f14Lab thử nghiệm bộ nguồn máy tính như thế nào ?

Kiểm tra chất lượng ("Review")  bộ nguồn máy tính(PSU) là công việc khá phức tạp, thậm chí nguy hiểm,. Đòi hỏi các trang thiết bị đo lường chuyên dụng, và có kiến thức chuyên môn về điện tử công suất, cũng như kinh nghiệm làm việc được tích lũy trong một khoảng thời gian nhất định

I-Lịch sử hình thành và phát triển:

Bắt đầu từ 2008 .f14 bắt đầu có ý tưởng về xây dựng 1 hệ thống  kiểm tra các bộ nguồn máy tính, được bán trên thị trường. Tuy nhiên phải mất 8 năm sau vào cuối 2015 ý tưởng đó mới thành hiện thực .

Ở f14lab chọn các trang thiết bị đo lường được các phòng lab/RnD trên thế giới sử dụng rộng rãi . Để trong trường hợp cần thiết các phòng Lab khác có thể kiểm tra lại kết quả  một cách dễ dàng

II-Trang thiết bị sử dụng

f14lab sử dụng hệ thống ATE Chroma 8000 để kiểm tra chất lượng PSU .
Hệ thống gồm có :
-1x Mainframe Chroma 6334 
-1x Chroma 63606 (600W) DC Load
-1x Chroma 63303 (300W) DC Load
-1x Chroma 63302 (100W x2) DC Load
-2x Chroma 63201 (2600W) DC Load
-1x Chroma 66202 Digital power meter
-1x Chroma 6011 + 5x 6011n noise & timing card

-1x Chroma 80612 OVP/Short circuit tester
-1x Chroma 80613 On/Off controller

-1x Chroma 62010L-36-7 (36V, 7A) Power supply
-1x Oscilloscope Tektronix MDO3014
-1x Topfer TPA-230 (Chroma 6530) 3KVA
-1x Chroma 61512  Programable AC source 18KVA
-1x NF DP45M 4.5KVA Programable AC source
-1x GWinstek GLC-9000 Leakage current tester
-1x IPC 

Tủ nhiệt (hotbox) được sử dụng tới từ hãng Taisite . Nhiệt độ được điều khiển thông qua bộ điều khiển PID . Môi trường thử nghiệm PSU dao động từ 40 tới 45°C nhằm mô phỏng mức nhiệt độ môi trường trong Case PC . đem lại các thông số đo  thực tế nhất

Camera nhiệt Flir T400 320x240 sẽ ghi lại hình ảnh nhiệt của PSU  đem lại cái nhìn tổng quan nhất về nhiệt độ từng khu vực cụ thể bên trong PSU

Đồng hồ đo tốc độ UniT UT372 cung cấp các số liệu về tốc độ quạt làm mát  khi hoạt động theo từng mức tải khác nhau.

Ngoài số liệu cung cấp từ hệ thống tải điện tử , f14lab còn sử dụng nhiều thiết bị khác cho công việc phân tích,chỉnh sửa, sửa chữa,...

III-Cách hạng mục đánh giá 

1-Phân tích thiết kế mạch & chất lượng linh kiện:
Đây là hạng mục đầu tiên trong 1 bài đánh giá. PSU sẽ được kiểm tra chi tiết từ ngoài vào trong. Phân tích thiết kế mạch nhằm tìm ra ưu và nhược điểm, bên cạnh đó là kiểm tra chất lượng linh kiện được sử dụng như: Tụ, Mosfet, Diode, Biến áp, Quạt...

2-Thử tải & Hiệu suất hoạt động 

Việc kiểm tra công suất thực của PSU được thực hiện trong 12 bước thử tải: Từ 5% cho tới 100% công suất danh định và 2 bước thử CL35, CL12. mổi bước tải được thực hiện trong vòng 30 phút. Riêng mức tải 70% cho đến 100% được thực hiện trong 45 phút ở điều kiện nhiệt độ 38~45oC
Với các thế hệ Máy tính đời mới không còn sử dụng đường 5v và 3.3v nhiều như các thế hệ cũ. Và các nhà sản suất PSU cũng giảm công suất tối đa của 2 đường này xuống từ 100w tới 150w tổng .Vì thế trong quá trình thử tải công suất 2 đường 5v và 3.3v được giới hạn tối đa 13A cho mỗi đường điện

