Testverfahren der Netzteiltests

Netzteilstests schön und gut. Doch was nutzen einem Werte, die aufgrund nicht reproduzierbaren Testverfahren nicht vergleichbar sind? Um genauere Aussagen über Netzteile und ihre Qualität machen zu können, haben wir uns entschlossen eine elektronische Last zu verwenden.

Woher kommt die Last?

Die von uns verwendete elektronische Last ist Marke Eigenbau, auf welche wir aus gegebenem Anlass nicht weiter eingehen werden. Mit einfachen Mitteln kann man bereits eine wirkungsvolle Last bauen, welche sich mit weit über 1000 Watt belasten lässt. Um die enorme Wärmeentwicklung effektiv abführen zu können, greifen wir auf eine professionelle Kühlkörperlösung der Firme Fischerelektronik zurück. Ebenso wurde uns von Fischerelektronik diverses Befestigungsmaterial sowie isolierende Wärmeleitpads für den Bau der Last zur Verfügung gestellt. Einen herzlichen Dank an dieser Stelle für die gute Unterstützung!

Warum der Griff zur elektronischen Last?

Netzteile testen ist nicht gerade einfach. Zwar besteht die Möglichkeit, ein Netzteil an einen PC zu hängen und diesen als echte Last zu verwenden. So bekommt man genaue Spannungswerte der einzelnen Spannungsschienen. Doch es gibt mehrere Nachteile, die diese Methode mit sich bringt. Zum einen kann man die Spannungswerte nicht mit Meßergebnissen anderer Netzteiltests vergleichen. Ein PC zieht immer unterschiedlich seinen Strom. So kann es sein, dass man selbst im Idle-Modus mehrere Watt Unterschied misst.

Beispiel: Die Spannungen eines Netzteils A werden mittels Multimeter an einem PC gemessen. Dieser befindet sich im Idle-Modus und zieht laut Wattmeter 150Watt. Ein paar Tage später wird ein Netzteil B an den gleichen PC gehängt. Auch hier sollen die Spannungen ermittelt werden. Nun ist es aber so, dass die CPU - warum auch immer - mehr ausgelastet ist, als beim Test des Netzteils A. Jetzt zieht der PC daher 170Watt. Schon jetzt ist ein Vergleich sinnlos. Beide Netzteile haben unterschiedliche Grundlagen beim Testen und daher dürfen die Ergebnisse der Messungen nicht mehr 1:1 verglichen werden.
Um die unterschiedlichen Meßvoraussetzungen zu kompensieren benutzen wir keinen PC als Referenz. Wir greifen zu einer elektronischen Last, welche sich individuell einstellen lässt. So sind die Ergebnisse nahezu zu 100 Prozent reproduzierbar und somit auch direkt miteinander vergleichbar.

Spannungsmessung

Um unsere Ergebnisse miteinander vergleichen zu können, wurden in Absprache mit renomierten Netzteilherstellern Richtlinien festgesetzt. So werden die Belastungen eines Netzteils immer in festgesetzten Schritten durchgeführt. Zunächst werden alle Spannungsschienen an die minimale Last gehängt. Diese Minimallast liegt meist zwischen ein und zwei Ampere. Anschließend werden die Schienen an 20%, 50%, 75% sowie 100% Last angeschlossen. Alle Laststufen werden so durchlaufen, als wenn das Netzteil in einem PC genutzt wird. D.h. es werden die 12V-Spannungen als combined Power eingesetzt. Das gleiche gilt für die 3,3V und 5V Schienen. Auch hier werden nicht jeweils 50% des maximal zulässigen Stroms pro Schiene angelegt. Vielmehr ist es die Hälfte des zulässigen Gesamtstroms.

Beispiel:

Netzteil ABC
Spannung Maximalstrom
3,3V 25A
5V 30A
12V1 15A
12V2 15A
12V3 15A
12V4 15A
combined 3,3V + 5V 20A
combined 12V 40A
Nachdem an dem Netzteil ABC die Minimallast angelegt und die Spannungen gemessen wurden, wird nun 20% von 20 Ampere (combined 3,3V + 5V) sowie 20% von 40 Ampere (combined 12V) an der Last eingestellt. Dies entspricht 4 Ampere an den combined 3,3V + 5V und insgesamt 8 Ampere an den vier 12V-Schienen. So wird in den oben genannten Prozentschritten weitergemacht, bis die maximale Last von 20 Ampere bzw. 40 Ampere anliegt.

Weitere Messungen

Desweiteren können mittels der elektronischen Last leicht Überbeanspruchungen der Spannungsschienen simuliert werden. Auch hier muss ein Netzteil nach Überschreitung der genannten Gesamt- und Einzelleistungen der Schienen ordnungsgemäß abschalten. Tut es dies nicht, können schwere Schäden am Netzteil auftreten.
Auch der Wirkungsgrad ist ein wichtiger Faktor. Was nutzt ein Netzteil, welches zwar stabile Spannungen liefert, aber einen miserablen Wirkungsgrad hat? Um den Wirkungsgrad eines Netzteils zu ermitteln, werden zwei Werte benötigt. Zum einen die aufgenommene Gesamtleistung des Netzteils. Diese ist leicht über ein Wattmeter ablesbar. Zum anderen braucht man die umgewandelte Leistung. Diese ergibt sich aus der Ermittlung des eingestellten Stroms, der an der elektronischen Last abfällt, und den Spannungen des Netzteils. Letztere lassen sich nur ermitteln, wenn mindestens zwei Größen von Strom, Spannung und Belastungswiderstand bekannt sind (bei uns Strom und Spannung).

Beispiel: Ein Netzteil verbraucht laut Wattmeter 200 Watt. Unsere Last ist folgendermaßen eingestellt:

Meßvorgaben
Voltschiene Belastung Leistung
3,3V 5A 16,5W
5V 5A 25W
combined 12V 10A 120W
Gesamt 20A 161,5W
Man sieht nun, dass 49,5 Watt in Wärme und sonstige nicht zu gebrauchende Leistung umgewandelt wird. Aus diesen Messungen resultiert folgender Wirkungsgrad:
Wirkungsgrad = ("echte Leistung" / "aufgenommene Leistung")*100% = 161,5W / 200W = 0,8075*100% = 80,75%

Nachwort

Abschliessend bleibt zu sagen: auch wir sind natürlich nicht fehlerfrei! Unsere Messungen sind keine Laborwerte, sie dienen nur zur Orientierung. Bei unseren Messungen fließen Rundungsfehler sowie Toleranzfehler ein. Es gibt also immer minimale Abweichungen der gemessenen Ergebnisse. Vielmehr sollen die Ergebnisse für eine Kontrolle der Spannungsstabilitäten sowie zum Vergleich mit anderen Netzteilen gleicher Leistungsklassen herhalten. Ebenfalls können wir kontrollieren, ob das Netzteil die Herstellerangaben einhält. Denn besonders im oberen Leisungsdrittel von starken Netzteilen ab 1000W reicht bislang kaum ein aktueller Computer aus, um ein solches Netzteil vollends zu belasten.