Alimentations ATX 2009
Cooler Master Silent Pro

Autrefois connu principalement pour ses solutions de refroidissement ainsi que pour ses innombrables boitiers, Cooler Master se diversifie et ambitionne de conquérir d’autres marchés comme celui des alimentations. Après la gamme « Real Power », dont le succès commercial est resté assez moyen, le fabricant annonce une nouvelle série d’alimentations baptisées « Silent Pro ».

Pour résumer en quelques lignes, la gamme Silent Pro est continuée de trois déclinaisons dotées de puissances différentes : 500, 600 et 700 Watts. Elles se caractérisent principalement par un ventilateur silencieux de 135mm, censé justifier leurs noms, ainsi que de câbles modulaires plats très similaires à ceux que l’on trouve déjà sur la gamme HX de Corsair. Outre ces caractéristiques, les Silent Pro sont dotées de tout l’arsenal que l’on est en droit d’attendre d’une alimentation bien née : PFC actif, efficacité supérieure à 80%, nombreux connecteurs et composants de qualité.

Le prix est d’ailleurs à la mesure de ces ambitions puisque les modèles 500, 600 et 700 Watts sont annoncées à 89, 99 et 115€, respectivement, soit quasiment les tarifs demandés par les ténors du genre comme Seasonic. Pour cet article, nous allons tester le modèle 500 Watts, largement suffisant pour 99% des besoins actuels. En un mot : procédons.

• Caractéristiques

La Silent Pro 500 Watts de Cooler Master est fournie avec un guide montage, un jeu de vis et un câble secteur, mais aussi avec deux joints en silicone destinés à réduire les vibrations. Ceux-ci se placent entre la tour et le bloc d’alimentation. On trouve également un large ensemble de câbles modulaires que nous détaillerons un peu plus loin. Voyons ce bloc d’un peu plus prés :

 

La première chose que l’on remarque sur la Silent Pro, c’est son imposant ventilateur de 135 mm. Celui-ci est un modèle DFS132512M de Young Lin Tech, censé produire de très faibles nuisances sonores. L’air est expulsé par une grille plein largeur en forme de nid d’abeille, afin de maximiser la dissipation thermique. Plus en détail, le « look » de cette alimentation est quasi-strictement identique à celui des produits Nesteq qu’on peut trouver outre-rhin, et particulièrement à la gamme modulaire EECS. A première vue, il parait très probable que ces blocs soient fabriqués par Enhance. A noter que, suite à des problèmes de brevets, les Silent Pro vendues aux États-Unis sont dépourvues des connecteurs modulaires. Jetons un œil sur l’étiquette pour connaitre la répartition en puissance.

 

Nous considérons généralement que la véritable puissance totale d’une alimentation corresponds à la puissance disponible sur le rail +12V augmentée de 20%, car environ 80% de la puissance totale consommée par un PC récent l’est sur le rail +12V. Dans le cas, de la Silent pro, on obtient (12*34) + 20%, soit 490 Watts. On est donc très proche des 500 Watts annoncés. Côté répartition, Cooler Master a choisi une unique ligne +12V pouvant fournir 34A au lieu des +12V1 et +12V2, chacune limitée à 20A, normalement spécifiée par la norme ATX. Toutefois, comme nous l’avons déjà dit, cette limitation est en passe d’être abandonnée car elle ne permet pas le fonctionnement correct des composants nécessitant un très fort courant, comme les cartes graphiques en mode SLI. En conséquence, le choix de Cooler Master pour la Silent Pro est donc tout à fait correct.

Les rails +3.3V et +5V, quant à eux, peuvent fournir 20A chacun avec un maximum cumulé de 145 Watts. Coté +5VSB, l’alimentation délivre les 2.5A réglementaires. Rien à dire donc de ce côté. Enfin, Cooler Master spécifie une tension d’entrée comprise entre 100 et 240 VAC, preuve que le bloc contient bien un mécanisme PFC actif comme indiqué un peu plus haut, sur l’étiquette. Poursuivons avec les connecteurs modulaires. Ceux-ci se présentent sous la forme de cable en nappe, plats :

 

Type	Nombre	Type	Nombre
	ATX 20/24 x1 50 cm		Molex x5 45/60/80 cm
	ATX/EPS 12V x2 55 cm		S-ATA x6 45/60/80 cm
	PCIe 2.0 x2 55 cm		Floppy x1 80 cm

 

Bon point pour les deux connecteurs PCI Express compatibles 1.0 et 2.0 (soit 6 et 8 broches), par contre, les 5 Molex peuvent paraitre peu pour certains utilisateurs : il s’agit tout de même d’une alimentation de 500 Watts.

