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

 

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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
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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
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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
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外盒頂面
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外盒底面
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外盒側面
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打開彩盒,抽出印有CORSAIR商標的黑色包裝盒
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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
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電源本體裝在印有商標的黑色絨毛袋中
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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
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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
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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
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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
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後方散熱出風口,電源輸入插座與電源總開關設置於此
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輸出規格標籤,12V採單路設計,最大輸出為100.4A 1204.8W
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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
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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
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ATX 20+4P供電的線路採16AWG的線材
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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
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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
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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
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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
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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

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所有的模組化線路插上電源供應器的樣子
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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
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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
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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

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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

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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
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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
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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
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兩組APFC用環型電感採串聯配置,增加電感量
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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
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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
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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
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APFC輸出電容採兩顆PANASONIC HD系列450V 470uF 105度電解電容並聯
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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
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位於兩組開關晶體間的一次側諧振槽與比流器(左)
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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

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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
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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

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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
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輔助電源電路以子板直立安裝在側邊
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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
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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
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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
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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

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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
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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
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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

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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:

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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

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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%
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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%
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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%
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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%
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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%
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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%
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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%
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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%
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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%
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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: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

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5V
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3.3V

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

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