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Chroma in günstig? Ein Baubericht
29.11.2016 - 07:45

Aufmerksamen Leser werden sicher schon bemerkt haben, dass unsere Netzteiltests immer präzisere Messungen der Spannungen sowie detaillierte Analysen der kompletten Technik sowie seit einiger Zeit auch Lautstärkenmessungen enthalten. Die Effizienzbestimmungen waren hingegen immer recht ungenau und ohne wirkliches Urteil. Unsere Testmethode hierfür war schlicht und einfach zu rudimentär, um ebenso gute Messungen zu erlauben. War? Ja, ihr habt richtig gelesen. Wir haben nun eine komplett neue Testlast, welche deutlich genauere Bestimmung der Effizienz und das Ausloten der OCPs erlaubt. Da wir als vergleichsweise kleine Redaktion kein hohes Budget in eine teure Chroma investieren wollen, musste eine Eigenbau-Lösung herangezogen werden.


In diesem Artikel stellen wir euch nicht nur unser neues Testsystem vor, sondern erläutern den Aufbau Schritt für Schritt, sodass jeder mit gewissen handwerklichen Fähigkeiten die Laststation bei Interesse nachbauen kann. Das gilt natürlich auch für besonders neugierige Privatpersonen, vor allem aber für andere kleine Redaktionen und Schreiber von User-Reviews in Foren. Zum Abschluss werden wir die Testlast einweihen, indem wir unsere zuletzt getesteten Netzteile nochmals alle daran durchmessen werden. Diesmal inklusive Angabe der Effizienz!

Viel Spaß beim Lesen wünscht euer TRV Team.



Danksagung

Wir danken der Firma Caseking für die Bereitstellung einiger essentieller Bauteile der Lastbank!











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Technische Grundlagen und Ideensammlung

Um eine elektronische Testlast zu realisieren gibt es verschiedenste Ansätze. Was alle gemeinsam haben – viel Strom muss in viel Wärme umgewandelt werden. Technisch gibt es dafür verschiedene Möglichkeiten.

Der wohl professionellste ist, mit einem Schaltwandler eine regelbare Konstantstromquelle zu realisieren und diese an eine Widerstandsbank anzuschließen. Die Leistung wird von den Widerständen in Wärme umgewandelt, aber der Strom kann digital geregelt werden. Ebenfalls sehr elegant ist die Option, direkt mit großen Leistungshalbleitern den Strom zu verheizen – auch hier kann man den Strom sehr präzise digital regeln. Beide Aufbauten sind gut steuerbar, man könnte sogar vollautomatisch oder über einen PC den Strom kontrollieren und Kennlinien aufzeichnen. Damit geht allerdings ein deutlich größerer Aufwand einher, gute Kenntnisse in Analog- sowie Leistungselektronik sind nötig und der Aufbau ist zeitaufwändiger sowie deutlich teurer. Damit verfehlen beide unsere Idee der „günstigen Lastbank für jeden“, die kostengünstig und einfach auf- und nachgebaut werden kann. Professionelle Testlasten (Chroma, Sunmoon und Ähnliche) arbeiten aber vermutlich nach einem der beiden ebengenannten Prinzipien.

Eine weitere Möglichkeit ist, steckbare oder schaltbare Widerstände zu verwenden, sodass, je nachdem wie viele parallel geschaltet werden, ein anderer, fixer Strom fließt. Leistungswiderstände der benötigten Klasse sind bereits ziemlich kostengünstig erwerbbar (3-5 € pro 50 Watt Widerstand), benötigen aber einen großen Kühlkörper mit aktiver Kühlung, immerhin muss dieser insgesamt bis zu 550 Watt abführen (also ungefähr die siebenfache Abwärme einer i7 4770k!). Während dieser Aufbau bereits gut möglich gewesen wäre, hat am Ende der simpelste und am einfachsten Nachzubauende gesiegt. Anstelle von 50 Watt Widerständen haben wir 50 Watt Halogenbirnen verwendet. Diese sind für den Dauerbetrieb an 12 Volt ausgelegt und müssen somit nicht weiter aktiv gekühlt werden. Sie haben sehr geringe Anschaffungskosten und in jedem Elektro-Geschäft ist günstiger Ersatz beschaffbar, wenn eine Birne mal kaputtgehen sollte.

