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Unser neuer TDP-Simulator entsteht – Noch bessere Messungen für Kühler, Wasserblöcke, Radiatoren, Wärmeleitpasten und Pads | Praxis

Nachdem ich ein wenig über die Möglichkeiten nachgedacht hatte, gab es im Endeffekt eigentlich nur wie erwähnt, zwei Optionen: Heizen via Heizkartusche oder mit SMD-Leistungswiderständen auf einem Alucore-PCB. Der lokale Metallhandel war dann so nett, mir ein Stahlvollmaterial zuzuschneiden, sodass ich im Versuch Eins nur noch Bohrungen für die Kartuschen und den Temperatursensor setzen musste. Der TDP-Simulator sah also nun wie folgt aus:

Die Kartuschen hatten einen zu geringen Wärmeübergang zum Stahl, sodass die Leitungen zu den Heizern schon thermischen Schaden nahmen, noch bevor der Stahl warm genug war. Diese Möglichkeit musste also abgestellt werden. Bestätigt wurde ich noch durch das Wälzen meines Tabellenbuches, welches offenbarte, dass Stahl einen eher schlechten Wärmeleitwert hat. Ok, learning by doing. Mal wieder. Ich hätte es eigentlich wissen müssen, aber wenn man im Blutrausch loslegt, übersieht man das Wesentliche viel zu schnell.

Nachdem also nur eine Möglichkeit bleibt, habe ich mir verschiedene SMD-Leistungswiderstände angesehen. Durch die Verwendung dieser Bauteile generiere ich auch noch den Vorteil, dass sich die gesamte Heizleistung viel präziser steuern lässt, denn Heizkartuschen sind bauartbedingt relativ verzögert. Ich suchte also nach Widerständen, die mir durch ihre Geometrie eine hohe Wärmeabgabe an das Aluminiumkern-PCB boten, gleichzeitig aber auch keine hohen Widerstandswerte haben. Die Wahl fiel nach dem Durchforsten von Mouser auf Leistungswiderstände in Dickfilm-Ausführung in einem DPAK-Package.

Diese Bauform ermöglicht durch das große Schild auf der Rückseite einen optimalen, gelöteten Wärmeübergang, genau wie bei einer verlöteten CPU. Nach dem Berechnen der Schaltung und des Gesamtwiderstandes war dann das PCB-Layouting an der Reihe.

Es ist im (Heiz)Kern eigentlich ganz einfach: Die Widerstände werden parallelgeschaltet und es gibt eine Minusseite und eine Plusseite. Der Strom, der dann durch die Spannung durch die Widerstände fließt, generiert genug Hitze, um das Alukern-PCB schnell und sicher aufzuheizen. Die Herausforderung bei diesem Layout besteht darin, dass die Kupferflächen einerseits groß genug sein müssen, um dem Strom auszuhalten, auf der anderen Seite darf es durch die Alucore-Bauweise keinen zweiten Layer (Bottom) geben. Als dieses Problem dann abgefrühstückt war, ging es direkt in die Produktion und ich hatte ein bisschen Zeit, mich um die Steuerungsplatine zu kümmern.

 

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RedF

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3,058 Kommentare 1,372 Likes

Danke für die einblicke in das Projekt.

Jetzt kann ich erste messungen kaum abwarten : )

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ipat66

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Freue mich auch schon auf die Ergebnisse.
Geiles Projekt !!!
Danke Igor,danke Bernhard.

Eine Frage kam mir aber in den Sinn,als ich das Photo des fertig montierten TDP-Simulator sah.

Wie lange wird die (scheinbare) Obergrenze von 240 W ausreichen?
Der immer größer werdende Energiehunger von CPU und GPU ist ja, gelinde gesagt, extrem.

Auf der anderen Seite,bleibt ja anscheinend noch Platz für ca. 3 weitere Dioden rechts von 240 W...:)

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Igor Wallossek

Format©

7,606 Kommentare 12,708 Likes

Für das, was ich hier testen werde, reicht das mehr als aus. Denn selbst GDDR6X hat ja nur 3 Watt pro Modul und CPUs liegen unter 200 Watt. Und es ist ja erst einmal mehr nur der Prototyp. Das lässt sich später noch erweitern.

