Primerjalni test petih ATX napajalnikov

• Igor Livakovič :: 6. apr 2003

Napajalnik je ena najbolj važnih komponent računalnika, a žal zanemarjena v večini primerov. Njegova naloga je zagotavljanje kakovostne enosmerne napetosti komponentam v računalniku in seveda osrčju računalnika, procesorju ter osnovni plošči, s čim manj nihanji. Nekako v nasprotju z varčevanjem energije ob nenehnem zmanjševanju proizvodnih procesov, moderni računalniki zahtevajo vedno več električne moči za hitrejše procesorje, grafične kartice, diske, CD enote, ipd.

"Kdo je to napajalnik?"

Težava postane še toliko večja ob zadnje čase tako popularnem navijanju, kjer se potrebe po moči še dodatno povečajo, da dodatnih vgrajenih ventilatorjev sploh ne omenjam. Ravno zaradi tega je napajalnik še toliko bolj pomembnen. Za naključna resetiranja ter nenadna sesutja ob malo večjih obremenitvah največkrat krivimo nastavitve v BIOSu, običajno pa pozabimo upoštevati možnost, da je napajalnik prešibak. Zelo pogost pojav je nadgrajevanje računalnika s hitrim procesorjem, boljšo grafično, dodatnimi diski, na napajalnik pa uporabnik večinoma kar pozabi -- če računalnik ni bil sestavljen po komponentah, je napajalna enota verjetno starejša in podhranjena. Najslabše je z uporabniki, ki so kupovali cenene sestavljene računalnike z neimenovanimi napajalniki poceni izdelave in še slabše kvalitete. Ti napajalniki bodo v večini primerov po daljši uporabi v novih ultra hitrih sistemih kaj hitro podlegli -- trajno.

Preden pa gremo na posamezne napajalnike, se še malo ustavimo pri različnih tipih napajalnikov. Poznamo tri vrste:

• Brez korekcije faktorja moči (non-PFC)
• S pasivno korekciji faktorja moči (passive-PFC)
• Z aktivno korekcijo faktorja moči (active-PFC)

Faktor moči je razmerje med vatno močjo in navidezno močjo, pri čemer je vatna moč U*I*cosφ, navidezna moč pa U*I. Faktor moči je potem enak cosφ. Enostavneje povedano je ta faktor kar razmerje med ohmsko upornostjo R ter skupno navidezno upronostjo Z_i (impendanco). Faktor moči 1. je cilj vsakega elektro podjetja. Če je faktor manjši od ena, morajo za dano moč dobaviti več električnega toka, kar pomeni večje linijske izgube ter seveda tudi povečanje njihovih kapacitet. Prav zaradi tega industrijski porabniki plačujejo dodatno, če je njihov faktor moči znatno različen od ena.

Zaradi tega se uporablja korekcija faktorja moči, ki omogoča dobavljanje energije z največjim možnim izkoristkom. Napajalniki brez korekcije moči niso več priporočljivi. Za Evropo celo velja, da morajo imeti napajalniki ali pasivno ali aktivno korekcijo. Najbolj običajen način korekcije je pasivna korekcija faktorja moči. Ta uporablja kapacitivnostni filter na AC vhodu, da popravlja slab faktor moči. Pasivni PFC je lahko odvisen od nihanj okolice; zahteva, da se napetost na AC vhodu nastavi manualno in ne izkoristi celotnega potenciala AC linije. Priporočen tip PFC je aktivna korekcija faktorja moči, ker zagotavlja bolj učinkovito frekvenco moči. Ker aktivni PFC uporablja vezje za korekcijo faktorja moči, se lahko ustvarijo teoretični faktorji moči preko 0,95. Aktivni PFC močno zmanjša celotno skladnost, avtomatsko popravlja napetost na AC vhodu in je zmožen celotnega razpona vhodnih napetosti. Ker je aktivni PFC bolj komplicirana metoda korekcije faktorja moči, je tudi dražje izdelati napajalnik z aktivnim PFCjem.