Großer Nachteil der 12 Volt Lampen ist jedoch, dass ihre eigentliche Aufgabe darin besteht, Licht abzugeben. Das tun sie nur zu gut, wie wir während eines ersten Tests feststellen durften. 10 dieser Lampen an einem Netzteil tauchten den ganzen Raum in blendend helles Licht und strahlten eine enorme Menge an Hitze ab, sodass wir uns nach einer Weile an einem 50 cm daneben liegenden Multimeter fast die Finger verbrannt hätten. Ab da war klar – die Lastbank muss in ein Gehäuse. Hier ein Schnappschuss aus einem der ersten Testläufe mit offenem Deckel:




Buchsen für ATX 24pin, EPS 8pin und PCIe 8pin sind schwer zu beschaffen sofern man keine 1000 Stück aus Fernost ordern will. Hierbei kam uns Caseking als Partner zu Hilfe und unterstützte uns mit Komponenten für den Bau. Neben einem hervorragend leisen 140 Millimeter Noiseblocker eloop, welcher langsam Frischluft durch die Teststation pustet, stellten sie uns auch einen Satz an ATX Verlängerungen zur Verfügung, von welchen wir nur die Buchsen verwenden werden. An dieser Stelle nochmal vielen Dank Caseking. Nun waren alle Teile beschafft, der Bau konnte beginnen!

Kurze Liste der verwendeten Bauteile:
  1. 16 x GY6.35 Sockel
  2. 20 x 12 Volt 50 Watt GY6.35 Halogenlampe
  3. 1 x 24 Pin Verlängerung
  4. 1 x CPU 8 Pin Verlängerung
  5. 4 x PCI-E 8 Pin Verlängerung
  6. 1 x 140mm Noiseblocker Eloop
  7. 1 x Wippschalter mit Mittelposition
  8. 20 Paar 4 mm Goldkontaktstecker (Modellbau-Zubehör)
  9. 4 x 2,2 Ohm 5 Watt Lastwiderstand (Last für 5 Volt Schiene)
  10. 3 x 4,7 Ohm 5 Watt Lastwiderstand (Last für 3,3 Volt Schiene)
  11. Etliche Meter 2,5 mm² Kabel
  12. Holz und Verschluss-Schnapper für das Gehäuse
  13. Altes Platinen-Rohmaterial als "Stromverteiler"





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Baubericht Teil 1: Gehäuse

Wer eine oder mehrere Halogenlampen im Haus zur Beleuchtung verwendet, der weiß, wie hell 50 Watt Halogen sein können. Daher haben wir uns von Anfang an entschlossen, diese nicht offen im Raum stehen zu lassen, sondern in ein Gehäuse einzubauen.

Beim Gehäuse entschieden wir uns für ein Mehrkammer-System, bestehend aus einem stabilen Aufbau aus MDF Platten. Den eigentlichen Baubericht des Gehäuses möchten wir etwas kürzer fassen – schließlich sind wir eine Hardware- und keine Schreinerseite. Angefangen hat alles mit einem 3D Modell, aus welchem wir dann eine Schnitt-Vorlage gemacht haben.


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Das Schnittmuster in voller Auflösung findet ihr [UTL=https://www.tech-review.de/uploads/reviews/13_lastbank_aufbau_cut.png]hier zum Download[/URL].

