Efficiency tests van 12V adapters (voor zuinige servers)

Door mrmrmr op maandag 1 november 2021 00:00 - Reacties (14)
Categorieën: Systemen, Zuinig, Views: 2.576

Inleiding

Een zuinige server bouwen kan 2 euro per Watt per jaar aan energiekosten schelen. Dat is voor tweakers een prima reden om zelf een zuinige server te willen bouwen wanneer de oude grootverbruikende server aan vervanging toe is. Daarnaast is het een sport om steeds zuinigere servers te ontdekken. Die worden besproken in het grote zuinige server topic.

Inhoudsopgave
inleiding
metingen
nieuwere ATX voedingen?
ATX12VO
foto's
testverantwoording
conclusies

Overhead
Waar traditionele ATX voedingen werden gebruikt merkten bouwers al snel dat die een flinke overhead hebben bij een relatief lage belasting. Een server die 5W gelijkstroom (DC) verbruikt kan met de verkeerde voeding meer dan 10W wisselstroom (AC) verbruiken aan de 230V stekker. De oplossing is het gebruik van een 12V AC/DC adapter met een DC-DC voeding die -12V, 5V, 5VSB en 3.3V levert.

Aan het einde van jaren nul (voor 2010) kwam het Amerikaanse Mini-Box met kleine DC-DC voedingen met de naam PicoPSU die rechtstreeks in de 24 pin ATX connector prikken. Daar gaan we het hier niet over hebben, maar wel over de efficiëntie van de adapters op enkel 12V, de basis van de gehele voeding. De efficiëntie van het systeem is afhankelijk van de adapter die wisselstroom omzet in 12V gelijkstroom.
De vuistregel is dat een PicoPSU + adapter bij 40W zuiniger is en dat het verschil oploopt bij lagere belastingen. Onder de 20W is een zuinige PicoPSU met adapter aan te raden als de maximale belasting niet te hoog wordt. Raadpleeg voor details de manual.

Efficiëntiestandaarden
Veel producenten van adapters leveren spec sheets die niet heel veel specifieke informatie bevat over de efficiëntie. Er staat wel aan welke standaarden wordt voldaan. Een van de belangrijkste standaarden voor efficiëntie is het Amerikaanse DOE Level VI, dat voorschrijft dat de adapter moet voldoen aan 88% efficiëntie en een no load verbruik van 0,210W.
Het Europese Code of Conduct (CoC) Tier 2 gaat verder met een efficientie van minstens 89% bij een belasting van 25%, 50%, 75% en 100%. Een minimum efficientie van 79% geldt bij een belasting van 10%. De no load belasting is verlaagd naar 0,15W. Helaas is CoC Tier 2 niet omgezet in EU wetgeving, toch zijn er producten waarvan de fabrikant zegt dat ze aan de eisen voldoen. Het is aan te raden adapters te selecteren op CoC Tier 2 ondersteuning. De efficiëntie bij 10% belasting fungeert als indicatie voor het verdere verloop van de efficiëntie bij belastingen lager dan 10W.

Adaptersoorten
De meest toegepaste voedingen bij zuinige servers hebben een vermogen van 60, 84 of 120 Watt. Er zijn ook grotere adapters en tussenmaten. Grotere voedingen kunnen een lagere efficiëntie hebben bij laag verbruik.

Zuinige servers
Zuinige servers thuis staan typisch altijd aan. Daardoor is het idle verbruik bepalend voor het uiteindelijke jaarverbruik. We streven naar een zo hoog mogelijke efficiëntie. Omdat in veel spec sheets van adapters informatie ontbreekt over lage belasting en tech sites er weinig over publiceren is zelf testen noodzakelijk.


Metingen

We zullen per adapter de voordelen en nadelen bespreken. We beginnen met metingen van een aantal oudere ATX voedingen en gaan dan over naar adapters. Er is enkel 12V gemeten. Aan het einde van deze blogpost kun je de testverantwoording vinden.

Antec Earthwatts EA-380
Deze 380W voeding werd ongeveer 15 jaar geleden op de markt gezet met een goed voor het milieu imago en aangeprezen als efficiënt. De voeding is gebruikt in productieservers.


Helaas haalt deze voeding pas bij circa 48W een efficiëntie van minimaal 80%.

Als we uitzoomen, zien we de mooie curve van een ATX voeding.

Bij circa 10W belasting is de overhead ongeveer 50%, dat betekent dat er in totaal 20W wordt verbruikt aan de 230V stekker.