Izbiro pravega napajalnika nam narekuje celoten sistem s svojimi komponentami in električno porabo. Za zanesljivo delovanje sistema mora biti izhodna moč napajalnika večja kot maksimalna skupna moč vseh porabnikov. Pri standardnemu hišnemu računalniku je očitno, da maksimalna poraba (W) ne nikoli ne bo dosegla skupne maksimalne moči komponent, to pa zato, ker je praktično nemogoče obremeniti vsako komponento tako, da troši svojo največjo moč. AMD ter Intel priporočata, da se minimalna potrebna moč napajalnika izračuna iz porabe procesorja plus 80% skupne porabe vseh ostalih komponent.

Za primerjavo sta tu dve tabeli tipičnih sistemskih konfiguracij in njihove potrebe.

• Potrebna moč tipičnega hišnega računalnika:

Komponenta	Št.	Maksimalni električni tok pri posamezni napetostni liniji
		+3.3V	+5V	+12V	-12V	5 VSB	Moč [W]
Os. plošča z integriranimi komp.	1	3	2	0.3		2	23.5
Procesorski ventilator	1			0.25			3
Spominski modul (128 MB DDR DIMM)	1		2				10
AGP Grafična kartica	1	3					9.9
PCI Modem kartica
PCI zvočna kartica
PCI Mrežna kartica
PCI SCSI kartica
Ostale PCI kartice
PCI RAID kartica
IDE trdi disk	1		0.8	2			28
SCSI trdi disk
CD-ROM enota
CD-RW enota	1		1.2	0.8			15.6
DVD enota
FDD enota	1		0.8				4
Tračna enota
ZIP enota
USB naprave	1		0.5				2.5
IEEE 1294 naprave (Fire wire)
Tipkovnica	1		0.25				1.25
Miška	1		0.25				1.25
Ostale naprave
Skupen električni tok vseh naprav		6	7.8	3.6			100
Procesor AMD Athlon XP 1800+ 1.533 GHz 1.75V				6.87			82.47
Skupno		6	7.8	10.47			182.47
5 VSB se uporablja samo, ko je procesor v S3 (pripravljenost) načinu, zato ni upoštevan v skupni moči

Skupna poraba vseh komponent razen procesorja je 100 W. Če upoštevamo 80% porabo teh naprav, mora napajalnik zagotavljat 162,47 W moči. Pri tem je važno, da skupne sistemske zahteve na +3.3 V in +5 V liniji ne presežejo tistih na napajalniku.

• Potrebna moč zahtevnejšega računalnika:

Komponenta	Št.	Maksimalni električni tok pri posamezni napetostni liniji
		+3.3V	+5V	+12V	-12V	5 VSB	Moč [W]
Os. plošča z integriranimi komp.	1	3	2	0.3		2	23.5
Procesorski ventilator	1			0.25			3
Spominski modul (128 MB DDR DIMM)	4		2				40
AGP Grafična kartica	1	3					9.9
PCI Modem kartica	1		0.5				2.5
PCI zvočna kartica	1	0.5	0.5				4.15
PCI Mrežna kartica	1	0.4	0.4				3.32
PCI SCSI kartica
Ostale PCI kartice
PCI RAID kartica
IDE trdi disk	2		0.8	2			56
SCSI trdi disk
CD-ROM enota
CD-RW enota	1		1.2	0.8			15.6
DVD enota	1		1.2	1.1			19.2
FDD enota	1		0.8				4
Tračna enota
ZIP enota
USB naprave	2		0.5				5
IEEE 1294 naprave (Fire wire)	1		1.6				8
Tipkovnica	1		0.25				1.25
Miška	1		0.25				1.25
Ostale naprave
Skupen električni tok vseh naprav		6.9	17.3	6.7			189.67
Procesor AMD Athlon XP 2100+ 1.733 GHz 1.75V				7.49			89.91
Skupno		6.9	17.3	14.19			279.58W
5 VSB se uporablja samo, ko je procesor v S3 (pripravljenost) načinu, zato ni upoštevan v skupni moči

V tem primeru, z upoštevanjem 80% porabe ostalih naprav, mora napajalnik zagotavljati najmanj 241,91 W moči.

Ker se posamezne konfiguracije in komponente lahko razlikujejo, se lahko zahteve po moči med podobnimi sistemi dosti spreminjajo.