Die einzelnen Holzteile wurden daraufhin im IT-Syndikat, dem lokalen Hackerspace in Innsbruck, zugeschnitten, deren hervorragend ausgestattete Werkstatt unser Redakteur als Mitglied verwenden darf. Ein Hackerspace ist ein Zusammenschluss von an Wissenschaft, Technologie und (digitaler) Kunst Interessierten, die sich eine Werkstatt teilen und sich untereinander austauschen. Ebenfalls haben wir dort das Gehäuse zusammengestellt, verleimt und die Klebestellen zusätzlich mit einer Nagelpistole verstärkt. In der Rückwand befindet sich ein großes Loch für den 140 Millimeter Lüfter, während in der Bodenplatte 16 Löcher für Luftzufuhr gebohrt wurden. Die ungefähr einen Zentimeter hohen Standfüße sorgen für Frischluft von unten. In der inneren Trennwand sind unten zwei Durchführungen für Kabel und in der Front Löcher, bei denen später die ATX Verlängerungen nach außen geführt werden sollen. Im leicht abgesenkten Deckel der vorderen Kammer finden indes 16 x 3 Millimeter Buchsen ihren Platz, neben einem großen Loch für die dazugehörigen Kabel. Doch dazu mehr im zweiten Teil des Aufbaus!


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Für die beiden abnehmbaren Deckel haben wir unterschiedliche Verschlüsse vorgesehen: Der große Deckel ist an den vier Ecken mit jeweils einem 3 Millimeter Stahlstift mit der Kiste verbunden, wobei die vorderen drei Seiten zusätzlich mit etwas Moosgummi lichtdicht gemacht wurden. Der kleine Deckel wiederum wird lediglich von zwei kleinen Schnappverschlüssen gehalten.

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Alles in allem ein eher simples Gehäuse, welches im Bau trotzdem erstaunlich viel Zeit in Anspruch genommen hat. Das lag zum einen an der geringen Erfahrung unseres Redakteurs im Verarbeiten von Holz, zum anderen an seinem Hang zum Perfektionismus. Auch wenn manche Spaltmaße sehr zum Leidwesen unseres Tastatur-Testers Daniel F. nicht perfekt sind, erfüllt das Gehäuse seine Aufgabe hervorragend – das Licht bleibt zuverlässig im Inneren und die Trennwände schützen Lüfter und Verkabelung vor der Hitzestrahlung.

Mooooment, Hitze? Holz? Ist das eine gute Idee? An sich nein, weshalb unsere Lastbank auch nie unbeaufsichtigt betrieben werden darf. Dasselbe Problem hätte man auch wenn die Energie anderweitig (beispielsweise in Widerständen) umgesetzt wird. MDF ist aber temperaturresistent genug, dass die Dauer eines üblichen Tests (zusammen mit dem Lüfter, der einen Teil abtransportiert) absolut kein Problem für das Gehäuse darstellt.


Baubericht Teil 2: Elektronik und Verkabelung

Nun kommen wir zum im wahrsten Sinne des Wortes spannenden Teil, dem Aufbau der eigentlichen Elektronik. Als Erstes wurde auf ein Holzbrett eine Anordnung von 16 Lampensockeln montiert. Hierfür haben wir die entsprechenden Löcher gebohrt und die Sockel anschließend mit Holzschrauben verschraubt. Um die Hitze der Lampen etwas vom Brett fernzuhalten, haben wir dieses vorher noch mit Aluminium-Klebeband beklebt, welches die thermische Strahlung teilweise reflektiert. In jeden dieser Sockel kommt eine 50 Watt Halogenbirne, was eine maximale Gesamtlast von 800 Watt ermöglicht – genug, um 550 oder 650 Watt ATX Netzteile auf Herz und Nieren zu testen und auch 750 Watt Netzteile mit enger OCP/OPP sind noch testbar.

Anschließend folgte der aufwändigste Part: Die Kabel der Sockel waren ausnahmslos deutlich zu kurz, weshalb alle verlängert werden mussten. Aufgrund der einfachen Beschaffung haben wir hierfür herkömmliches Installationskabel für 230 Volt verwendet, auch, wenn dessen unnötig dicke Isolierung etwas mehr Platz benötigt als es bei dedizierten 12 Volt Kabeln der Fall gewesen wäre. Diese Kabel wurden nun zusammen mit dem beigelegten Verlängerungskabel des Lüfters verlegt. Letzteres mussten wir leider zerschneiden und daraufhin ohne den überraschend hochwertigen Sleeve verbauen.


