CORSAIR ThermalProtect - Technisch overzicht

Als je 12V-2x6-kabel te warm wordt – meestal omdat de stekker niet goed in de GPU is gestoken – detecteert ThermalProtect dit en geeft het de GPU het signaal om het vermogen terug te schroeven voordat er iets oververhit raakt. Dit gebeurt via een kleine thermische schakelaar die rechtstreeks in de kabelklem is ingebouwd, op 30 mm afstand van de GPU-aansluiting. Er is geen software nodig, er zijn geen firmware-updates vereist en er zijn geen speciale vereisten voor de voeding, behalve dat deze over een standaard 12V-2x6-poort moet beschikken.

Dat is de samenvatting. Als je wilt begrijpen waarom het probleem zich voordoet, hoe de oplossing op fysisch niveau precies werkt en wat er stap voor stap gebeurt als het systeem vastloopt, lees dan verder.

Jarenlang moest je voor het aansluiten van een high-end GPU twee, soms zelfs drie 8-pins PCIe-kabels gebruiken. Elektrisch gezien werkte dat prima – door de stroombelasting over meerdere aansluitingen te verdelen, wordt voorkomen dat één enkele aansluiting overbelast raakt. Maar vanuit praktisch oogpunt was het een rommeltje. Meer kabels betekenden meer rommel, een slechtere luchtstroom en meer kabels die je in de behuizing moest wegwerken en beheren.

PCI-SIG, de brancheorganisatie die de PCIe-standaarden vaststelt, heeft dit opgelost met 12VHPWR: één connector met hoge dichtheid die via 12 voedingspinnen een vermogen tot 600 W aankan. Eén kabel naar de GPU, netjes en klaar. Op papier een duidelijke verbetering.

Toen begonnen de meldingen binnen te komen. Een klein maar niet te negeren aantal 12VHPWR-connectoren raakte oververhit – het plastic smolt, de pinnen waren verschroeid en in sommige gevallen gingen ook de voedingsconnectoren van de GPU mee ten onder.

Het probleem komt voort uit een ontwerptolerantie in de originele 12VHPWR-connector, waardoor de detectiepinnen contact maken voordat de voedingspinnen volledig zijn vastgeklikt, waardoor het systeem ook bij gedeeltelijke aansluiting kan opstarten. Dit betekent dat een kabel die eruitziet alsof hij is aangesloten en door de GPU als aangesloten wordt herkend, toch voedingspinnen kan hebben die slechts gedeeltelijk in hun aansluitingen zitten. Gedeeltelijk contact betekent een hogere weerstand bij elke pin. Een hogere weerstand bij het soort stroom dat deze kabels voeren (we hebben het over 50 ampère over de connector bij 600 W / 12 V) genereert warmte door eenvoudige Joule-verwarming: P = I² × R. Dit is een kleine toename in weerstand, maar de stroom wordt gekwadrateerd. De warmte stapelt zich snel op, en precies bij de pin.

Die ene wijziging heeft de maas in de wet rond gedeeltelijke aansluiting gedicht. Nu moet de connector volledig zijn aangesloten, waarbij de voedingspinnen goed vastzitten, voordat de detectiepinnen contact maken. Als de detectiepinnen geen contact maken, werkt de GPU niet naar behoren. Het mechanische ontwerp zorgt er nu voor wat vanaf het begin al had moeten worden gegarandeerd.

De ThermalProtect-kabel van CORSAIR gaat nog een stap verder met grijze stekkers die een kleurcode hebben, zodat je visueel kunt controleren of de kabel helemaal is ingestoken: als je grijs ziet, zit hij er nog niet helemaal in. Als er geen grijs te zien is, zit hij goed.

Het vernieuwde mechanische ontwerp is een echte verbetering. Maar het is geen volledige oplossing, omdat de aansluitingen niet voor altijd goed vast blijven zitten.

Kabelspanning door de kabelgeleiding, trillingen, het gewicht van een stijve kabel die aan de connector trekt, herhaaldelijk in- en uitpluggen in de loop van de tijd – al deze factoren kunnen ervoor zorgen dat een connector geleidelijk losraakt. Een connector die bij de eerste installatie van je systeem nog perfect vastklikte, kan zes maanden later een slecht contact vertonen zonder dat daar zichtbare tekenen van zijn. De fysische principes achter de opwarming door slecht contact zijn identiek, of de connector nu nooit volledig is ingestoken of achteraf los is geraakt.

Zonder de mogelijkheid om tijdens het gebruik te controleren wat er daadwerkelijk bij de connector gebeurt, is er geen waarschuwing voordat er iets misgaat. Dat is precies de leemte die ThermalProtect moet opvullen.

De meest elegante oplossingen maken gebruik van bestaande infrastructuur in plaats van nieuwe complexiteit toe te voegen. ThermalProtect is gebaseerd op een eenvoudige constatering: als de pinnen van de connector warmte genereren, zal die warmte zich via de koperdraden waaraan de pinnen zijn gekrimpte, door de kabel verspreiden, weg van de connector.