Napajalniki na testu

Toliko o teoriji, zdaj pa k našim napajalnikom. Na testu sem imel pet napajalnikov. Vsi so bili opremeljeni z aktivnim PFCjem, dobil pa sem sledeče napajalnike:

• Enhance 1125 BTA 300 W
• Enermax EG365AX-VE(G)
• Enermax EG465AX-VE(G)
• Antec True Power 380
• Antec True Power 430

Enhance ATX 1125 BTA R300

Gre za 300 W napajalnik nižjega cenovnega razreda, kar pa v tem primeru ne pomeni nič slabega, saj je napajalnik pač osnoven z enim 80 mm ventilatorjem, ki je za moje pojme malenkost preglasen. Na zadnji strani najdete še standardno stikalo za vklop ter izklop. Napajalnik je hlajen z enim 80 mm ventilatorjem na zadnji strani. Odprtina za izhod zraka je izrezana v samo ohišje, kar povzroča dodaten hrup, saj so recimo kovinske mrežice dosti manjša in laže prehodna ovira za zrak. Poleg glasnosti mu v slabo štejem tudi prekratke žice, na katerih so priključki, ter premalo priključkov. Toda ker je to napajalnik nižjega razreda, ni ravno namenjen velikim serverskim ohišjem ter celemu kupu priključenih naprav. Namenjen je normalnemu domačemu računalniku, kjer svoje delo opravlja zelo dobro.

Glavne lastnosti:

Model:	ATX-1125 BTA
Vhodna moč	Napetost			230 V AC
	Tok pri 230 V			4.5 A
	Frekvenca			47 Hz ~ 63 Hz
	Vhodni tok - ekstrem			Ni podatka
Izhodna moč	DC napetost	Val&šum	Odstopanje	Min./Max. Izhodni tokovi
	+3.3 V	50 mV	+/- 5%	0.3 A / 20 A
	+5 V	50 mV	+/- 5%	3 A / 26 A
	+12 V	120 mV	+/- 5%	1 A / 13 A
	-5V	50 mV	+/- 10%	0 A / 0.5 A
	-12 V	120 mV	+/- 10%	0 A / 0.8 A
	+5 Vsb	50 mV	+/- 5%	0 A / 2 A
	+3.3 V & +5 V			175 W
	Skupna Izhodna moč			Ni podatka
Zadrževalni čas				14 ms min. Pri 230V AC in max. obremenitvi
Zaščita pred preobreminitvijo				Ni podatka
Zaščita pred previsoko napetostjo				Ni podatka
				Ni podatka
				Ni podatka
Učinkovitost				Ni podatka

Število priključkov
Zunanji priključki HDD/FDD	ATX + 12V	AUX	Specialni priključki
6/2	DA	DA	Brez

Enermax EG365AX-VE(G) ter EG465AX-VE(G)

Ker gre za povsem enaka napajalnika, razen malce različnih tehničnih podatkov, ju bom opisal skupaj. To sta aktivna PFC napajalnika z glavno nalogo kvalitetnega dobavljanja energije vsem potrebnim komponentam (U, cyberperverzija! --Ziggga) ob zelo tihem delovanju. Ta dva napajalnika sta že privzeto zelo tiha, v tej različici pa imata na zadnji strani še potenciometer, s katerim se da glasnost še dodatno znižati ob manjši obremenitvi, tako da postaneta praktično neslišna. Napajalnika imata po dva kvalitetna temperaturnokontrolirana ventilatorja na spodnji strani velikosti 92 mm, kjer toplejši zrak iz procesorskega hladilnika vstopa skozi napajalnik ter nato skozi 80 mm ventilator izstopa na zadnji strani v okolico. Kot zaščita so tu lepe zlate kovinske mrežice, ki ne ovirajo pretoka. Vrtljaje 80 mm ventilatorja se da spreminjati ročno, vseeno pa ima ta ventilator povrtano zanko na temperaturni senzor, tako da bi se vrtljaji ob pregrevanju avtomatsko dvignili, ne glede na pozicijo potenciometra. Napajalnika imata žice ATX ter 12 V pomožnega konektorja, oblečene v črno najlonsko mrežo, kar polepša izgled ter predvsem naredi notranjost ohišja dosti bolj urejeno ter posredno manj ovira pretok zraka. Priključki za naprave so na zelo dolgih žicah, tako da je ta napajalnik primeren tudi za največja mogoča ohišja. Zadnji 80 mm ventilator ima še priključkek za nadzor števila vrtljajev.