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In der vorderen Kammer wartete nun noch ein Haufen Kabel darauf, sinnvoll gebändigt zu werden. Hier haben wir Platinenmaterial als Verteilerplatten genommen und an die Kabel angelötet. Im Deckel fanden, wie bereits vorher erwähnt, 16 x 3 Millimeter Goldkontaktbuchsen aus dem Modellbau-Bereich ihren Platz, welche innen alle mit einer Platine verbunden wurden. An diese haben wir vier weitere dieser Buchsen angelötet. Daran können die vom Netzteil kommenden Verlängerungen angesteckt werden, sodass der Deckel abnehmbar bleibt. Oben hingegen kann pro Buchse je eines von einer Lampe kommende Kabel angesteckt werden, um die Lampen einzeln zu „schalten“. Über den Schalter im Deckel kann der Lüfter wahlweise an 5 Volt oder 12 Volt betrieben werden. Auch hier haben wir darauf geachtet, dass er Steckbar bleibt.

Die unzähligen Masse-Kabel der Lampen hingegen wurden, zusammen mit den Massekabeln die vom Netzteil kommen, auf einer Platine verlötet. Diese haben wir dabei länger gewählt als nötig gewesen wäre, da hier ursprünglich eine Einschaltstrombegrenzung folgen sollte, um den sehr hohen Einschaltstrom, den diese Lampen verursachen, davon abzuhalten die OCP des Netzteils auszulösen. Später haben wir uns dafür allerdings etwas anderes überlegt. Die Lampen werden mit einem Widerstand zwischen Buchse und Stecker „vorgeheizt“, ehe sie normal angeschlossen werden. Was als Notlösung beim ersten Test der Lastbank angewandt wurde, funktionierte so gut, dass wir es am Schluss beibehalten haben.

Für 3,3 Volt und 5 Volt haben wir uns gegen eine variable Last entschieden und einfach eine fixe Last von grob 2 Ampere pro Schiene genommen. Genauer sind es 2,28 Ohm auf 5 Volt und 1,58 Ohm auf 3,3 Volt. Das kommt der Last in einem realen, aktuellen System sehr nahe, in denen die 5 Volt und 3,3 Volt Schienen sehr schwach und konstant belastet werden und die effektive Last fast ausschließlich auf 12 Volt erfolgt. Das dritte Foto zeigt die Widerstandsbank, für welche wir verschiedenste alte, bereits herumliegende Hochlastwiderstände verwendet haben.


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Das kleine rote Kästchen an der Front stammt aus dem 3D Drucker und beinhaltet je zwei Messpunkte für Masse, +3,3 Volt, +5 Volt und +12 Volt, um im Betrieb mit einem Oszilloskop und Multimeter zugleich Spannungen messen zu können.


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Messequipment

Eine Testlast ist nichts wert, wenn man nicht über die anständige Messtechnik verfügt, das Verhalten des Netzteils in den verschiedenen Lastszenarien auch sinnvoll überprüfen zu können. Hierfür ist es nötig, alle Spannungen und Ströme mit ausreichender Genauigkeit zu bestimmen.




Die Spannungen messen wir mit einem Digitalmultimeter von Fluke aus der 170er Serie, einem Fluke 177. Diese Serie ist ein hervorragender Kompromiss aus Robustheit, Portabilität und Messgenauigkeit, weshalb unsere Entscheidung darauf gefallen ist.

Ströme messen wir mit einer Stromzange des Herstellers Uni-T, welche auf den Modellnamen UT210E hört. Während dieses für seine Funktionen sehr preiswerte Modell von einem nicht über jeden Zweifel erhabenen Hersteller stammt, der gerne seine Produkte manchmal überlabelt, konnte unsere Zange im Praxisbetrieb völlig überzeugen und verließ auch im Vergleich mit deutlich teurerer Messhardware nicht die 2 % Toleranzgrenze auf der DC Skala, welche ihr das Datenblatt bescheinigt. Diese Erfahrungen werden von anderen Nutzern im EEVblog Forum gestützt.

