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Alimentations selon ATX12VO: avantages et inconvénients

Les blocs d’alimentation ATX12VO ne fournissent que 12 volts à la carte mère, tandis que la carte en dérive 3,3 et 5,0 V. Cela rend possible des alimentations plus compactes et moins chères, et elles devraient également être plus efficaces en veille. ATX12VO déplace les coûts et la complexité vers la carte mère. Il n’y a pas d’avancée technique majeure.

Un nouveau standard d’alimentation d’Intel

Les intégrateurs de systèmes actifs à l’échelle mondiale et dominants sur le marché utilisent depuis des années une norme d’alimentation en dehors de l’ATX12V avec une seule tension de sortie. En mai 2020, Intel a publié une directive de conception appelée ATX12VO, avec laquelle une norme commune pour ce concept est désormais également créée pour le marché du client final. ATX12VO prévoit que les alimentations ne fournissent que 12,0 volts à la carte mère.

Les avantages attendus par rapport à l’ATX12V sont examinés dans ce rapport en utilisant un ASRock Z490 Phantom Gaming 4SR correctement adapté et une alimentation ATX12VO de High Power. Une plus grande efficacité est également promise.

3,3 et 5,0 volts proviennent de la carte mère

Le fait que les tensions auxiliaires 5,0 volts et 3,3 volts (rails mineurs) ne soient pas générés dans le bloc d’alimentation ne signifie pas que les rails de tension ne sont plus du tout nécessaires. 5,0 volts sont tout aussi essentiels pour les ports USB que 3,3 volts pour le slot PCIe. Les circuits intégrés logiques de la carte mère sont également fournis avec 3,3 ou 5 volts.

Les lecteurs et périphériques externes ne sont plus fournis directement par le bloc d’alimentation, mais par la carte mère. En plus du connecteur du côté sortie du bloc d’alimentation (voir la section Consommation électrique, disposition du circuit et connecteur du bloc d’alimentation), la spécification ATX12VO définit également à quoi doit ressembler le connecteur du faisceau de câbles du connecteur SATA.

Connecteur SATA quadruple avec connecteur de carte mère à 6 broches (Image: Intel ATX12VO)
Double connecteur SATA avec connecteur de carte mère à 4 broches
Double connecteur SATA avec connecteur de carte mère à 4 broches (Image: Intel ATX12VO)
Les disques SATA sont fournis via la carte mère
Les disques SATA sont fournis via la carte mère

Intel fait la distinction entre la fourniture de deux et quatre connexions SATA, pour lesquelles un en-tête à 4 ou 6 broches est fourni. Contrairement à toutes les autres variantes de connecteurs qui ont été utilisées jusqu’à présent, il s’agit d’un connecteur Molex Micro-Fit avec un espacement de broches de 3 mm, dont les bornes sont déjà utilisées par Nvidia dans les GeForce RTX 3000 Founders Editions. Les deux prises n’ont que 12 et 5 volts – contrairement à la spécification ATX12V, le rail 3,3 volts n’est plus connecté.

ATX12VO est censé économiser de l’énergie en veille

Dans le manuel de conception de la spécification ATX12VO, sous la première rubrique, il y a la définition de «Alternative Low Power Mode» (ALPM), qui a été implémentée au niveau du système d’exploitation par Microsoft avec «Modern Standby» et par Google avec «Lucid Sleep». Il s’agit d’un nouvel état du système économe en énergie dans lequel des tâches telles que la synchronisation des e-mails peuvent avoir lieu sans réveiller l’ensemble du système, comme c’est déjà une pratique courante avec les systèmes d’exploitation de smartphone, par exemple. Cet état d’alimentation en veille, également appelé S0i3, diffère du mode veille S3 («Suspend to RAM») en ce que tous les rails de sortie du bloc d’alimentation doivent rester actifs.