Glavne lastnosti:

Model:				EG365AX-VE(G) FMA	EG465AX-VE(G) FMA
Vhodna moč	Napetost			230 V AC
	Tok pri 230 V			2.6 A	3 A
	Frekvenca			50 Hz ~ 60 Hz
	Vhodni tok - ekstrem			60 A max/230 V (pri mrzlem vklopu)
Izhodna moč	DC napetost	Val&šum	Odstopanje	Min./Max. Izhodni tokovi
	+3.3 V	50 mV	+/- 4%	0.3 A / 32 A	0.3 A / 35 A
	+5 V	50 mV	+/- 5%	0.3 A /32 A	0.3 A / 35 A
	+12 V	120 mV	+/- 5%	1.5 A / 26 A	1.5 A / 33 A
	-5V	50 mV	+/- 10%	0 A / 1 A	0 A / 1 A
	-12 V	120 mV	+/- 10%	0 A / 1 A	0 A / 1 A
	+5 Vsb	50 mV	+/- 5%	0.1 A / 2.2 A	0.1 A / 2.2 A
	+3.3 V & +5 V			185 W	200 W
	Skupna Izhodna moč			353 W	460 W
Zadrževalni čas				17 ms min. Pri 230V AC max. obremenitvi
Zaščita pred preobreminitvijo				105 % ~ 160% max. obremenitve
Zaščita pred previsoko napetostjo				+5 V: 5.6 V ~ 6.9 V
				+3.3 V: 3.7 V ~ 4.5 V
				+5 Vsb: 5.6 V ~ 6.9 V
Učinkovitost				Minimalno 70% pri maksimalni obremenitvi

Število priključkov
Zunanji priključki HDD/FDD	ATX + 12V	AUX	Specialni priključki
8/2	DA	DA	1x kontrola števila vrtljajev za 80mm ventilator

Antec True 380 ter True 430

Tudi tu gre za napajalnika iz Antecove enake družine True Power napajalnikov, razlikujeta se samo po moči. True power so njihovi najnaprednejši napajalniki z najbolj očitno lasnostjo, da ima za vsako napetost svoj izhodni tokokrog. Večina napajalnikov ima +3.3 V linijo posredovano posebej, +5 ter +12V liniji pa združeni. Poleg tega je vsaka od teh izhodnih napetosti nadzarovana in kontrolirana, tako da napetosti ne nihajo za več kot +/- 3%. Napajalnika sta -- podobno kot Enermaxa -- hlajena z dvema temperaturnokontroliranima ventilatorjema 80 in 92 mm, ki tudi med največjo obremenitvijo nista nikoli postala glasna. Tudi tu ne manjkajo zlate zaščitne mrežice. Napajalnika imata žice ATX konektorja oblečene v najlonsko mrežo, ostale priključke pa žal ne. Ima pa še eno posebnost ta napajalnik -- dva molex konektorja sta samo za ventilatorje, katerima se preminja napetost in s tem vrtljaji priključeneih ventilatorjev glede na temperaturo v napajalniku oziroma, celotno gledano. v ohišju. Zelo uporabna zadevica, saj je napetost v večini primerov tam okoli 7 V, ob pregrevanju pa bi se napetost avtomatsko dvignila. Na koncu ostane še priključek za nadzor vrtljajev ventilatojev v napajalniku, ki ga priključimo v osnovno ploščo.

Glavne lastnosti:

Model:				True 380	True 430
Vhodna moč	Napetost			230 V AC
	Tok pri 230 V			5 A	5 A
	Frekvenca			47 Hz ~ 63 Hz
	Vhodni tok - ekstrem			60 A max/230 V (pri mrzlem vklopu)
Izhodna moč	DC napetost	Val&šum	Odstopanje	Min./Max. Izhodni tokovi
	+3.3 V	50 mV	+/- 3	0.3 A / 28 A	0.3 A / 28 A
	+5 V	50 mV	+/- 3%	0.3 A /35 A	0.3 A / 36 A
	+12 V	120 mV	+/- 3%	1.5 A / 18 A	1.5 A / 20 A
	-5V	50 mV	+/- 5%	0 A / 0.5 A	0 A / 0.5 A
	-12 V	120 mV	+/- 5%	0 A / 1 A	0 A / 1 A
	+5 Vsb	50 mV	+/- 5%	0.1 A / 2 A	0.1 A / 2 A
	+3.3 V & +5 V			Ni podatka	Ni podatka
	Skupna Izhodna moč			360 W	410 W
Zadrževalni čas				17 ms min. Pri 230V AC max. obremenitvi
Zaščita pred preobreminitvijo				105 % ~ 160% max. obremenitve
Zaščita pred previsoko napetostjo				+5 V: 5.6 V ~ 6.9 V
				+3.3 V: 3.7 V ~ 4.5 V
				+5 Vsb: 5.6 V ~ 6.9 V
Učinkovitost				Minimalno 68% pri maksimalni obremenitvi