Thử tải không đồng đều (crossload) CL12, CL35 , Bước thử tải này sẽ kiểm tra độ ổn định của PSU, khi PSU sẽ tải hết công suất đường 12v mà nhà sản suất công bố trong khi các đường điện còn lại chỉ tải ở mức rất nhỏ (~0A ) và ngược lại

Các mức đánh giá về điện áp của PSU như sau .
công thức tính % dao động điện áp như sau( (Vmax-Vmin/điện áp chuẩn *100)

đường 12V dao động trong khoảng <0,5% và các đường còn lại (3.3v, 5v)<2% : Rất tốt

đường 12V dao động trong khoảng <1% và các đường còn lại (3.3v, 5v)<3% : Tốt
đường 12V dao động trong khoảng <3% và các đường còn lại (3.3v, 5v)<4% : Khá

đường 12V dao động trong khoảng <5% và các đường còn lại (3.3v, 5v)<5% : Trung bình

đường 12V dao động trong khoảng >5% và các đường còn lại (3.3v, 5v) >5% : Tệ

3-Transient response test ( Tải biến thiên):

Tải biến thiên nhằm mô phỏng lại quá trình 1 bộ máy vi tính (PC) hoạt động trong thực tế. Khi mức điện năng tiêu thụ thay đổ liên tục theo thời gian tùy theo các tác vụ đang hoạt động
f14lab sử dụng bảng tính tải biến thiên được phía Intel cung cấp với 4 bước thừ nghiệm 50Hz(Low & High) và 10kHz(Low & High) và mức tăng giảm dòng 5A/uS@12V cho nguồn đạt chuẩn ATX3.0/3.1( trang bị đầu cấp nguồn 12VHPWR/12V-2x6), và 2.5A/uS@12V cho những bộ nguồn thế hệ trước đó

Ngoài ra đối với những bộ nguồn trang bị đầu cấp nguồn 12VHPWR/12V-2x6V sẽ còn được thử nghiệm yêu cầu dòng Peak của card đồ họa (Power excursion) với 4 bước thử nghiệm 120%, 160%, 180% ,200% công suất thực

4-Ripple-Noise (Nhiễu cao tần)

Tùy vào thiết kế mạch, cũng như cách chọn lựa linh kiện mà mổi bộ nguồn có mức nhiễu cao tần khác nhau. Tiêu chuẩn ATX intel yêu cầu đường 12V có mức nhiễu phải nhỏ hơn 120mV trong mọi hoàn cảnh và các đường điện còn lại dưới 50mV để tránh gây ảnh hưởng tới các linh kiện nhạy cảm với điện áp có trong máy vi tính(PC)

Các mức đánh giá về ripple noise của PSU như sau .

đường 12V  tối đa <20mV,  và các đường còn lại (3.3v, 5v)  <25mV : Rất tốt

đường 12V tối đa <40mV và các đường còn lại (3.3v, 5v) <30mV : Tốt
đường 12V tối đa <80mV và các đường còn lại (3.3v, 5v) <45mV : khá

đường 12V tối đa <120mV và các đường còn lại (3.3v, 5v) <50mV : trung bình

đường 12V tối đa >120mV và các đường còn lại (3.3v, 5v)  >50mV : tệ

5-Hold-up time (Thời gian lưu điện)

Đặc tính này thể hiện thời gian PSU vẫn còn cung cấp điện DC cho ngõ ra, khi điện áp lưới/AC cấp vào bị mất hoạt tụt xuống dưới mức PSU có thể hoạt động. Tiêu chuẩn ATX intel yêu cầu thời gian lưu điện từ khi điện áp AC bị cắt tới khi tính hiệu Power_OK mất phải trên 16mS(mili giây) tại 100% tải đối với chuẩn ATX3.0 đổ về trước, và 11mS đối với chuẩn ATX3.1 mới nhất. Bên cạnh đó tính hiệu Power_OK phải mất trước khi điện áp của các đường điện rớt xuống dưới chuẩn ATX yêu cầu

Thông thường các bộ nguồn có tụ chính (bulk cap) có điện dung càng lớn so với mức công suất danh định của PSU thì càng lưu điện được lâu

