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In Kooperation mit Corsair
Die wesentliche Bauform für PC-Netzteile dürfte der sogenannte ATX-Formfaktor sein, welche in allen möglichen PC-Gehäusen von Desktop bis hin zum Big-Tower Verwendung findet. Auch manch kompaktere Gehäuse für Micro-ATX-Boards können ATX-Netzteile verwenden.
Der entsprechende Design-Guide von Intel legt für ATX-Netzteile die Referenzmaße von 86 mm Höhe, 150 mm Breite und eine Tiefe/Länge von 140 mm fest. In der Praxis ist es allerdings so, dass nur die "Außenfläche" mit 86 mm Höhe und 150 mm Breite samt den Gewindelöchern für die Montage standardisiert ist. Jedes ATX-Netzteil lässt sich also in einem für ATX-Gehäuse vorgesehenen Gehäuse verbauen, im Sinne von "verschrauben".
In der Tiefe, also der eigentlichen Länge des Netzteils, können sich diese massiv unterscheiden. Die Spanne reicht hier von 140 bis 220 mm. Die Referenzlänge von 140 mm lässt sich meist nur bei Modellen mit niedriger bis mittlerer Leistung finden. Eine höhere Leistungsfähigkeit und auch ein Kabelmanagement erhöhen im Allgemeinen die Länge des Netzteils, weil schlichtweg mehr Technik untergebracht werden muss. Im mittleren Leistungsbereich ist meist 160 mm als Standardmaß zu finden, wobei bei 800 und mehr Watt dann auch eine Länge von 170 oder 180 mm zum Standard werden. Es empfiehlt sich also vor einem Netzteil-Neukauf, beim eigenen System zu schauen, ob nach innen hinein für ein langes Netzteils samt Platzbedarf der vielleicht voll-modularen Anschlusskabel genügend freier Platz ist, oder vielleicht das Gehäuse oder eine eingebaute Komponente limitieren
Neben dem ATX-Format für die meisten PCs, sind im Wesentlichen noch SFX, TFX und Speziallösungen wie Pico-PSU im Kompakt-Bereich ein Thema. Bei SFX-Netzteilen gibt es eine ähnliche Situation wie bei den größeren ATX-Netzteilen. Das klassische SFX-Netzteil hat die Abmessungen 63,5 mm in der Höhe, 125 mm in der Breite und 100 mm in der Tiefe. Daneben gibt es noch Modelle im SFX-L-Format, welches mit 63,5/125 mm die gleichen Außenabmessungen hat, aber mit 130 anstelle von 100 mm eine größere Tiefe aufweist. Hier kommt es darauf an, ob die jeweilige Einbausituation die um 30 mm größere Einbautiefe verträgt. Der Vorteil der SFX-L-Modelle ist, dass bei ihnen im Deckel Platz für einen 120-mm-Lüfter ist, wohingegen bei einem SFX-Netzteil maximal ein 92-mm-Lüfter Platz findet. SFX(-L)-Netzteile lassen sich mithilfe von Adapterblechen auch in ATX-Gehäusen verbauen und bieten die gleichen Stecker, allerdings mit geringer Anzahl und geringen Kabellängen.
Vorwiegend für flache Desktoprechner im SFF-Format wurde der TFX-Formfaktor entwickelt, der mit einer Breite von 85 mm, Höhe von 64 mm und Länge von 175 mm ebenfalls sehr kompakt ist.
Pico-PSU-Netzteile sind eigentlich keine Netzteile in dem Sinne. Sie bestehen aus einem externen 12V-Netzteil, welches eine einzige Spannung an ein Modul liefert, welches gleichzeitig auch der 24-Pin-ATX-Stecker ist. Auf diesem Modul liefern kleine DC-DC-Wandler dann die restlichen Spannungen. Diese Lösungen mit meist ca. 90 W an Gesamtleistung bieten sich manchmal für Low-Power-Systeme an.