Število priključkov
Zunanji priključki HDD/FDD	ATX + 12V	AUX	Specialni priključki
8/2	DA	DA	1x kontrola števila vrtljajev za ventilatorje v napajalniku, 2x temperaturno kontroliran priključek samo za ventilatorje

Postopek testiranja

Ker za test napajalnikov nisem imel na voljo sofisticiranih merilnih naprav in testne mize, kjer bi sintetično obremenjeval napajalnike, sem se zatekel k malo bolj primitivnim metodam, toda nič manj obremenilnim za napajalnike.

Testirni sistem je bil sledeč:

• Osnovna plošča EPoX 8K3A
• Procesor AMD Athlon XP 1700+, navit na 2600 MHz, pri najvišji možni stabilni napetosti 2.1 V
• Pomnilnik 2x 256 MB PC3500 DDR, delujočega pri 3.1V
• Trdi disk Western Digital 80 GB JB
• Ventilator Enermax 80mm 12 V 0.23 A
• Ventilator 2x Panaflo M1A 120mm 12 V 0.45 A

Celoten obremenilni test enega napajalnika je trajal približno eno uro (ne manj). Pri tem je bil procesor maksimalno obremenjen s programom Toast, s trdega diska se je bral DivX film, v CD-ROM enoti pa je igral glasbeni CD. Vsi ventilatorji so delovali na najvišjih vrtljajih. To so se mi zdeli pogoji obremenjevanja, ki jih povprečen uporabnik ne bo tako hitro dosegel, predvsem glede porabe procesorja, ki je bil močno navit in z dvignjeno napetostjo jedra, kar še toliko bolj poveča porabo.

Rezultate bom prikazal zaslonskem zajemku programa Motherboard Monitor, kjer so se zbirali podatki in prikazovali kot minimum, maksimum ter povprečje napetosti na posameznih linijah napajalnika.

Rezultati

Rezultate sem zaradi lepšega pregleda spravil v tabelo.

	Napetost jedra	Napetost spomina	Napetost +3.3 V linije	Napetost +5 V linije	Napetost +12 V linije
	min. / max. / povpr.	min. / max. / povpr.	min. / max. / povpr.	min. / max. / povpr.	min. / max. / povpr.
Enhance ATX 1125 BTA R300	2.03 / 2.11 / 2.06	3.10 / 3.12 /3.11	3.15 / 3.20 / 3.17	4.57 / 4.78 / 4.61	12.52 / 13.07 / 12.97
Enermax EG365AX-VE(G	2.02 / 2.11 / 2.06	3.10 / 3.12 / 3.10	3.25 / 3.30 / 3.26	4.70 / 4.87 / 4.73	12.10 / 12.46 / 12.37
Enermax EG465AX-VE(G	2.03 / 2.11 / 2.06	3.10 / 3.12 / 3.10	3.26 / 3.31 / 3.28	4.68 / 4.84 / 4.71	12.10 / 12.46 / 12.41
Antec True 380	2.02 / 2.10 / 2.05	3.10 / 3.12 / 3.10	3.17 / 3.20 / 3.17	4.81 / 4.89 / 4.84	11.61 / 11.92 / 11.77
Antec True 430	2.00 / 2.08 / 2.03	3.12 / 3.17 / 3.14	3.17 / 3.20 / 3.17	4.81 / 4.89 / 4.83	11.61 / 11.86 / 11.72