Volgens de ATX specificaties dient een voeding maximaal 5% af te wijken van 12V, de spanning mag liggen tussen 11,4W en 12,6W, die grenzen worden aangegeven met gele lijnen.

Helaas is deze voeding niet (meer) in staat om bij hogere lasten de spanning op peil te houden. Dat kan liggen aan slijtage of aan het product. De maximale belasting is 18A volgens het label voor een 12V lijn. Dat is 216W.

Antec EarthWatts EA380D
Dit is een geupdate versie van hierboven besproken 380W Antec EarthWatts EA380 dat verscheen in 2009 en in tests lof ontving. Deze 'D' versie van de EA380 voeding is uitgevoerd in de kleur legergroen. De voeding is jarenlang gebruikt.


Vanaf 37W levert deze voeding meer dan 80% efficiëntie. Dat was voor die tijd prima.

De voeding heeft nog steeds een mooie curve. De lijn is opgeschoven, waarmee de voeding bij lage belasting toch een goede efficiëntie kreeg.



De spanning gaat voor 30W al door de ondergrens. De voeding zou 17A moeten kunnen leveren en dat is nu gezakt naar omstreeks 3A binnen de marges. Het is onverstandig deze voeding nog te gebruiken.

be quiet! BQT Straight Power E9-400W
Deze 400W voeding verscheen in 10 jaar geleden, gelijktijdig met de hierna te bespreken Huntkey Jumper 300G. Beide hebben een 80plus Gold certificaat.



Zoals we van ATX voedingen gewend zijn heeft de voeding een mooie curve. Maar het is toch niet zo zuinig bij een belasting onder 20W dan de EA380D, dat zullen we verderop nog zien.



De voeding kleurt netjes tussen de lijntjes bij een belasting tot 135W op 12V. De maximale belasting is 18A.

Huntkey Jumper 300G
Dit is een 300W 80plus Gold voeding.


Bij 35W wordt de efficiëntie beter dan 80%.




De voeding houdt de spanning strak onder controle. De maximale belasting is 13A.

Seasonic SSA-0601HE-12
Dit is een opvolger uit 2016 van de oudere 60W Seasonic SSA-0601-12 die in deel 1 van het zuinige server topic nog veel werd gekozen. Het was deel van een Mini-Box PicoPSU 80 + 60W adapter kit. Seasonic geeft aan dat de adapter voldoet aan de eisen van DOE Level VI.

De vorm van de curve doet denken aan ATX voedingen.


Bij de volgende grafiek zie je het enorme verschil met een ATX voeding. De voeding is ook bij geringe belasting al efficiënt.



De adapter houdt zich -zoals verwacht mag worden van een moderne voeding- keurig aan de 12V bandbreedte.

FSP FSP060-DHAN3
Van Taiwanese fabrikant FSP komt deze 60W voeding. De adapter is van goede bouwkwaliteit. Het voldoet aan DOE Level VI en CoC Tier 2 volgens FSP.







Leicke NT03015 (voor circa 2018)
Deze 120W adapter van Duitse fabrikant Leicke is bij de oosterburen populair geworden vanwege de prijs/prestatie verhouding. Hij werd vaak gebruikt voor zuinige computers bij gebruikers van het forum van hardwareluxx.de.

De NT3015 heeft een typische lijn, waar je duidelijk kunt zien dat voeding bij lage belasting extra zuinig is gemaakt. Dat kan onder meer omdat er bij lagere belasting minder regels gelden.


Deze grafiek toont dat deze Leicke ook bij zeer lage belasting tussen 86% en 90% efficiënt is.



De spanningslimieten worden gerespecteerd.

Leicke FJ-SW2027120100 (NT03015, nieuwer model)
Dit huidige 120W model verkocht onder dezelfde oude NT03015 productnaam zou beter voldoen aan de standaarden. De efficiëntie lijkt op die van de voorganger, maar het is wel lager geworden. De voeding voldoet volgens het label aan efficiency Level VI, maar onze metingen bevestigen dat niet.



De efficiëntie bij lage belasting is goed.


De FJ-SW2027120100 kan nog net boven de lage spanningslimiet blijven.


FSP FSP084-DHAN3
Dit is de tweede adapter van FSP in deze test, deze heeft 84W capaciteit. Het voldoet aan DOE Level VI en CoC Tier 2 volgens FSP.