Das etwas betagte Analogoszilloskop HM605 war ursprünglich gedacht, um die Restwelligkeit zu messen. Allerdings stellte sich das mangels Funktion für Single Shot Messungen und Frequenzfilter als schwierig und sehr ungenau heraus, weshalb wir darauf vorübergehend noch verzichten werden müssen – allerdings versuchen wir dieses in naher Zeit mit in den Testparcours aufnehmen zu können.

Zu guter Letzt muss auch die primärseitig aufgenommene Leistung gemessen werden. Hierfür steht uns ein Profitec KD 302 zur Verfügung, welches das schwächste Glied in unserer Messkette darstellt und eine gewisse Toleranz in Effizienzmessungen bringt. Unserer Erfahrung nach sind mehrere Messungen mit diesem Gerät aber untereinander sehr konsistent, was es erlaubt, die Messungen untereinander zu vergleichen. Lediglich im Direktvergleich mit Messungen an einer Chroma oder ähnlichen, sehr teuren Messstationen, muss man vorsichtig sein.

Für Lautstärkemessungen legen wir die Netzteile mit dem Lüfter nach oben auf den Boden und messen vom Gitter am Luftausgang 20 cm zur Seite hin entfernt mit einem Voltcraft SL-100.





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Effizienz und Spannungen

Mit unserem neuen Messsystem konnten wir nun erstmals auch OCPs/OPPs ausloten und schöne Effizienzverläufe aufzeichnen. Während die Effizienz absolut nicht zu 100 % präzise ist, sind die Messwerte relativ zueinander sehr gut vergleichbar, sodass der direkte Vergleich zwischen den Netzteilen gut gemacht werden kann. Spannungsmessungen hingegen sind dank der hohen Präzision unseres Fluke DMMs hingegen sehr präzise. Nur die 12 Volt Schiene wird variabel belastet, während 3,3 Volt und 5 Volt fix sind, was einem realen System sehr nahe kommt. Wir listen nachfolgend einige Vergleichsdiagramme von unseren Netzteilen auf, welche momentan zum Messen in der Redaktion verfügbar sind. Detaillierte Messwerte findet ihr als Tabellen auf der nächsten Seite.

Hierbei muss man allerdings beachten, dass der erste Messpunkt mit keiner Last auf der 12 Volt Schiene keinerlei Praxisrelevanz hat, wir haben ihn nur der Vollständigkeit halber in die Diagramme übernommen. Alle Netzteile wurden belastet bis die OCP oder OPP angezogen hat, also teilweise auch weit über ihre Nennleistung hinaus. Sehr interessant war das beim Thermaltake London, dessen Überstromabschaltung nicht ausgelöst hat. In den Grafiken stellen wir aber nur die Werte bis 550 Watt dar. Da die kleinen Diagramme bei zu vielen Netzteilen verwirrend sind, haben wir nur unsere zwei 80+ Platin Testkandidaten eingeblendet.








Wir haben es hier nur mit sehr sauber stabilisierten Netzteilen mit DC-DC Konvertern für die Nebenspannungen zu tun, entsprechend sind alle Spannungen sehr sauber reguliert. Interessanter wird es bei der Effizienz, wo sich ein unklassifiziertes Netzteil (DPS500QB), eins mit 80+ Bronze (LX500), eins mit 80+ Silber (LC6560GP3), drei mit Gold (V550, London und HCP1200) sowie zwei mit Platin (P11 550W und Platimax 500) gegenüberstehen. Hier haben wir wieder einen Graphen mit lediglich den beiden 80+ Platin Netzteilen, aber auch den etwas chaotischen Graphen mit allen getesten Netzteilen abgebildet. In niedrigen Leistungsbereichen muss sich das HCP1200 natürlich den anderen Netzteilen geschlagen geben, holt dann aber bei höherer Last wieder deutlich auf. Sehr interessant ist die Kurve des DPS500QB, bei welchem die sehr sensible OCP leider viel zu früh ausgelöst hat – es wäre spannend gewesen zu sehen, wie sich seine Effizienz weiter verhält. Den Messwerten nach müsste die Plattform eher auf 750 Watt ausgelegt oder aber auf maximale Effizienz bei hoher Auslastung getrimmt sein. Der übliche Peak bei grob 50% Last ist hier jedenfalls nicht zu sehen.








