+4P、PCIE 6+2P均採隔離網包覆處理，SATA/大4P週邊裝置與轉接頭的線路採平行排線，線路顏色均為黑色


主機板電源接頭模組化線路，提供1組ATX 20+4P接頭，線路長度為60公分


ATX 20+4P供電的線路採16AWG的線材


處理器電源接頭模組化線路，兩條線路提供2組4+4P接頭，線路長度為65公分


PCIE顯卡電源接模組化線路，六組線路提供6組PCIE 6+2P接頭，線路長度為65公分


SATA裝置電源接頭模組化線路，四組線路提供16個直角刺破型接頭，至第一個接頭線路長度其中一條為54公分，另外三條為39公分，接頭與接頭間線路長度為9公分


大4P裝置電源接頭模組化線路，三組線路提供12個省力易拔大4P接頭，另外附上兩個大4P轉小4P接頭連接線，至第一個接頭線路長度為43公分，接頭與接頭間線路長度為9公分


除ATX 20+4P線路採用16AWG外，其他的線路均採用18AWG，對於用電電流較大的CPU 4+4P、PCIE 6+2P等容易因為線路耐流能力造成傳輸損失

為避免不同機種間模組化線路搞混，於電源端插頭上印有對應的機種名稱


所有的模組化線路插上電源供應器的樣子


CORSAIR LINK信號轉換盒，負責搭起主機板與電源供應器的溝通橋樑


將所附的連接線較大的一端插入電源供應器COMM PORT，較小的一端插入CORSAIR LINK信號轉換盒，就可將轉換盒連接至主機板USB擴充針腳，透過應用程式監視電源供應器狀況及調整內部風扇轉速、分流設定等參數


AX1200i內部結構圖，為偉創力代工，代號Challiho(印度四月前後一種猛烈的南風)，與一般電源最大不同之處是使用數位信號控制器(DSC)控制APFC與功率級一次側兩組共振LLC轉換器，搭配二次側同步整流控制輸出12V，並透過DC-DC模組轉換出3.3V/5V/-12V
PS-ON控制、PG信號產生、電源運作及輸出監控管理則由兩組MCU(微控制器)進行控制，並可透過外部信號連結取得電源內部輸出及運作情形，有如PMBus運作模式


散熱風扇使用悅倫D14BH-12 14公分雙滾珠12V 0.7A風扇，採PWM方式進行轉速控制
紅色框框為測溫頭，讓管理控制系統能擷取電源進氣溫度


交流輸入端採用一體式EMI濾波器，電源總開關後方採插片式連接頭，並包覆絕緣套加強絕緣


板上EMI濾波電路，提供更進一步雜訊過濾與隔離能力，右方輸入保險絲採臥式安裝，並包覆絕緣套


兩組固定在散熱片上的橋式整流器採並聯配置，提高電流耐受力


兩組APFC用環型電感採串聯配置，增加電感量


APFC開關晶體採用英飛凌COOLMOS E6系列60R190E6 POWER MOSFET(650V 59A 0.19ohm)四顆並聯而成


APFC交換二極體使用CREE C3D06060碳化矽零回復二極體(600V 6A)，兩顆並聯配置


為了進行輸入與輸出監測，電源內功率級一次側各電路端均安裝如圖中的CT(比流器)，讓電流資訊可以回報控制端


APFC輸出電容採兩顆PANASONIC HD系列450V 470uF 105度電解電容並聯


功率級一次側的開關晶體與諧振電容(紅色)，共有兩組，驅動兩顆變壓器


位於兩組開關晶體間的一次側諧振槽與比流器(左)


功率級數位化控制卡，CORSAIR商標右側為一次側控制電路，紅框內為Freescale(飛思卡爾)56F8014 16位元數位信號控制器(DSC)，負責APFC與功率級一次側控制
商標左側為二次側監控/管理電路，主要控制核心為綠框內C8051F380與C8051F310兩顆MCU(微控制器)，與一次側數位信號控制器通信，監控電源各部運作狀況及輸入/輸出電壓電流，並把監測資料透過通訊埠輸出，也可透過通訊埠改變風扇轉速與電流偵測規則


因為一次側與二次側間控制信號採數位傳輸，所以不再使用光耦合器而採用圖中的Si8661BD六通道隔離式數位傳輸IC


功率級採用兩顆主變壓器，並透過金屬板狀二次繞組本體與安裝同步整流MOSFET的電路板組合在一起，上方安置濾波用固態電容，12V輸出線組直接採用螺絲+端子直接鎖在正極金屬板上
此設計不僅可以縮短傳輸路徑減低阻抗，並可讓變壓器、同步整流MOSFET一起獲得散熱，同步整流MOSFET採用12顆英飛凌OptiMOS 3系列BSC030N04NSG POWER MOSFET(40V 100A 3m-ohm)組合而成