Intel avec efficacité obligatoire pour le rail de secours

Indépendamment de cela, les règles de consommation électrique maximale continuent de s’appliquer si seul le rail de secours est actif. Pour ceux-ci, une tension nominale de 12 V au lieu des 5 V auparavant habituels est spécifiée dans l’ATX12VO. Contrairement à la norme ATX12V, l’ATX12VO requiert désormais des valeurs d’efficacité obligatoires pour le rail de secours:

Cependant, ErP Lot 6 2013 ne spécifie que la consommation électrique maximale en veille de 0,5 W pour les systèmes fermés, c’est-à-dire pas pour les alimentations qui ne peuvent pas fonctionner sans ordinateur. En conséquence, Intel spécifie également indirectement les cartes mères qui doivent être vendues par les intégrateurs de systèmes dans l’UE dans des systèmes complets. Si les fabricants de cartes mères limitent la consommation électrique maximale en fonction de l’efficacité d’alimentation admissible, la faille de la spécification ATX12V précédemment commune est fermée.

Rendement à faible charge obligatoire

Afin que le bloc d’alimentation ne consomme pas une quantité d’énergie inutilement importante en «veille moderne», Intel spécifie des niveaux d’efficacité minimum basés sur les exigences de la California Energy Commission (CEC).

Faible efficacité de charge en fonction de la puissance nominale de l’alimentation

Par conséquent, pour une charge de 2%, un rendement minimum de 72% s’applique aux alimentations supérieures à 500 W.Il en va de même pour les alimentations de 400 à 500 watts, qui, cependant, sont chargées avec 10 W. Une efficacité d’au moins 75% est requise pour des blocs d’alimentation encore plus petits.

Cela change sur la carte mère

Cartes mères ATX pleine grandeur avec courants nominaux élevés des rails mineurs

À mesure que le nombre d’emplacements PCIe, de prises USB et de connexions SATA augmente, le courant nominal augmente également, qui en cas de doute doit être fourni sous forme de courant constant pour 3,3 et 5,0 volts lorsqu’il est entièrement équipé. Pour l’ASRock Z490 Phantom Gaming 4SR, une carte mère ATX pleine grandeur, le courant nominal a été calculé selon la configuration actuelle:

Au total, on peut s’attendre à près de 40 ampères supplémentaires si toutes les connexions pour les périphériques sont utilisées et étendues au maximum.

ASRock Z490 Phantom Gaming 4SR

ASRock Z490 Phantom Gaming 4

Comparaison d’images: ASRock Z490 Phantom Gaming 4SR ASRock Z490 Phantom Gaming 4

Convertisseurs de tension avec des coûts jusqu’à 11 euros plus élevés dans la nomenclature

Dans la nomenclature, le partage des coûts des transformateurs de tension sur la carte a un effet sensible. Avec le Texas Instruments TPS53355 comme régulateur de tension à découpage intégré, une solution relativement coûteuse a été choisie, mais elle prend très peu de place sur la carte mère. Le tableau récapitule les éléments de coût les plus importants pour les deux down-convertisseurs. Les prix nets des composants pour des quantités d’achat élevées ont été déterminés ou du moins estimés.

Convertisseur DC-DC sur la carte mère

Convertisseur DC-DC sur la carte mère

Les disques SATA sont fournis via la carte mère

Les disques SATA sont fournis via la carte mère

Un contrôleur et pilote de régulateur de tension de commutation intégré du fabricant taïwanais Anpec est généralement utilisé dans les alimentations ATX12V. Avec l’APW7159C, par exemple, les deux convertisseurs abaisseur peuvent être contrôlés, ce qui entraîne des coûts nettement inférieurs à l’implémentation entièrement intégrée de Texas Instruments, mais qui nécessite des MOSFET câblés en externe. Pour cette comparaison, trois MOSFET Infineon ont été sélectionnés comme semi-conducteurs de puissance, à partir desquels des pertes comparables au TPS53355 de Texas Instruments sont à prévoir.