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Deridex

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2,018 Kommentare 730 Likes

Schönes Projekt. Ich denke damit lässt sich zumindest feststellen wie es um die allgemeine Wärmeabfuhr steht. Jedoch denke ich, dass das den Test auf der CPU/GPU nicht ersetzen kann.

Ein paar Details sind mir beim In-der-Mittagspause-kurz-überfliegen aufgefallen:
- Das EDA Tool sieht mir stark nach Eagle aus. Verwendest du das wirklich auch für 8Layer?
- Ich glaube die Pins beim Footprint der Mosfets sind zu weit auseinander. Wenn es um den Abstand geht, rate ich dazu, die Pins auf der dünneren Seite des Materials (sind normalerweise rechtwinklig und nicht quadratisch) zu biegen.
- Habt ihr einen Lüfter im Gehäuse? Fals nicht würde ich dringend dazu raten.

Edit: Punkt gestrichen und etwas ergänzt

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ipat66

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654 Kommentare 553 Likes

Im Gehäuse sind keine...
Rechts und links am Gehäuse aber schon ( 2x80er Lüfter )....:)
Sieht man auf dem letzten Bild und bei der Beschreibung der Inbetriebnahme.

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D
Deridex

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2,018 Kommentare 730 Likes

Ops, habe ich übersehen :)

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ELITKon GmbH

Hersteller-Account

27 Kommentare 37 Likes

Yep, da hast du recht. Ich mache öfter mal viele Layer mit EAGLE aber ab 6 wirds unschön :) Die Vias für die MOSFETs sind tatsächlich 5,08 mm Rastermaß und nicht 2,54, wie es sich für TO220 eignentlich gehört. Das habe ich in diesem Fall aber so machen müssen, da die Traces zu dick waren und ich keinen Aufpreis für das PCB für doppelte oder dreifache Kupferlage bezahlen wollte.

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T
Tombal

Mitglied

94 Kommentare 21 Likes

Ganz schön mutig, die beiden Open-Frame-Netzteile einfach so parallel zu schalten. Wie soll den so eine gleichmässige Lastverteilung erreicht werden? Ist die Spannung des einen Netzteils nur einige Millivolt höher, als die des anderen, dann übernimmt es die komplette Last. Bei vielleicht 180W wird es dann Überlast erkennen und sich abschalten, dann übernimmt Netzteil #2 und schaltet sich wenige Millisekunden später auch ab. Nummer #1 ist inzwischen wieder gestartet und die ganze Schaltung schwingt wie verrückt.

Die Schaltung würde ich daher so abändern, dass jedes Netzteil getrennt jeweils die Hälfte der Lastwiderstände betreibt. Und ich habe gesehen, dass beide Netzteile direkt übereinander montiert sind - da wird sich das untere nicht besonders wohl fühlen und sich rasch aufheizen.

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ELITKon GmbH

Hersteller-Account

27 Kommentare 37 Likes

Die Netzteile wurden natürlich vorher aufs Zehntel Millivolt genau eingestellt mit geeichtem Multimeter. Schwingen kommt nicht vor, da die Netzteile für mehrfachen Parallelbetrieb ausgelegt sind realisiert wird das durch einen Komparator. Die Netzteile werden nicht wärmer als 35 Grad oben und 45 Grad unten bei Zimmertemperatur wenn die Lüfter laufen.