De adapter houdt de spanningdaling beperkt bij hogere belasting.


XP Power VES120PS
Deze 120W adapter is de duurste uit de test, hij kost ongeveer 2x de prijs van 120W Leike adapter.


De efficiëntie is duidelijk optimaal bij lage belasting, het ligt ruim boven 90%.



De spanning blijft binnen de marges.


FSP FSP096-AHAN3
Deze 96W adapter wordt o.a. door HPE en Aeon gebruikt voor small format (SFF) computers. HP heeft de 10% belasting test gepubliceerd. Bij circa 10W ligt de efficiëntie 92,4% volgens de fabrikant. Dat is bijzonder hoog en hoewel we zelf met 92,1% iets lager uitkomen, is dat de efficiëntste voeding in deze test bij die belasting. Het blijkt dat de efficiëntie ook bij zeer lage belasting hoger dan 90% blijft. Hoewel de naam lijkt op die van de andere adapters in deze serie, lijkt dit toch een broodje speciaal te zijn geweest, gemaakt voor beste prestaties. Het is niet breed beschikbaar en de prijs ligt hoger dan bijvoorbeeld de Leicke adapter.



De efficiëntielijn vertoont gelijkenissen met die van de XP Power VES120PS.


De spanningdaling ligt ruimt boven de ondergrens.


de testresultaten samengevoegd in een grafiek

Deze grafiek zoomt in op het deel boven 80%.


De grafiek met de gehele y-as toont duidelijk het verschil tussen de 2 groepen van traditionele ATX voedingen en AC/DC adapters.

De volgende grafiek toont hoeveel Watts verloren gaan bij het omzetten van wisselstroom naar gelijkstroom, van 230V naar 12V. Opvallend hier is dat de EA380D 'slechts' een no-load overhead van 3 Watt zonder belasting heeft, maar dat voordeel is al voordat 10W is bereikt ingehaald door modernere ATX voedingen. Buiten kijf staat het grote voordeel die adapters bieden met een lage overhead.


De overhead van de AE380D is bij 130W het hoogst. De nieuwere ATX voedingen doen het boven 50W beter. Tegenwoordig kan een server minder dan 10W verbruiken en daar zijn de adapters het zuinigst.



nieuwere ATX voedingen?

Anno 2021 komen moderne ATX voedingen bij lage belasting nog steeds niet in de buurt bij de efficiëntie van adapters voor zover nu bekend. Er is wel hier een daar verbetering te zien, bijvoorbeeld de Corsair RM550x (2021) doet het beter dan veel andere ATX voedingen bij belastingen onder 50W.


ATX12VO

Voedingstandaard ATX12VO is recent gedefinieerd door Intel. Het is een voeding die alleen 12V levert via een 10 pin stekker. Het moederbord maakt zelf andere spanningen zoals het al deed voor diverse onderdelen zoals de processor, het kan zodoende het vermogen afstemmen op de vraag.
De specificaties van ATX12VO zijn: minimaal 75% efficient op 10W voor voedingen kleiner dan 400W, minimaal 82% bij 20% en 100% belasting, en 85% bij 50% belasting. De minimumwaarden liggen fors lager dan de prestaties van de hier geteste adapters bij lage belasting.
Intel wilde dat ATX12VO op Alder Lake socket 1700 moederborden wordt toegepast. Vooralsnog lijkt het niet populair bij moederbordfabrikanten en de voedingen zijn ook nog niet verkrijgbaar. Er zijn wel al reviews gepubliceerd.


foto's

Dit zijn foto's van de onderkant van de adapters. De foto's zijn niet op dezelfde schaal! Adapters met een beperkt maximum vermogen zijn doorgaans kleiner.














testverantwoording

Het is helaas niet gelukt de tests uit te laten voeren door een volledig uitgerust electronica lab. Voor exacte metingen heb je dure apparatuur nodig die geijkt is. De metingen hierboven zijn verricht met een Korad KEL102 digital load (digitale lastgenerator) op 12V in de constant current (CC, constante stroomsterkte) stand en een TS Electronic 34-25111 AC energiemeter. De Korad heeft 5 significante cijfers voor vermogen: 4 tot 2 cijfers achter de komma. De energiemeter heeft een resolutie van 1 cijfer achter de komma. Door deze relatief lage resolutie hebben zeer lage efficiëntiemetingen een vrij grote afwijking.