Méthodes de contrôle étendues pour une efficacité de charge partielle plus élevée

Texas Instruments TPS53355 PMIC - Rendement en fonction de la charge pour différentes méthodes de contrôle

Texas Instruments TPS53355 PMIC – efficacité en fonction de la charge pour différentes méthodes de contrôle (Image: Texas Instruments)

Cependant, la mise en œuvre d’Anpec présente l’inconvénient que seule une méthode de régulation de tension simple est utilisée, ce qui ne permet pas l’amélioration de l’efficacité de charge partielle telle que prise en charge par le PMIC de Texas Instruments. Avec une charge inférieure à 5 A sur le rail 3,3 volts ou 3 A sur le rail 5 volts, un rendement plus élevé peut être obtenu en mode saut selon le schéma de la fiche technique du Texas Instruments TPS53355 est affiché à gauche du « kink » dans les courbes. De cette manière, par exemple, les pertes électriques peuvent être réduites en « veille moderne » si tous les périphériques sont désactivés la plupart du temps, mais seule une connexion Ethernet est établie pendant une courte période, de sorte que les rails mineurs ne sont généralement que très peu utilisés.

En se passant d’une densité d’intégration maximale, les coûts supplémentaires de l’implémentation ATX12VO sur la carte mère peuvent être réduits à 4 euros. Même si un courant nominal inférieur doit être fourni sur les rails mineurs pour les cartes mères ITX en raison du nombre réduit d’emplacements d’extension, la nomenclature peut être encore optimisée en termes de coûts. Étant donné que les trois MOSFET offrent chacun une plus grande surface que le PMIC et peuvent être refroidis plus efficacement via le PCB, un dissipateur thermique a été omis dans ce calcul.

Sources de chaleur supplémentaires sur la carte mère

Une mise en œuvre entièrement intégrée d’un régulateur de tension à découpage comme dans l’ASRock Z490 Phantom Gaming 4SR présente l’inconvénient que toute la perte de chaleur doit être détournée d’un seul petit boîtier.

Pour ces mesures, un Intel Core i5-10600k et un Gigabyte R9 290X WindForce ont été utilisés à pleine capacité avec une charge synthétique. Deux ventilateurs orientés vers l’extérieur au-dessus de l’image et le ventilateur placé au milieu du refroidisseur à deux tours ont généré un flux d’air. Les points chauds à l’arrière du PCB de la carte graphique à 90 degrés Celsius rayonnent également de la chaleur vers la carte mère. Pour que le flux d’air dans un boîtier fermé puisse être simulé, le côté du boîtier ATX a été recouvert d’un film plastique pour la mesure.

Si les rails mineurs sont utilisés à 10 A chacun, les deux PMIC Texas Instruments peuvent être clairement identifiés sur l’image thermique à 57 et 67 degrés Celsius respectivement. Avec une charge permanente de 20 A sur les deux rails mineurs, la température au niveau des PMIC augmenterait trop sans dissipateur thermique. Si ASRock ne limite pas la puissance nominale permanente des rails mineurs, un dissipateur thermique dans la conception du convertisseur de puissance doit être inclus d’urgence.

Une telle charge n’est pas à prévoir dans les systèmes de jeu, mais pour les systèmes de poste de travail, il est tout à fait possible d’appeler la puissance nominale maximale sur le rail 3,3 volts via des charges périphériques à charge continue élevée.

ASRock Z490 Phantom Gaming 4SR - Hotspot du convertisseur abaisseur 5V avec une charge de 10 A

ASRock Z490 Phantom Gaming 4SR – Hotspot du convertisseur abaisseur 5V avec une charge de 10 A

ASRock Z490 Phantom Gaming 4SR - Hotspot du convertisseur abaisseur 3,3 V avec une charge de 10 A

ASRock Z490 Phantom Gaming 4SR – Hotspot du convertisseur abaisseur 3,3 V avec une charge de 10 A

ASRock Z490 Phantom Gaming 4 - hotspot des modules DRAM

ASRock Z490 Phantom Gaming 4 – hotspot des modules DRAM

Une mesure comparative avec un ASRock Z490 Phantom Gaming 4 montre des températures plus basses pour la partie examinée de la carte mère d’un maximum de seulement 53 degrés Celsius, qui peuvent être mesurées sur l’un des modules DRAM.

Sur la page suivante: détails du bloc d’alimentation, connecteurs et consommation électrique

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Robin Vigneron

Par Robin Vigneron

Robin est un passionné de nouvelles technologies et il n'hésites pas à creuser le web pour vous trouver les meilleurs bons plans et astuce High-Tech !

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