Varianten zur Kühlung
Netzteile werden fast ausschließlich luftgekühlt, was hauptsächlich daran liegt, dass in einem Netzteil eine Vielzahl von unterschiedlichen Bauteilen verbaut werden, die allesamt mehr oder weniger Kühlbedarf haben. Eine direkte Luftkühlung per Lüfter ist hier eine sichere und einfache (= günstige) Lösung. Einzelne Bauteile mit erhöhter Abwärme wie MOSFETs oder Gleichrichter lassen durch das Anbringen einfacher bzw. größerer Passivkühler gezielt stärker kühlen. Ähnlich arbeiten die wenigen passiv gekühlten Netzteile am Markt. Bei ihnen erfolgt die Kühlung passiv über natürliche Konvektion der Luft und eine entsprechende Auslegung der Bauteile.
In der Vergangenheit haben manche passiven Netzteile anstelle von natürlicher Konvektion direkt an den Bauteilen auf massive externe Kühlkörper-Konstruktionen gesetzt, teilweise war fast das ganze Netzteilgehäuse ein einziger Kühlkörper. Abgesehen vom höheren Aufwand als bei einer konvektiven Kühlung der inneren Bauteile selbst besteht hier das Problem, dass die stark heizenden Bauteile zwar gekühlt werden können, aber der ganze Rest wie die Kondensatoren etc. drum herum "mit am Schwitzen sind". Über die Jahre sind vereinzelt auch Netzteile für die Integration in eine Wasserkühlung vorgestellt worden, aber diese haben einen Exotenstatus zu vergleichsweise enormen Preisen.
Die beiden Varianten von passiv gekühlten Netzteilen haben wir bereits erwähnt. Bei den aktiv gekühlten Netzteilen, also den Modellen mit Lüfter im Deckel, gibt es aber ebenso verschiedene Varianten, welche sich im Wesentlichen beim Thema Lüftersteuerung unterscheiden. Übliche Netzteile haben eine Lüftersteuerung mit rein aktiver Kennlinie, d.h. auch bei Niedrigst-Last ist der Lüfter aktiv, mit einer entsprechend niedrigen Drehzahl. Dass dieses simple Konzept auch gut funktioniert, wenn der Rest des Netzteils entsprechend konstruiert wurde, sieht man bei vielen Netzteilen am Markt.
Die zweite Variante wären Netzteile mit einer semi-passiven Lüftersteuerung. Semi-Passiv bedeutet, dass die Lüftersteuerung den Lüfter bei niedriger Last bzw. Temperatur ausgeschaltet lässt. Das Netzteil arbeitet dann wie ein konvektiv gekühltes Passivnetzteil. Wenn eine gewisse Schwelle bei Last und/oder Temperatur überschritten wird, startet der Lüfter und das Netzteil verhält sich wie ein normales Netzteil. Der Vorteil dieser Lösung liegt darin, dass bei richtiger Abstimmung auf den PC das Netzteil bei niedriger Last, z.B. im Idle, beim Surfen oder Videostreaming, lautlos arbeitet, aber bei der anschließenden Runde Gaming, wo ein aktiver Lüfter meist nicht auffällt, die volle Leistungsfähigkeit zeigen kann.
Semi-Passiv muss aber in der Praxis nicht besser bzw. leiser sein als ein rein aktiv gekühltes Netzteil. Seit Jahren zeigt Corsair, dass auch ein permanent aktiv gekühltes Netzteil nahezu unhörbar arbeiten kann. Grundvoraussetzung ist eine lautlos arbeitende Elektronik, d.h. evtl. vorhandene mechanische Schwingungen von Bauteilen müssen entsprechend ausgeschlossen oder vollständig gedämpft bzw. unterdrückt werden. Dies gilt übrigens für jedes Netzteil, also auch Passiv- oder Semi-Passiv-Netzteile, aber die Probleme mit dem "Spulenfiepen" hat die Branche mittlerweile allgemein recht gut unter Kontrolle.
Die Optimierung hin auf einen möglichst leisen Betrieb ist anspruchsvoll und umfasst im Wesentlichen den Lüfter und die Luftführung um diesen herum. Im Lüfter selbst ist dessen Lagerung wichtig, denn hier gibt es verschiedene Varianten mit ihren Vor- und Nachteilen. Klassische kugelgelagerte Lüfter halten sehr lange, aber das Laufgeräusch der Lager ist vergleichsweise laut. Im Bereich der Gleitlagerung gibt es mittlerweile viele verschiedene und sich in Qualität, Lautstärke und Haltbarkeit auch deutlich unterscheidende Typen. Ein einfaches Sleeve-Bearing ist zwar anfangs leise, hält aber meist nicht lange. Da kommen dann Gleitlagervarianten wie Fluid Dynamic Bearing (FDB), Hydro Dynamic Bearing, Rifle-Bearing oder ähnlich ins Spiel. All diesen Arten ist gemein, dass sie versuchen, an der eigentlichen Lagerungsstelle stets einen ausreichenden Schmiermittelfilm zu erzeugen, was Laufruhe und Lebensdauer erhöht. Die dritte Variante mit magnetischer Lagerung scheint aber in Netzteilen noch nicht Verwendung zu finden.