Có 2 mức đánh giá Hold up time là đạt và không đạt

6-Protections test ( Các chế độ bảo vệ) 

Các chế độ bảo vệ trên 1 bộ nguồn máy tính (PSU) sẽ được kiểm tra khả năng hoạt động tại f14lab :
-Over Current Protection (OCP): Bảo vệ quá dòng (ngõ ra)
-Over Power Protection (OPP): Bảo vệ quá tải ( ngõ vào)
-Short Circuit Protection (SCP): Bảo vệ ngắn mạch ( Ngõ ra)
-Over Voltage Protection (OVP): Bảo vệ quá áp (ngõ ra)

-Under Voltage Protection (UVP): Bảo vệ thấp áp (ngõ ra)
Do các chế độ bảo vệ sẽ hoạt động đan xen nhau vì thế bảo vệ UVP chỉ có thể thử nghiệm ở những bộ nguồn không có chế độ bảo vệ OCP( hoặc có mà chế độ OCP không hoạt động ).
Mỗi họ IC giám sát sẽ có vùng điện áp bảo vệ UVP/OVP khác nhau đôi chút vì thế quá trình thử nghiệm sẽ lấy mốc chung cho tất cả như sau:
        +12V: 9.5V -> 14.5V
        +5V: 3.7V->6.5V
        +3.3V: 2V->4.1V

Các chế độ bảo vệ trên đạt yêu cầu khi PSU tắt lúc chạm điểm cắt (trigger point). Và PSU phải hoạt động an toàn sau khi được khởi động lại. 

7-Inrush current test ( Dòng khởi động)
Dòng khởi động là trạng thái tức thời khi PSU được cấp điện lần đầu tiên. Dòng khởi động có giá trị cao từ 2 tới 10 lần cường độ dòng làm việc tối đa của PSU và có giá trị cao nhất khi dòng AC đầu vào chạm đỉnh 90° và 270° . Do đặc tính nạp điện tức thời của tụ điện có điện dung cao trong PSU và thường dùng NTC để hạn dòng 

Nếu dòng khởi động quá cao có thể làm nhảy CB có trị số thấp/ độ nhạy cao. ở điện áp 230V dòng khởi động nên dưới 100A 

8-Earth leak current ( Kiểm tra dòng rò): 

Đối với các thiết bị IT (Class I ) mà nguồn máy tính ATX là một trong số đó thì theo tiêu chuẩn an toàn yêu cầu dòng rò không được vượt quá 3,5mA tại áp cấp vào bằng ~110% điện áp tối đa mà nhà sản xuất công bố PSU có thể hoạt động đc ( ở đây sẽ là 110% của 240VAC tương đương khoảng 264VAC@60Hz). Để kiểm tra vấn đề này chúng ta sẽ sử dụng thiết bị chuyên dụng  GW instek GLC-9000 để đo dòng rò, và đây cũng chính là thử nghiệm mức độ an toàn khi vô tình sờ vào case/psu mà bị giật "tê tê" khi chưa được nối đất chuẩn

 

9-Nhiệt độ làm việc và tốc độ quạt lam mát

Các PSU được thử nghiệm trong điều kiện nhiệt độ 40~45°C . Tốc độ  của quạt làm mát được giám sát theo từng mức tải bằng đồng hồ đo tốc độ UniT 372 . Nhiệt độ sẽ được đo thông qua camera nhiệt Flir T400
Quạt làm mát sẽ được tháo để kiểm tra loại bạc lót được sử dụng như:
-Fluid Dynamic Bearing (FDB) & Hydro Dynamic Bearing (HDB): Tốt nhất
-Dual Ball Bearing (DBB)/Bạc đạn : Tốt
-Rifle Bearing: Khá
-Sleeved Bearing: Trung Bình

IV-Lời kết

f14lab mong muốn đem đến người tiêu dùng niềm tin vào sản phẩm tốt. Giúp lựa chọn sản phẩm phù hợp. Cũng nhưng chia sẽ nhưng công nghệ mới được ứng dụng vào trong việc sản xuất PSU và ưu điểm của chúng .
Mọi chi tiết xin liên hệ:

Xin cảm ơn!