 

• Fonctionnement Interne

Holly Pipe. Voyons le fonctionnement interne du bloc. Cooler Master parle sur l’étiquette du produit de « Japanese-Made Capacitor » ainsi que d’une efficacité minimum et moyenne de respectivement 80% et 85%. Un autre point mis en avant est la présence d’un dissipateur cuivre + aluminium afin de garantir une meilleure dissipation thermique afin de limiter la vitesse de rotation du ventilateur, thermo-régulé. Les entrailles de la bête laissent apparaitre un montage peu courant :

 

A priori, mauvais début : les deux premiers condensateurs (2) ainsi qu’une résistance de purge (1) sont soudés directement sur le connecteur IEC d’entrée. Un montage pas très « propre » d’un point de vue esthétique. On aurait préféré que ces composants soient présent directement sur le PCB. Toutefois, par manque de place sur ce dernier, mieux faut qu’ils soient « flottants » comme ici qu’ils n’aient été purement et simplement supprimé. On trouve aussi un noyau de ferrite autour duquel est entouré le câble d’alimentation (3) pour faire office de self. Une fois sur le PCB principal, le 230V secteur passe par un fusible de 5A (4), la valeur écrite à proximité immédiate et qui correspond à une alimentation de 500 Watts (contre 8A pour 600/700 Watts). Sur la troisième photo, on voit les imposants composants de filtrage des EMI (5). On y trouve deux grosses inductances (chez Cooler-Master, on aime bien les grosses selfs) ainsi que les condensateurs « Y » et « X » associés. Autre montage étrange et peu orthodoxe : le condensateur « X » situé entre les deux selfs, impossibles à caser par manque de place à cet endroit, à été déporté au dessus de l’inductance principale. Pas franchement idéal d’un point de vue thermique puisque le radiateur des transistors de découpage et du pont redresseur chauffe directement le condensateur.

 

 

Le pont redresseur, tout comme les transistors de découpages, sont vissés à une plaque de cuivre qui fait l’interface thermique entre le composant et l’imposant radiateur en aluminium afin d’augmenter la dissipation de chaleur (8). Courant et tension sont ensuite stockés dans une autre imposante self (6). Ainsi que dans deux condensateurs 180 µF/450V spécifiés à 105°C de chez Nippon-Chemicon (7). Nous avons mesuré la capacité réelle de ces deux condensateurs à 185 µF et 205 µF, soit une capacité d’entrée d’environ 395 µF, les deux étant montés en parallèle. Ces deux composants fournissent l’énergie aux transistors de découpage que l’on voit sur la photo suivante.
Dédié au PFC (9), on trouve tout d’abord deux P14NK502 de ST Microelectronics, des MOSFETs 500V spécifiés à 48A en mode pulsé ainsi qu’une diode rapide BYC8-600 de NXP destinée à réduire les pertes des transistors associés. Pour la commutation en elle-même, le fabricant à choisi deux MOSFET W20NM50 de ST en boitier TO-247 (10). Ceux-ci sont capables de supporter un courant pulsé jusqu'à 80A à une tension de 500 Volts. Découpage et PFC sont gérés par un composant CMS soudé au dos du PCB, un CM6806A de Champion Microelectronics (11). Au point intéressant à noter mais malheureusement impossible à prendre correctement en photo : la présence d’un composant CoolSET-F3 (ICE3A0365) d’Infineon. Celui-ci est conçu pour réduire au maximum les pertes lorsque l’alimentation est un mode Standby et ne délivre donc que du +5VSB. Un point particulièrement intéressant puisqu’à ce jour, aucune des alimentations testées n’est parvenue à atteindre le seuil très haut d’efficacité spécifié par la norme ATX 2.3 en mode veille.

 

 

Passons sur le transformateur puisqu’il ne serait pas utile de mentionner qu’il vient de DongGuan Qingxi Hansheng Electronics. Côté DC, on retrouve un ultra-classique PS223 (12) chargé du monitoring courant/tension/température ainsi que de la gestion des signaux PWR_OK et PS_ON. Rien à dire concernant les condensateurs de sorties (13), si ce n’est que, contrairement à ce que laisse penser l’étiquette, ceux-ci proviennent de Su’scon et de Teapo, deux fabricants taïwanais et non pas japonais. Reste que ces condensateurs, spécifiés à 105°C semblent de bonne qualité et ont tous été mesurés à leurs capacités nominales.