Die Lagerung ist aber nicht die einzige Geräuschquelle eines Lüfters, auch das Design der Rotorblätter, der Luftführung im Rahmen und die Ansteuerung des Motors sind wichtig für einen leisen Lauf des Lüfters, damit das Gesamtpaket stimmt. Viele Hersteller machen es sich einfach und schrauben einfach einen Standard-Lüfter unter das runde Loch im Deckel des Gehäuses. Bei entsprechend hochwertigem Lüfter und niedriger Drehzahl bzw. Semi-Passiv-Modus ergibt das ein häufig (für die Masse der Kunden) völlig ausreichendes Ergebnis.
Für manchen Hersteller und so auch Corsair reicht das nicht aus. So nutzt Corsair nicht nur die Technik bzw. Erfahrung im Bereich der hauseigenen Gehäuselüfter, sondern optimiert weiter. Im Corsair RM1000x SHIFT kommt ein hauseigener 140-mm-Lüfter mit der Modellbezeichnung NR140P zum Einsatz, der auf Fluid Dynamic Bearings setzt.
So verwundert es auch nicht, dass mittlerweile passiv gekühlte Netzteile mehr oder weniger vom Markt verschwunden sind. Es mag sicher Ausnahmen bei besonderen Anwendungen (bzw. Anwendern) geben, aber etliche luftgekühlte Netzteile können diesen Job ähnlich gut erfüllen. Und bei diesen Netzteilen kann sich der User auch sicher sein, dass die Kühlung des Netzteils immer gegeben ist.
Aufgabe der Schutzschaltungen
Ein wichtiges Qualitätsmerkmal von Netzteilen ist das Vorhandensein von funktionierenden Schutzschaltungen. Diese Schaltungen sollen vermeiden, dass die angeschlossenen Komponenten des PCs, welche meist den vielfachen Wert des Netzteils selbst haben, bei "nicht normalen" Betriebszuständen Schaden nehmen. Aber auch das Netzteil selbst soll vor Betriebszuständen geschützt werden, bei denen es vielleicht selbst Schaden nimmt. Bei günstigen oder Noname-Netzteilen werden diese oder zumindest wesentliche Schutzschaltungen aus Kostengründen eingespart, was sich dann unter Umständen dann beim User böse rächen kann. Wobei sich das Mitleid sicher in Grenzen hält, wenn jemand beim Netzteil maximal (=20-30 Euro) spart und deswegen dann seine 800-Euro-Grafikkarte zerstört. Daher sollte der User beim Kauf auf das Vorhandensein von Schutzschaltungen achten, was bei Modellen von Premium-Herstellern fast immer der Fall ist.
Wesentliche Schutzschaltungen sind heutzutage:
Über-/Unterspannung (OVP/UVP): Jedes elektronische Bauteil ist nur für eine bestimmte maximale Spannung ausgelegt und wird bei Überschreiten beschädigt oder zerstört. Auch Unterspannungen können manchmal zu seltsamen Ergebnissen führen, zumindest aber meist Abstürzen. Die OVP/UVP überwachen die Ausgangsspannungen des Netzteils und sobald hier eine bestimmte Schwelle überschritten wird, wird das Netzteil abgeschaltet. Die OVP schützt somit die PC-Hardware, wenn das Netzteil selbst defekt ist, und die UVP ist vielfach auch eine Art Überlastsicherung, die das Netzteil abschaltet, wenn die Last zu hoch wird.