黃色絕緣膠帶下就是二次側同步整流控制電路板，負責控制與驅動二次側同步整流MOSFET的動作


輔助電源電路以子板直立安裝在側邊


二次側3.3V用DC-DC轉換板，負責將12V轉換為3.3V供裝置使用


5V用DC-DC轉換板安裝在另一邊，夾在主控制板與同步整流控制板間，背後使用絕緣膠片蓋住避免短路


與12V輸出端相同，3.3V/5V的DC-DC轉換板上也採用FP CAP出品的固態電容與貼片MLCC(積層陶質電容)混合配置，進行濾波及儲能


模組化輸出插座板，上方插座的下方額外安置12V迴路濾波電容，下方插座則替3.3V/5V額外加上傳統電解電容與固態電容
為了增強載流能力，插座板上方可以看到額外加上的金屬板，提供電流足夠的路徑流通，為降低損失，與主電路板間的連接線採取粗且短的設置，右下方白色排線則只用來傳遞小信號用，例如PS-ON、PG、電壓回授等等


模組化輸出插座板後方電路也加上MLCC電容加強濾波，也可以看到為了避免傳輸損失，12V直接從同步整流板上拉出粗且短的電線，穿過磁環後直接接到插座旁邊


主電路板上代工廠商所印的研發代號Challiho、編號、設計日期與版本


接下來就是測試


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：ATI 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


5V電壓記錄


主機板12V電壓記錄


處理器12V電壓記錄


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26A，3.3V/5V則受限於電源本體輸出能力)
對於12V功率級機種，同時採用四機並聯方式單測12V最大輸出量(電源本身額定輸出或是四機最大負荷104A)
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)

各段輸出表如下：


與CORSAIR LINK軟體數據的比較
軟體顯示輸入8瓦，實際輸入11.8瓦

軟體顯示輸入116瓦，輸出110瓦，效率94.8%；實際輸入114瓦，輸出99瓦，效率86.74%


軟體顯示輸入180瓦，輸出172瓦，效率95.6%；實際輸入184瓦，輸出165瓦，效率89.67%


軟體顯示輸入288瓦，輸出272瓦，效率94.4%；實際輸入291瓦，輸出265瓦，效率91.08%


軟體顯示輸入348瓦，輸出330瓦，效率94.8%；實際輸入360瓦，輸出331瓦，效率91.95%


軟體顯示輸入536瓦，輸出522瓦，效率97.4%；實際輸入538瓦，輸出497瓦，效率92.34%


軟體顯示輸入704瓦，輸出698瓦，效率99.1%；實際輸入721瓦，輸出663瓦，效率91.98%


軟體顯示輸入892瓦，輸出884瓦，效率99.1%；實際輸入915瓦，輸出829瓦，效率90.62%


軟體顯示輸入976瓦，輸出956瓦，效率98%；實際輸入996瓦，輸出895瓦，效率89.88%


軟體顯示輸入1328瓦，輸出1206瓦，效率90.8%；實際輸入1369瓦，輸出1236瓦，效率90.26%


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：Tekronix TDS3014B數位示波器

各路動態負載參數設定
12V與5V：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
3.3V：最高電流12A，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


5V


3.3V

3.3V/5V空載，12V輸出102A情形下測試漣波，此時12V的漣波為85mV


結論：
1.80PLUS白金認證為90(20%)-92(50%)-89(100%)，此電源實測效率為91.08(22.1%)-91.98(55.3%)-90.26(103%)，落在效率帶內
2.偏重12V輸出下效率較佳，3.3V/5V越高效率越差
3.12V電壓追隨動態負載變化的速度快，且短時間(100uS)內即趨向穩態，變動範圍亦小(450~470mV)
4.5V於動態負載變動瞬間時，有較大振盪幅度，造成峰對峰電壓較高(1.08V)，約在400uS才拉回
5.3.3V輸出帶有些許高頻雜訊(波形上類似毛邊部分)
6.12V輸出102A下漣波峰對峰電壓為85mV
7.軟體在輸入與輸出瓦數偵測數據上，輸入偏低，輸出偏高，所以會計算出超高的轉換效率

優點：
1.數位化控制功率級一次側，在輕載與尖峰輸出有更好的轉換效率表現
2.輸出效率符合80PLUS白金水準
3.SATA電源接頭提供數量達16組，大4P接頭數量達12組，擴充方便
4.提供長達七年的保固
5.監控軟體可控制電源風扇轉速與PCIE輸出限流偵測設定
6.上機測試電壓表現穩定度良好

缺點：
1.僅ATX 20+4P使用16AWG線材，處理器與顯示卡等更需要大電流的線路卻僅使用18AWG
2.大4P/SATA的接頭與接頭間線路長度較短
3.監控軟體操作反應感覺較慢，系統資源佔用較大，且監測精準度可再提高
4.3.3V/5V的動態負載輸出狀況還有改善空間

報告完畢，謝謝收看