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jahtari

Veteran

205 Kommentare 74 Likes

Für mich als ausgebildeten Informationselektroniker und Industriemechaniker ziemlich spannend und auch direkt zu Beginn schon amüsant:

Passiert Dir bestimmt kein zweites mal. Ich wette, beim nächsten Projekt wandert das Gehäuse unlackiert beim Schlosser. :p

So und jetzt les ich erstmal weiter. ;)

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G
Guest

Ja, sehr interessant, danke an Bernhard und Igor. Als alter Metaller (jo, auch handwerklich ;)) fand ich die Umsetzung auch sehr angemessen. Auch wenn man die Stellen dann nach dem Einbau der Displays nicht mehr sieht, aber so pingelig, wie ich da bin, wäre ich wohl nochmal sauber drüber gegangen.
Mir geht es da wohl entgegengesetzt zum Autor, da ich mich mit der Arbeit mit Metall immer wohler gefühlt habe. Elektrotechnik habe ich wegen meinem Techniker zum Glück nur marginal machen müssen. Und auch da: auch wenn ich liebend gerne an PC´s rumbastle, was ja letztendlich auch in dieser Richtung ist, kann ich mich für die Feinheiten dahinter nicht so begeistern. Deswegen sind dann auch viele Begriffe nicht so geläufig.
Aber Geschmäcker und Vorlieben sind ja zum Glück verschieden.
Und das Lesen des Artikels hat wirklich Spaß gemacht, auch wenn ich nicht alles gleich verstanden habe. Aber Igor wird das restliche dann mit seinen Tests erledigen, da muss ich mir keinen Kopf machen.
Bin auch schon auf ersten Messungen gespannt.

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D
Deridex

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2,018 Kommentare 730 Likes

Hm, wenn ich so drüber nachdenke, habe ich auch Zweifel bei den Netzteilen. Ich habe bei Meanwell (glaube solche Netzteile sind es oder?) keine Info darüber gesehen, ob die für den Parallelbetrieb geeignet sind.

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k
kermit_nc

Mitglied

48 Kommentare 17 Likes

Ich habe in meiner Firma mal was ähnliches zusammengestellt, nur durfte ich mich nicht so austoben sondern musste auf fertige Dinge zurückgreifen. Die Quelle war da ein EA-PS9040-20T das über die EA Control SW gesteuert wurde. Mit 1200EUR nicht ganz billig aber sehr gut ausgestattet.

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S
SnailSoft

Neuling

7 Kommentare 5 Likes

Ja wenn das so ist...
Ich tue mich auch schwer damit Schaltnetzteile einfach parallel zu betreiben, nach schnellem googlen wurde wenigstens empfohlen identische Netzteile erst an der Last zusammen zu schalten und auch nicht übereinander zu verbauen, wegen den unterschiedlichen Temperaturen und den daraus resultierenden Abweichungen innerhalb der Netzteile...
Es soll spezielle Netzteile mit Load-Balancing geben, die haben dann aber auch weitere Messleitungen dafür, das hier sieht nach Meanwell aus,
ich verbaue die auch gerne selber, aber dieser Parallelbetrieb ist mir auch höchstgradig suspekt.

Und da 2 Netzteile in der Regel teurer sind als eines erschließt mir der Sinn nicht ganz:

Leistungsklassen mäßig ist man ja auch noch lange nicht am Ende.
Von der Herstellergarantie mal ganz abgesehen...

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N
Name

Mitglied

19 Kommentare 5 Likes

Interessanter Artikel und immer toll wenn man auch die Hintergründe zu den Messeaufbauten erklärt bekommt.
Nur stellt sich mir jetzt eine Frage:
Wie vergleichbar sind diese Test dann mit einem Test der auf der auf einer CPU durchgeführt wurde? Bzw würde eine CPU die 200W "ausspuckt" aber bestimmte Hotspots hat und auch bestimmte Unebenheiten auf dem Heatspreader hat (z.B.: Konkav, Konvex) auf den jeweiligen Kühlern nicht eventuell ein anders Ergebnis bringen als auf dem TDP Simulator?
Falls ich hier Grundlegendes nicht verstanden habe wär es nett wenn mir das jemand näher bringen kann.

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About the author

Bernhard Baumgartner

Bernhard ist langjähriger Hardwareentwickler in der Optoelektronik, der gern mal aus dem Nähkästchen spricht und mit seinem Start-Up CrankzWare einen plattform- und herstellerunabhängigen RGB-, Fan- und Pumpencontroller namens RainPOW entwickelt hat und vertreibt.

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