Überstrom bzw. Überlastung einzelner Rails (OCP): Die OCP ist auch eine wichtige Schutzschaltung, die verhindert, dass auf einzelnen Ausgängen bzw. einzelnen Spannungsschienen zu hohe Ströme fließen. Auch wenn ein Netzteil beispielsweise 600 W liefern kann, bedeutet es nicht, dass es diese Leistung auch auf einer einzelnen Spannungsschiene liefern kann (Ausnahme meist 12 V). Würde man diese Leistung beispielsweise der 5-V-Schiene abfordern, würden die für diese Spannungsschiene zuständigen Bauteile überlastet und womöglich zerstört werden. Die OCP verhindert diese "partielle" Überlastung des Netzteils. Bei Multi-Rail-Netzteilen, also Netzteilen mit mehreren 12-V-Schienen, sind die einzelnen 12-V-Schienen normalerweise auch einzeln per OCP abgesichert. Damit wird verhindert, dass die volle Netzteilleistung über einen einzelnen Kabelstrang laufen kann, womit dieser leichte "thermische Probleme" haben würde.
Überlastsicherung (OPP): So wie die OCP einzelne Spannungsschienen absichert, sichert die OPP das Netzteil vor einer Überlastung insgesamt. Die OCPs der Schienen haben meist recht viel Puffer nach oben, um kurzzeitige Lastspitzen zu vertragen, aber die Überlastreserve des Netzteils ist prozentual deutlich kleiner, meist im Bereich bis zu 20 %. Wobei z.B. die OPP mehr ein Verhalten als eine direkte einzelne Schaltung ist. Bei einem modernen Netzteil mit DC-DC-Wandlern läuft letztendlich die gesamte Netzteilleistung über 12 V, denn die Nebenspannungen werden ja erst aus dieser generiert. Somit ist eine OCP auf 12 V gleichzeitig auch die OPP für das gesamte Netzteil.
Überhitzung (OTP): Was bei Passivnetzteilen Pflicht ist, ist auch für Netzteile mit semi-passiver oder aktiver Kühlung wichtig, denn auch bei ihnen kann einmal der Lüfterausfallen oder der Lufteinlass blockiert werden. Eine massive Überhitzung kann zum Versagen von Bauteilen führen, dessen Resultat dann nicht vorhersehbar ist.
Kurzschluss (SCP): Der Kurzschlussschutz übernimmt letztendlich eine ähnliche Funktion wie die OCP. Wohingegen die OCP aber nur auf den Stromfluss der betreffenden Spannungsschiene schaut, schaut die SCP eines Supervisor ICs auf die Verlaufsform der entsprechenden Spannung und erkennt aufgrund einer entsprechenden Impedanzänderung einen niederohmigen Kurzschluss sehr schnell.
Qualität der Bauteile
Die Qualität der verwendeten Bauteile bestimmt natürlich auch die Qualität des gesamten Netzteils, sowohl in Funktion als auch in Lebensdauer. Wobei insbesondere Letztere hier meist die wichtige Komponente ist. Mit der Zeit bzw. Benutzung "altern" verschiedene Teile im Netzteil, aber die wichtigste Rolle spielen hier die Elektrolytkondesatoren, bei denen wortwörtlich ein flüssiges Elektrolyt enthalten ist, wodurch Alterung bzw. Degradation hier ein Thema ist.
Den Werbeslogan "mit japanischen Kondensatoren" wird sicher jeder User schon einmal gelesen haben. Da es hier nicht um den Herstellungsort Japan geht, sondern eher um den Qualitätsstandard einer japanischen Firma, können eigentlich also auch "japanische Kondensatoren" "made in China" sein. Eigentliche Aussage ist hier aber, dass Kondensatoren von japanischen Marken wie Nippon Chemicon, Rubycon, Panasonic/Matsuhita oder Nichicon auch in der Praxis die Qualität bzw. Lebensdauer erreichen, die auf ihren Datenblättern stehen.
Günstige Noname-Hersteller können hier nicht immer das liefern, was sie versprechen. Vor einigen Jahren gab es - Stichwort "bad caps" - eine Phase, wo aufgrund minderwertiger Elektrolytkondensatoren eine Vielzahl von Geräten bis hin zu Mainboards von vorzeitigen Ausfällen betroffen waren. Insgesamt hat sich hier die Qualität gebessert und es müssen daher auch nicht unbedingt "japanische Kondensatoren" sein. Auch taiwanesische Marken wie Teapo, Taicon oder SamXon haben mittlerweile einen soliden Ruf.
In Kooperation mit Corsair