Revenons maintenant aux diodes Schottky qui régulent (OK, qui redressent) le courant de sortie du transformateur. Comme d’habitude, le +3.3V et le +5V sont issus du même enroulement. On trouve ensuite quatre barrière Schottky de ST Microelectronics en rang d’oignons. Un STPS60L45CW pour le +3.3V (14), un STPS40L45CW pour le +5V (15) et deux STPS30L60CW pour le +12V (16). Ces composants sont capables de supporter un courant maximum de 60A, 40A et 2*30A, respectivement. On a donc une très large marge de manœuvre. A noter que le PCB est prévu pour deux STPS30L60CW supplémentaire de l’autre côté du dissipateur, ce qui permet de porter la capacité à 4*30A sur le rail +12V avec le modèle Silent Pro de 700 Watts.

Enfin, les différentes tensions sont déportées sur un PCB secondaire (17) équipé des connecteurs modulaires. On voit d’ailleurs nettement l’emplacement pour deux connecteurs supplémentaires, non soudés sur la version 500 Watts. Un mot sur le câblage. Ce PCB est relié au PCB principal par 3 câbles pour le +12V, 2 câbles pour le +5V, 2 câbles pour le +3.3V et 4 câbles pour la masse. On aurait préféré un ou deux câbles de plus. Pourquoi ? Parce que c’est câbles sont de type AWG16 et que le diamètre du conducteur ne permet pas de transporter plus de 10A par câble. En conséquence, la totalité des connecteurs modulaires ne pourront accueillir plus d’un certain nombre de Watts sans provoquer un échauffement trop important de ces câbles. Nous avons ainsi calculé qu’avec 10A sur le +3.3, 7A sur le +5V et 23A sur le +12V, soit 350 Watts, la capacité maximale était atteinte. Tout juste suffisant pour une alimentation de 500 Watts.

 

• Tests : AC & Efficacité

Il est temps de commencer les tests pratiques avec quelques mesures effectué côté secteur. Nous avons analysé l’efficacité du mécanisme de correction du PF et mesuré les courants harmoniques produits par l’alimentation :

 

Pas de problème concernant le Power Factor, qui se situe toujours au dessus de 0.9 et qui atteint les 0.99 promis en pleine charge. La forme du courant drainé est quasiment sinusoïdale, mais tout de même pas aussi lisse que sur une alimentation comme la Corsair HX que nous avons testé récemment. En conséquence, les harmoniques de rang 5 à 11 sont deux fois plus élevés. Ceci n’a toujours pas beaucoup de conséquences puisqu’on reste ici très largement en dessous du maximum admis par la norme IEC61000-3-2. Voyons maintenant l’efficacité de la Silent Pro :

 

 

L’efficacité offerte par ce modèle de Cooler Master est dans la moyenne de celui des alimentations haut de gamme : nettement plus de 80%, avec une pointe légèrement au dessus des 85%. Mais le plus remarquable ici reste le travail effectué sur le mode veille. La Silent Pro est en fait la première alimentation testée à respecter entièrement les spécifications draconiennes instaurées par la norme ATX 2.3 sur l’efficacité du rail +5VSB. Ainsi, avec 100 mA consommés sur ce dernier, on arrive à moins d’un Watt sur les 230V du secteur. A 2.5 ampères, la Silent Pro continue d’offrir un excellent rendement de plus de 73%. Du beau travail.

 

• Tests : Qualité du courant continu

Nous avons ensuite mesuré le ripple (micro-oscillation de la tension) sur les différents rails avec différences charges (20% et 100%), en commençant par le +12V et le +5V :

Ripple +12V / 100%

Ripple +5V / 100%

 

Côté +12V, aucun problème : avec 13 mV à 20% de la capacité et 41 mV en pleine charge, les résultats obtenus par la Silent Pro sont comparables aux autres alimentations haut de gamme. Sur le +5V, bien que le Ripple soit lui aussi très faible à 20% (10 mV), il augmente brutalement à pleine charge, pour arriver à 33 mV. Certes, on est encore en dessous de la norme (50 mV max), mais les meilleurs concurrents ne dépassent pas les 10 mV ! Mais le principal problème se situe sur le rail +3.3V, comme on peut le voir sur ces deux captures, prises avec une base de temps de 2.50 ms, puis de 5 µs :

 

Ripple +3.3V / 100%

Ripple +3.3V / 100%

 