De digital load is gebruikt om te bepalen bij welk DC vermogen de AC meter verschuift met een tiende Watt. Door hiervan het gemiddelde te nemen is de meting veel nauwkeuriger. Dat komt doordat de meter zelf een afronding doet voor metingen tussen -0,05 en +0,04999.. Watt. De AC energiemeter is gebaseerd op een Cirrus Logic chip en het kwam als beste uit een test van c't uit 2020, het had 0% afwijkingen tegenover de referentiemeter.

Sommige voedingen reageren op de digitale constant current last. Er kan een voortdurende aanpassing ontstaan waarbij de digital load reageert op de voeding en vice versa. De spanning van sommige voedingen is bij een belasting onder 1W niet stabiel. Dat was het geval bij de VES120PS, FSP096-AHAN3 en NT03015, waar de spanning binnen een bereik van 30 millivolt in hoog tempo verandert. In de praktijk zal dat geen probleem opleveren omdat de last van een computer hoger ligt. Een traditionele voeding zoals de SSA-0601HE-12 gedraagt zich niet zo.
Sommige ATX voedingen vertonen een langzaam toenemend verbruik, bijvoorbeeld een milliWatt per seconde, in combinatie met de digitale last.

De KEL102 heeft grote klemschroeven voor contacten. Voor het contact bij de adapters is een 5.5/2.5mm barrel "molded receptacle" gebruikt van BKL Electronic (072079, max. 10A) met 10 centimeter 0,75mm² koperen kabel. Het contact met de ATX 24 pins pluggen is een 24 pins Molex receptacle met 7cm lange aders gekoppeld via een kroonsteentje naar 0,75mm² koperen kabel (10cm). Deze overdrachtspunten introduceren een weerstand. Bij belasting hoger dan 100W kunnen de kabels opwarmen, de barrel connector kan met name boven 100W warm worden. Er zijn geen remote sensors gebruikt, dat zou de spanningsmetingen beter kunnen laten lijken dan ze in de praktijk zijn. Adapters zijn in de eerste 20W per Watt gemeten, dan 25 en 30W en vervolgens elke 10W tot 70W. De ATX voedingen zijn gemeten op 0W, 1W, 5W en daarna per 5W tot 20W, daarna per 10W en 20W bij 100W en hoger, tot aan 135W.

Bij circa 4W is bij enkele voedingen een lichte afwijking te zien. Dat ligt mogelijk aan een van beide meters.

De spanning is apart gemeten. De spanning is onder meer afhankelijk van de temperatuur, de kwaliteit van de contacten en de dikte van kabels. Het kan 1 tot 2 tienden van een Volt schelen als de kabel wordt ingekort of de verbinding slechter is. Dat verschil mag je ook verwachten bij variaties in temperatuur, bijvoorbeeld van 15 tot 35 graden.

Ik denk dat de metingen voor het doel voldoende nauwkeurig zijn, en onderling vergelijkbaar.

Het zou handig zijn geweest als we de ripple en de inrush current hadden kunnen meten. En ook hoe de gelijkstroom eruit ziet op een oscilloscoop. Dat geeft een beeld van de kwaliteit van het signaal. Spec sheets noemen vaak alleen de voorgeschreven limieten van ripple & noise.


conclusies

Van alle hier geteste voedingen zijn systemen die minder dan 10W verbruiken het zuinigst met de 96W FSP FSP096-AHAN3 of 120W XP Power VES120PS adapters. Die blijven zuinig bij zeer lage belasting van 1 of 2W. Vanzelfsprekend gaat het dan niet om de opbrengst van de energiebesparing, maar om een zo zuinig mogelijk systeem.

Boven 10W is de keuze groter, bij een licht systeem kan ook een 60W FSP060-DHAN3 worden toegepast of de 60W SSA-0601HE-12 of de 84W FSP084-DHAN3. Voor beperkt budgetten of een hoger vermogen is de huidige Leicke 120W adapter een optie.

Andere voedingen die de CoC Tier 2 regels volgen kunnen ook voldoen. Vraag de fabrikant of importeur om de efficiëntie bij 10% belasting als dat niet in de spec sheet is aangegeven. Dat geeft een indicatie of een adapter in de FSP096-AHAN3 of FSP084-DHAN3 klasse zit en het meest geschikt is voor minder dan 10W verbruik. In het ideale geval loopt de grafiek nog tot 1W naar 89% of meer, zoals de FSP096 die daar meer dan 90% scoort.

Succes met het bouwen van je eigen zuinige server! :)