be quiet! Dark Power 13 850W im Test: Feintuning unter der Haube

Nach dem Lösen der Schrauben und dem Öffnen des Netzteils fällt der Blick auf die Elektronik. Wie immer gilt: Nicht nachmachen – Lebensgefahr!

Eckdaten und Komponenten

Im Vergleich zum Vorgänger müssen Unterschiede in der Elektronik mit der Lupe gesucht werden. Mit Ausnahme der Anschluss-Leiterplatte blieben selbst die Beschriftungen auf den PCBs mit der intern geführten Bezeichnung „P12“ unverändert.

So gibt es auch in der Schaltungs-Topologie keine Unterschiede zum Vorgänger. Eine aktive PFC und ein LLC-Resonanzwandler mit Synchrongleichrichtung sind dabei weit verbreitete, wohlbekannte Technologien.

Technische Daten	Dark Power 13 850W
Primärseite
EMV-Filter	3 × X-, 4 × Y-Kondensatoren, 2 × CM-Drosseln
Sicherungen	Feinsicherung, MOV
Brückengleichrichter	4 × MOSFETs (ST STB57N65M5), System eingeschaltet 4 × Dioden (Diodes S3M), Standby
Aktive PFC	2 × MOSFETs (Infineon IPA60R120P7), 2 × Dioden (CREE C3D06060A)
Einschaltstrombegrenzer	NTC + Relais
Zwischenkreiskondensator	Nippon-Chemi-Con 470 µF (KMZ-Serie) und 330 µF (KMR-Serie) 420 V, 105 °C
Standby-IC	Diskret mit Controller
Konvertertopologie	LLC-Vollbrücke
Schalter	4 × Alpha & Omega AOTF190A60CL
Sekundärseite
Wandlung Minor-Rails (5 V und 3,3 V)	DC-DC
Gleichrichter +12 V	6 × MOSFETs (Toshiba TPHR8504PL)
DC-DC-Schalter 5 V und 3,3 V	je 3 × Infineon BSC0901NS
Filterkondensatoren +12 V	4 × Nippon-Chemi-Con 2.200 µF (KZE-Serie), 12 × 470 µF Feststoff-Elkos
Filterkondensatoren 5 V	2 × 470 µF Feststoff-Elkos
Filterkondensatoren 3,3 V	2 × 470 µF Feststoff-Elkos
Filterkondensatoren 5 VSB	2 × 3.300 µF Nippon-Chemi-Con (KZE-Serie) und 1 × 330 µF Rubycon
Supervisor-IC	Weltrend WT7527
Lüfter
Modellbezeichnung	be quiet! Silent Wings 3 SIW3-13525-HF
Technische Daten	135 mm, 1.800 UPM, FD-Gleitlager

Beim Aufschrauben des Netzteils fällt als Erstes die mehrteilige Lüfterkonstruktion auf, die sich be quiet! patentieren ließ. Anstatt den Lüfter als ein Bauteil zu sehen, hat der Hersteller den Lufteinlass beziehungsweise Rahmen von der Haupteinheit getrennt, die aus dem Stator mit Motor und dem Rotor besteht. Durch die spezielle Geometrie kann Luft auch seitlich anströmen und die Entkopplungsmaßnahme kann womöglich helfen, Resonanzen mit dem Lufttrichter zu verhindern. Die sternförmige Lüfterhalterung wird schließlich an drei Punkten über Sechskant-Abstandsbolzen mit dem Netzteilgehäuse verschraubt.

Am Netzeingang sind erste Filterelemente verbaut, die auf der Hauptplatine schließlich vervollständigt werden. Mit einem MOV als Überspannungsableiter und einer Feinsicherung sind zudem wichtige Schutzschaltungen vorhanden. Einschaltströme werden über einen NTC-Widerstand begrenzt, der im laufenden Betrieb über ein Relais kurzgeschlossen wird.