Avec 52 mV en moyenne alors que tous les concurrents sont sous les 10 mV, on crève les plafonds, a tel point qu’on dépasse même de peu le maximum autorisé par la norme ATX 2.3. En analysant le signal, on constate que c’est un pic négatif qui entraine ce fort Ripple. En supprimant ce pic de la mesure, on obtient moins de 20 mV de bruit. Or, ce pic est issu d’un signal visiblement doté d’une période de 10 µs, correspondant à une fréquence de 100 KHz, la même que celle utilisée par le découpage des transistors. C’est donc probablement la commutation des transistors qui provoque ce Ripple et qui aurait normalement du être supprimé par un jeu d’inductances et de condensateurs. On peut donc penser à un problème de dimensionnement des composants sur le rail +3.3V. Franchement dommage.

Normalement, c’est ici que nous commençons à vous parler des transient obtenues en faisant varier très rapidement le courant. Mais ici, rien à redire : la Silent Pro ne produit qu’une variation de tension négligeable lors des brusques changements de courant, à la hausse comme à la baisse. Nous avons donc choisi de vous parler d’un autre point, le ramp time, ou temps de démarrage. En effet, parmi la centaine de tests effectués sur chaque alimentation, seuls les plus significatifs ou sortant de la norme sont mis en avant. Lorsqu’une alimentation démarre, c'est-à-dire entre le moment ou la ligne PWR_ON est activée (quand l’utilisateur appuie sur le bouton) et celui ou le signal PWR_OK passe à l’état haut (qui signifie que toutes les tensions sont à leurs valeurs nominales), une procédure très stricte doit être respectées. Par exemple, la tension sur tous les rails doivent passer de 10% à 90% de leurs tensions finales en moins de 20 ms. Généralement, ceci est fait en environ 5 ms sur toutes les alimentations récentes. Sur la Silent Pro, le processus prends tout de même 16 ms, ce qui est plutôt inhabituel.

+5V Ramp Time

Mais surtout, la norme spécifie que la pente doit absolument rester croissante sur toute la durée de la montée. Or, on constate sur la capture ci-contre que celle-ci prends une pente négative pendant environ 1 ms avant de remonter. Pas très grave, mais hors-norme. Bon Ok, on chipotte.

 

• Tests : Protections et Résistance

Passons maintenant aux tests de CrossLoad. Ceux-ci consistent à appliquer une forte charge sur l’un des rails et, simultanément, une charge très faible sur un autre rail. En effet, due à la régulation croisée, les alimentations ont souvent du mal à gérer ce type de configuration. Avec la Silent Pro, les résultats ne sont pas très bons : si elle accepte de démarrer sans problème avec 20A sur le rail +12V seul, impossible de booter à moins de 2A uniquement sur le +5V. Quant au 3.3V, on descend même à ... 150 mA maximum ! Lors des autres tests, nous avons constaté qu’une charge de 5A sur le +3.3V rendait impossible le démarrage de l’alimentation si au moins 150 mA n’était pas présent sur le rail +12V. Et même en montant à un ampère sur le +12V, les tensions restent très élevées (12.687V). Je réalise que tout ceci n’est pas très clair. Un petit schéma permettra probablement de clarifier tout ceci :

 

 

La norme ATX 2.3 spécifie qu’une alimentation doit démarrer avec une charge présente sur un seul rail. Dans le cas présent, la Silent Pro ne boote pas avec 5A sur le 3.3V tant qu’au moins 150 mA n’est pas consommé sur le +12V. Ensuite, cette même norme ATX spécifie une tension minimale de 600 mA sur le +12V, au delà de laquelle toutes les autres tensions doivent atteindront leurs tolérances nominales. En résumé : une alimentation doit booter avec une charge de 5A sur le +3.3V, même si dans ce cas, le +12V approche les 14 Volts et que le 3.3V est proche de 2.6V. Par contre, dés que la charge sur le rail +12 atteint 600 mA, toutes les tensions doivent être dans leurs plages de fonctionnement normal de +/- 5%. Sur la Silent Pro, on voit clairement sur le graphique que même avec 1A sur le +12V, les tensions sont toujours hors-tolérances (12.68V pour 12.6V maximum). Avec 500 mA, on approche même les 13 Volts !