Torej -- vsi napajaliniki so se prebili čez test brez večjih problemov. Pri rezultatih sta pomembna predvsem podatka o minimalnih in povprečnih napetostih. Minimalne predvsem zato, ker bi eventuelno prevelik odklon kake napetosti lahko povzročil nestabilnost. Če se gleda skupno sliko, so važne predvsem stabilne napetosti jedra procesorja ter spomina, saj sta najbolj občutljiva na nihanja. Naprave, kot so trdi diski, CD-ROM enote in podobno, imajo dosti večjo toleranco. Pri njih je važno, da so nekako v območju +- 10% privzete napetosti. Rezultati napetosti jedra so pri vseh napajalnikih zelo skupaj, saj je razlika samo 0,03 pri minimumu in povprečju. Seveda tu veliko vlogo igra tudi kakovost osnovne plošče s svojim napajalnim vezjem. Podobni rezultati so bili tudi pri spominu -- razlike so minimalne, 0,02 V pri minimalnih ter 0,03 V pri povprečnih napetostih. Pri napetostih na posameznih linijah prihaja do malo večjih razlik. Linija +3,3 V je najbliž,e idealu pri Enermaxih, pri Antecih pa je bil odklon od ideala malo manj kot 4 %, kar je več, kot naj bi bilo po specifikacijah. Enhance je seveda znotraj svojega malo večjega 5 % razpona. Pri pomembni liniji +5 V sta se najbolje odrezala Anteca, ki pa sta zopet malenkost ven iz obljubljenih 3 %, toda manj kot 4 %.

Enhance napajalnik tu pokaže, da je že malo prešibak za take obremenitve, saj napetosti odstopajo več kot 7 % od idealnih. Tudi Enermaxa presežeta svojih obljubljenih 5 %. Iz izkušenj vem, da so nizke napetosti na liniji +5 V za AMD sistem lahko nevarne, ne toliko zaradi stabilnosti sistema, ker kot vidimo napetost jedra zelo malo niha, pač pa zaradi samega ATX priključka na osnovni plošči. Pri nižjih napetostih pri obremenitvi sistema tečejo po teh žicah višji tokovi, kar ima za posledico segrevanje žic na napajalnem kablu. V najhujšem primeru se lahko ATX konektor na določenih pinih celo zažge in stopi. In ko se enkrat začne kontakt smoditi, bo stik še slabši, napetosti nižje in tok višji. Dokler ne zavohamo zažgane plastike in je že prepozno :).

Bodite pozorni ob prenizkih napetostih in malo potipajte konektor, če se pregreva, da ne bo prepozno. Linija +12 V je bila zopet malo izven toleranc pri Enhance napajalniku, tokrat je bila previsoka. Anteca sta tokrat znotraj svojih 3 %, Enermaxa pa tudi.

Zaključek

Glede na to, da Enhance napajalnik ne spada v enako kategorijo, kot Enermaxova ali Antecova napajalnika, tako po ceni kot po moči, sem bil nad njim lepo presenečen. Zmožen je bil poganjati zelo navit sistem brez kakršnih koli stabilnostnih problemov; je zelo dobra izbira za poceni in kvaliteten napajalnik, za sistem srednjega razreda, edino, kar me je motilo, je njegova glasnost ter samo en ventilator.

Pri napajalnikih višjega cenovnega razreda sta manjša modela, tako Enermax kot Antec, pokazala popolnoma enake rezultate, kot močnejša brata oziroma v nekaterih primerih celo boljše, kar pripisujem prevsem malenkostnim nihanjem med posameznimi napajalniki. Vseeno pa mi je bil malenkost bolj všeč Antec napajalnik, ki s svojo edinstveno izvedbo posamičnega kontrolnega vezja za vsako linijo zagotavlja kar najbolj kvaliteno energijo, ki jo potrebuje sistem. Poleg tega imata še zelo praktična posebna priključka samo za sistemske ventilatorje, ki sta temperaturno nadzorovana, kar zelo pripomore k tihemu celotnemu sistemu. Enermax napajalnika sta prav tako vrhunska in tako kot Anteca zelo tiha ob uporabi priročnega potenciometra, na zadnji strani pa celo tišja. Pri tako dobrih napajalnikih seveda igrajo vlogo malenkosti ter cena. Zato to odlčitev prepuščam vam. Zahvaljujem se podjetjema Mlacom in Redrat store, ki sta mi omogočila izvedbo testa.