Wirkungsgrad mit MOSFET-Brückengleichrichter teuer erkauft

Anstatt eines herkömmlichen Brückengleichrichters entscheidet sich be quiet! für eine aktive Gleichrichtung mittels MOSFETs, die auf einem vertikalen PCB mit doppelseitiger Bestückung montiert wurden. Um hierbei einen Effizienzvorteil gegenüber (Dioden-)Brückengleichrichtern erzielen zu können, wurden sehr große Superjunction-Silizium-MOSFETs verwendet, die mit Stückpreisen von einigen Euro aber sehr viel kostspieliger sind. Normale Brückengleichrichter weisen zudem eine sehr hohe Robustheit auf. Die MOSFET-Ansteuerung demgegenüber muss jeden Schalter jederzeit möglichst umgehend sperren können, wenn die Netzspannung ihr Vorzeichen wechselt, was durch Störungen im Versorgungsnetz (Bursts) möglicherweise mehr als einmal in der Netzperiode auftreten kann. Anders als beim Diodenbrückengleichrichter gibt es beim MOSFET-Gleichrichter mit höheren Temperaturen aber größere Leitverluste, weshalb be quiet! mit üppigen Kühlkörpern hier bemüht ist, die Temperaturen niedrig zu halten.

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Trotz der aktiven Gleichrichtung der Netzspannung ist nachfolgend eine aktive PFC notwendig. Dies macht gegenüber einer Totem-Pole-GaN-PFC bauartbedingt einen größeren Bauteilaufwand notwendig, da der Strom immer durch drei anstelle von zwei Halbleitern fließen muss. Implementierungen von Totem-Pole-GaN-PFCs sind derzeit aber nur in den höheren Leistungsklassen mit dem Corsair AX1600i oder XPG Fusion 1600 Titanium in Verwendung.

Die aktive PFC besteht aus einer Parallelschaltung von zwei MOSFETs und zwei Dioden – für den Vollbrücken-Resonanzwandler gibt es vier MOSFETs in einfacher Ausführung. Die Bauteile werden über zwei Kühlkörper mit Durchsteckmontage mit Hilfe des Luftstroms des Netzteils sowie über Wärmeleitpads und das Netzteilgehäuse entwärmt. Deren Temperatur wird über einen NTC-Widerstand überwacht, wonach der Lüfter und die Übertemperatursicherung gesteuert werden. Der Haupt-Transformator nutzt eine Folienwicklung auf der Sekundärseite, um einen größeren Kupferfüllfaktor bei gleichzeitig geringem Wechselstromverlustfaktor zu erzielen.

Synchrongleichrichter jetzt in Vollbestückung

Auf der Sekundärseite erreicht be quiet! eine Effizienzverbesserung zum Vorgänger, indem die Vollbestückung des Synchrongleichrichters mit sechs statt vier MOSFETs genutzt wird. Die hochfrequenten Wechselströme der 12-Volt-Schiene werden anschließend mit Hilfe zahlreicher Elkos gefiltert. Auf der anderen Seite der Platine gibt es dazu zahlreiche Derivate in Feststoffausführung. Direkt der Anschlussplatine angrenzend gibt es außerdem Elkos mit flüssigem Elektrolyt. Für die Nebenspannungsschienen erfolgt die Filterung ausschließlich über die Feststoffvarianten. Auch auf der Anschlussplatine vertraut be quiet! ebensolchen Bauteilen, die aufgrund ihres kleinen Verlustwiderstands eine besonders gute Filterwirkung erreichen können.

Die 5-Volt-Standby-Schiene besteht aus diskreten Leistungshalbleitern, die auf die Platinenunterseite montiert wurden und thermisch an das Gehäuse über Wärmeleitpads angebunden sind. Großzügig dimensionierte Elkos filtern die Standby-Schiene. Eine Entlastung des Standby-Wandlers im aktiven Betrieb ermöglicht das Kurzschließen der Standby-Schiene mit der Haupt-5-Volt-Schiene mit einem MOSFET.

Alle vertikalen Platinen sind direkt mit einer Kanten-Lötverbindung angebunden, sodass keine Kabel die großen Ströme auf der Sekundärseite führen müssen, die tendenziell mehr Verluste machen und hinderlich für den Luftstrom im Netzteil sein können.

Um auch bei höheren Umgebungstemperaturen eine ausreichende Kühlung des Netzteils sicherzustellen, gibt es mit dem SIW3-13525-HF einen relativ leistungsstarken Lüfter. Der IC Weltrend WT7527 stellt schließlich alle ausgangsseitigen Schutzschaltungen bereit.

12VHPWR-Stecker mit fester Leistungskodierung

Der 12VHPWR-Stecker ist werkseitig über die beiden Sense-Pins fest auf eine Dauerleistung von 600 W kodiert. Diese Kodierung erfolgt vermutlich auf der Anschlussplatine neben dem 12VHPWR-Stecker über die beiden Jumper-Widerstände „BR18“ und „BR19“, die die Pins mit der Masseleitung abschließen.