Poursuivons. Un œil sur mon pantagruélique tableau Excel me signale que la Silent Pro s’accommode sans problème d’une tension d’entrée comprise entre 78VAC et 270VAC avec une régularité sans failles sur tous les rails. Nous avons ensuite effectué les tests de résistances aux microcoupures. Voici les résultats à pleine charge (500 Watts) et à 300 Watts :

Résistance aux micro-coupures (500 Watts)

Résistance aux micro-coupures (300 Watts)

 

Rien à redire : les 16 ms minimum sont atteintes sans problème quelque soit la charge. Avec 32 ms de tenue après coupure sous 300 Watts, on arrive presque aux résultats de la Corsair HX 620 Watts. Sans nul doute, les deux condensateurs japonais remplissent correctement leur tâche.

Enfin, terminons par ce qui est probablement le point le plus gênant de l’alimentation. Nous avons constatés lors des tests de surintensité et de courts-circuits une anomalie avec le rail 3.3V (encore lui !). En effet, alors que l’alimentation se met immédiatement en sécurité lors d’un court-circuit franc sur les rails +12V et +5V, elle continue à délivrer le courant de 36A lorsque le rail +3.3V est shunté par un câble, entrainant bien sur une montée en température du conducteur et la fonte de l’isolant. Inadmissible sur une alimentation présentée comme haut de gamme. Nous avons donc contacté Cooler Master pour en savoir plus. Après de longues discussions, il s’avère que les sécurités du bloc ont été pensées à l’origine pour permettre une pointe temporaire jusqu'à 38A sur le +3.3V et une mise en sécurité directe en cas de dépassement prolongé des 20A nominaux sur ce rail. Or, visiblement suite à un défaut de fabrication, le PS223 qui gère ces protections est actuellement configuré pour couper l’alimentation uniquement lorsque 38A sont atteint de manière constante.

Tests refaits avec un câble de forte section (6 mm²), on constate que l’alimentation se met bien en sécurité lors d’un court-circuit franc sur le rail +3.3V. Hélas, avec les câbles de section 1/1.2 mm² présents sur le bloc (qui ne génèrent pas un courant de court-circuit supérieur à 35A à cause de leur résistance), un court-circuit entraine la fonte de l’isolant. Cooler Master nous a indiqué travailler à la correction rapide de ce problème.

Enfin, nous avons testé si ce bloc contenait du plomb, interdit depuis la norme RoHS de 2006 :

 

Aucune trace de rose/rouge sur le pinceau : l'alimentation est bien exempt de plomb.

 

• Conclusion

Le moins que l’on puisse dire, c’est que le test de cette Silent Pro 500 Watts nous a réservé beaucoup de surprises. Malheureusement pour Cooler Master, la plupart d’entre elles sont mauvaises et c’est bien dommage. Dommage parce qu’en étudiant en détail la construction interne de cette alimentation, les bonnes intensions et l’envie de bien faire saute aux yeux : les composants sont de qualités, souvent largement dimensionnés, parfois en surnombre, et un soin particulier est apporté à certains détails délaissés par les concurrents (fabricants haut-de-gamme comme Corsair et Seasonic inclus).

Commençons d’abord par parler du positif. La gamme Silent Pro porte bien son nom. Lors de nos tests, y compris à pleine charge, nous avons constaté que le ventilateur de 135mm était d’un silence quasi-absolu : totalement inaudible jusqu’à 350 Watts et produisant un léger bruit à 10 cm en pleine charge. Dans une tour fermée, il se fera donc complètement oublier. Ensuite, le courant issu du rail +12V, de loin le plus utilisé est excellent, autant en termes de stabilité que de filtrage. Et enfin, la Silent Pro est la première alimentation de nos tests à atteindre le rendement idéal en mode veille. Nous avons pu constater que Cooler Master a travaillé dans ce sens en ajoutant un certains nombre de composants pour parvenir à ce résultat.

Dans le négatif, les deux points qui nous paraissent absolument impardonnable sont le Ripple sur le rail +3.3V et surtout, l’absence (ou plutôt la mauvaise implémentation) de protection contre les courts-circuits sur ce même rail. Ces deux points disqualifient directement à nos yeux la Silent Pro, car à ce prix - 90€, rappelons-le -, c’est inacceptable. Surtout que l’on pourrait encore rajouter d’autres points de détail comme le mauvais comportement des tensions aux démarrages ou les problèmes de crossload.

Pour conclure, on peut dire que pour ce qui est de réaliser un très bon bloc d’alimentation, Cooler Master est parvenu à remplir 90% de l’objectif avec la Silent Pro. Reste que certains concurrents parviennent à faire mieux pour le même prix et que ce bloc n’a à opposer qu’une nuisance sonore un peu plus faible. Cela risque de ne pas suffire.