[Methodologie] Tests d'alimentations
Mesures & Tests : Efficacité

Entre la puissance consommée en haute tension alternative et celle restituée en basse tension continue de l'autre côté de l'alimentation, il y a un écart : une partie de l'énergie est dissipée en chaleur à l'intérieur de l'alimentation, lors de la conversion. La différence entre les deux est appelée rendement, ou encore efficacité. On dira par exemple qu’une alimentation qui consomme 200 Watts sur le secteur pour ne restituer que 150 Watts côté continu a un rendement de 75%. Plus le rendement se rapproche de 100%, moins les pertes sont importantes. Disposer d’un rendement élevé est intéressant à de nombreux égards. Tout d’abord, c’est bon pour votre portefeuille, car l’énergie dissipée en chaleur vous est facturée par EDF. Ensuite, c’est bon pour vos oreilles, car cette chaleur inutile, il faut la dissiper à l’aide d’un ventilateur. Enfin, au cas où vous seriez riche et sourd, les economies d'energie, c’est aussi bon pour la planète ! En parlant d’économies d’énergie, les dernières normes adoptées (et particulièrement Energy Star 4.0) spécifient des rendements nettement plus haut que précédemment :

Au strict minimum, une alimentation doit donc avec une efficacité de 70% en pleine charge, 72% en charge moyenne et 65% avec une faible charge. Conformément aux recommandations du comité 80Plus, le rendement conseillé dans tout les cas est maintenant de 80%. A noter que l'efficacité d'une alimentation varie en fonction de la charge qui est appliquée.

Ce que nous allons mesurer : Efficacité en fonctionnement Afin de connaitre le rendement des alimentations, nous allons tester leur efficacité en comparant la puissance utilisée sur le secteur 230V et celle délivrée en basse tension continue (+12V, +5V, …etc.) côté PC. Bien sur, il faudra mesurer simultanément toute les tensions et tous les courants nécessaires afin de connaitre précisément la puissance consommée à un instant donné. De plus, afin de connaitre le comportement de l’alimentation testée sous différentes conditions, nous effectuerons les mesures avec une charge correspondant à 20%, 50% et 100% de la puissance nominale. Cette charge sera répartie équitablement sur les différents rails, tels que défini par la norme ATX 2.2.

Reste maintenant à expliquer le plus important : comment avons-nous "chargé" les alimentations ? Ce point est clairement le plus complexe à résoudre car il est ici hors de question d'utiliser des composants "standards" dont nous ne maitrisons pas la consommation électrique. Pour cela, il existe des instruments de laboratoire appelés charges électroniques programmables, qui simulent une charge avec une grande précision. Il suffit de sélectionner le nombre d’Ampères à débiter sur l’alimentation pour que la charge s’adapte automatiquement. Pour ces tests, nous allons utiliser plusieurs instruments et tout d’abord, un mainframe Agilent 6050A, réputé pour être la référence en terme de charge électronique :

 

 

Cet énorme instrument de plus de 30 Kg est doté de 4 modules 60501B (150W / 30A Max) et de 2 modules 60502B (300W / 60A Max). Les quatre premiers modules sont connectés aux rails +3.3V / +5V / +12V et +5VSB alors que les deux seconds sont reliés aux rails +12V par l'intermédiaire de câbles de fortes sections (6 mm² ou 16 mm²). A elle seule, cette charge entièrement programmable par le biais du bus GPIB est capable de simuler une puissance de 1200 Watts. Outre sa précision très élevée, cette charge permet également de définir tout un tas de paramètres intéressants comme le Slew Rate (vitesse à laquelle le courant est "appelé" par la charge, jusqu'a 2500A/ms) ainsi qu'un générateur automatique de transitoires, afin de reproduire le même comportement d'un processeur ou qu'un GPU, dont les besoins en courant varient très rapidement dans le temps.

Enfin, afin de pouvoir charger encore plus les futures alimentations, l'Agilent 6050A est épaulée par une charge de précision 3711A de Tekpower :

 

 

Ce modèle, le plus puissant de la gamme, est capable de générer une charge de 30A pour un maximum de 300 Watts, ce qui est bien suffisant pour simuler un processeur ou une carte graphique par exemple. Il est possible de spécifier un courant (en Ampères) ou une puissance (en Watts) fixe à simuler. Et grâce à son ajustage au mA prêt, il est facile de charger un des rails de manière très précise. Mieux, la charge 3711A est équipée d’un port USB qui lui permet d’être commandée par un PC. Une fonctionnalité très utile pour la suite.

Depuis mai 2008, nous disposons également d'une charge de forte puissance d'ETS GmbH (voir photo de droite), capable de simuler à elle-seule un courant de 45A sous 12V. Celle-ci ne sera utilisée que pour d'éventuels tests d'alimentation de plus de 1500 Watts.

Mieux, depuis Aout 2008, nous disposons du fin du fin en matière de test puisque tous ces instruments sont maintenant pilotable par le biais d'une application unique, que nous avons baptisé le CPC PSU Load Bench :

 

 

Grâce à ce programme, nous pouvons accéder directement aux informations et au paramétrage de tous les instruments de manière individuelle. Tout ce petit monde peut également être configuré de manière totalement automatique grâce à la section inférieure, qui se contente de la puissance nominale de l'alimentation et du taux de charge pour paramétrer simplement tous les instruments. Afin de parfaire le tout, nous avons aussi équipé le boitier d'interface charge/alimentation d'une commande de la ligne Power_ON par le biais du réseau Ethernet. Il est donc possible de mettre en route ou d'éteindre une alimentation en test en cliquant simplement sur un bouton.

Voici donc comment nous allons charger les alimentations afin de simuler une charge totalement modulable, programmable et avec une excellente précision.

Dernier point à prendre en compte : l'efficacité de l'alimentation en mode stand-by. Comme nous l'avons vu précédemment, lorsque le PC est éteint, l’alimentation délivre toujours une tension sur le rail +5VSB pour permettre à la carte mère de supporter le Wake-On-LAN, le Suspend-to-RAM ou bien tout simplement la gestion marche/arrêt. Selon la norme ATX, une alimentation actuelle doit être capable de délivrer jusqu’à 2.5 Ampères, en stand-by, sur le rail +5VSB et ce, avec une efficacité de 70%. Il est également spécifié qu’avec un courant plus réaliste de 100 mA, le rendement devait être supérieur à 50%. Vu qu’un PC reste la majorité du temps éteint, ce paramètre est particulièrement important : une très mauvaise efficacité en mode stand-by implique une surconsommation électrique sans même que l’utilisateur ne s’en rende compte.

Ce que nous allons mesurer : Efficacité en mode stand-by Alimentation éteinte (mais connectée au secteur), nous appliquerons une charge de 100 mA puis de 2.5 Ampères sur le rail +5 VSB du connecteur principal afin de s'assurer que l'efficacité obtenue est alors supérieur à 50% et 70%, respectivement.