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Laustärke

Mit einer konstanten und dauerlastfähigen Testlast kann man auch hervorragend die Lautstärke eines Netzteils beurteilen. Die Lastbank selbst hat nur einen Lüfter, welcher über einen Schalter abschaltbar ist und verfälscht somit die Lautstärkemessung im Gegensatz zu einem PC nicht weiter. Wir messen sehr nahe am Gerät, was auch bei leisen Geräten in hohen Pegeln resultiert. Anders sind die heutigen, extrem leisen Netzteile der High-End-Klasse aber kaum unterscheidbar. In Räumen mit einer eher hohen Hintergrundlautstärke, wie eine Wohnung in der Innenstadt es leider ist, schwankt dieser Wert zwischen verschiedenen Tageszeiten beträchtlich und ist daher nicht irrelevant. Wir haben für Lautstärkemessungen immer versucht, die Uhrzeiten mit möglichst wenig Verkehr zu wählen, sodass der Straßenlärm die Messungen nicht beeinflusst.




Hier nun noch alle Messungen der uns zur Verfügung stehenden Netzteile im Detail:

Antec HCP1200
BeQuiet Dark Power Pro 11 550W
Cooler Master V550
Cougar LX500
Enermax Platimax D.F. 500W
Fujitsu DPS-500QB
LC Power LC6560GP3 Silver
Thermaltake London 550W




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Fazit

Die Messungen zeigen recht deutlich was dieses Testsystem kann – aber auch seine Limits. Während es hervorragend geeignet ist, um Spannungsstabilität und Lautstärke zu testen, sowie OCPs auszuloten, ist die Effizienzbestimmung nicht absolut präzise. Das liegt an der großen Toleranz der Stromzange (2% auf DC) und vor allem wegen der noch größeren Toleranz des kostengünstigen Energiekosten-Messgeräts an der Primärseite. Die Messwerte sind zwar zwischen einzelnen Tests sehr konsistent, aber nicht präzise absolut zu messen - beispielsweise im Vergleich zu Netzteilen die an einer Chroma gemessen wurden.

Nichtsdestotrotz ist es für jeden Tester, der ohne Zugriff auf eine Chroma oder Budget für eine Sunmoon, Netzteile testet ein großer Fortschritt gegenüber Tests in einem PC. So beeinflussen Treiberupdates oder Systemupdates nun nicht mehr die Messungen, da der Strom einfach zu messen ist. Weiteres ist das System als Ganzes sehr günstig und auch einfach bis über ein Kilowatt hochskalierbar – wogegen wir uns bewusst entschieden haben. Das System ermöglicht konsistente Messungen und erste verwertbare Effizienzmessungen, weshalb es unserer Meinung nach eine lohnenswerte Investition ist. Ersetzt man die Strommesszange durch einen präzisen Messshunt und das Leistungsmessgerät primärseitig durch ein hochwertigeres Modell, wären sogar noch deutlich präzisere Messungen der Effizienz möglich.

Zusammenfassend sind wir sehr zufrieden mit den Möglichkeiten und der Genauigkeit des neuen Testsystems. Damit lassen sich in deutlich kürzerer Zeit präzisere und aussagekräftigere Messungen durchführen, als es bei Tests an einem realen PC möglich ist. Auch die OCP auf 12 Volt und/oder OPP lassen sich hiermit einfach bestimmen.

Eine allgemeine Preis/Leistungs-Empfehlung werden wir wegen der sehr beschränkten Zielgruppe zwar nicht aussprechen, aber für interessierte Forentester und kleine Redaktionen ist es wirklich empfehlenswert.





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M.Plattner


gedruckt am 14.12.2019 - 12:02
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