Koper is een uitstekende warmtegeleider. Daarom wordt koper gebruikt in warmteverspreiders en warmtepijpen. Het geleidt warmte-energie efficiënt over de gehele lengte. Dezelfde eigenschap die koper ideaal maakt voor het geleiden van stroom, zorgt er ook voor dat de draden een natuurlijke warmtegeleider vormen van de connector naar elk punt langs de kabel. ThermalProtect plaatst een thermische schakelaar in direct contact met die draden in de kabelkam, op 30 mm afstand van de GPU-connector, en laat de draden zelf de temperatuur meten.

Tijdens de ontwikkeling werden temperatuursensoren bevestigd aan de aansluitingen in de connector om de temperatuur daarvan te meten en een geschikte waarde voor de thermische schakelaar te bepalen.

De PVC-mantel rondom elke draad is een uitstekende elektrische en thermische isolator. Dit geldt met name in vergelijking met het koper dat zich daarbinnen bevindt. Door dit verschil fungeert de isolatie als een effectieve warmtebarrière, waardoor het radiale warmteverlies van de koperen geleiders naar de omgeving wordt beperkt. Daarom is het meten van temperaturen met een IR-thermometer niet zinvol. Doordat de convectieve en stralingsverliezen binnen de perken worden gehouden, blijft het temperatuurverschil (ΔT) over de koperdraden beter behouden, waardoor de warmte die bij de 12V-2x6-connector wordt geproduceerd, in lengterichting door het koper kan reizen en vrijwel intact de plek bereikt waar we deze meten (de kam, 30 mm verderop). De uitschakeltemperatuur van 65 °C is gekozen met dat temperatuurverschil in gedachten: een waarde van 65 °C bij de kam komt overeen met een aansluiting die aanzienlijk warmer is, en de drempel van 65 °C is gevalideerd als een toestand die daadwerkelijk ingrijpen vereist.

Elke kabel wordt met de hand samengesteld. Op de bovenstaande foto’s worden links de twee sensordraden aan de bimetaalschakelaar gekrimp. Rechts zien we de schakelaar met de twee sensordraden en de aftakkingen die door de kabelisolatie heen steken en de schakelaar verbinden met de aardingsdraden van de 12V-2x6-kabel.

De ThermalProtect-module die in de kabelkam is ingebouwd, bestaat uit vijf onderdelen:

Kam

3: Bovenklep: Houdt alles bij elkaar en beschermt de schakelaar tegen verstoring door handelingen of het buigen van de kabel.

4: Middenframe: Plaatst en houdt de met koper beklede schakelaareenheid tegen de juiste draden (de voedingsdraden, niet de signaaldraden) en zorgt voor een constante mechanische contactdruk.

5: Onderdeksel: De structurele basis die het geheel op de kabelbundel uitlijnt.

De thermische schakelaar is in serie geschakeld met zowel de S4- (Sense1) als de S3- (Sense0) signaaldraden van de 12V-2x6-connector. Tijdens normaal gebruik is de schakelaar gesloten, zodat S3 en S4 via de schakelaar met aarde zijn verbonden, en de GPU interpreteert dit als een vermogensautorisatie van 600 W. De schakelaar is met de ongemarkeerde kant naar de +12V-voedingsdraden gericht, omdat die draden de zwaarste stroom voeren en bij een storing als eerste warm worden.

Wanneer de thermische schakelaar van ThermalProtect door hitte opengaat, verliezen S3 en S4 hun aardverbinding. De GPU merkt dit op en concludeert onmiddellijk dat er onvoldoende stroom beschikbaar is op de 12V-2x6-kabel vanuit de voeding. Hierdoor wordt de GPU uitgeschakeld.

Wanneer ThermalProtect in werking treedt, verlaagt de GPU zijn vermogenslimiet en wordt je scherm zwart. Dit is geen systeemcrash, want de rest van de pc blijft gewoon werken. De ventilatoren draaien nog steeds, de RGB-verlichting brandt nog steeds en het besturingssysteem is niet vastgelopen. Het lijkt alsof het beeldscherm is uitgevallen, want dat is in feite wat er is gebeurd: de GPU is gestopt met het weergeven van beelden.

Als je dit ziet, ga er dan niet meteen vanuit dat de stekker in brand staat. Het hele nut van ThermalProtect is juist dat het het probleem opspoort voordat het zo ver komt. Wat je moet doen:

1. Houd de aan/uit-knop ingedrukt totdat het systeem is uitgeschakeld – houd deze twee tot drie seconden ingedrukt. Schakel vervolgens de voeding uit met de schakelaar aan de achterkant en haal de stekker uit het stopcontact.
2. Laat de kabel even afkoelen. Houd de rug van je hand dicht bij (maar raak de kabel niet aan) aan de kant van de GPU. Als je op ongeveer 2,5 cm afstand nog warmte voelt, wacht dan even. Laat de kabel minstens 20 minuten afkoelen met het zijpaneel open.
3. Zodra de kabel is afgekoeld, koppelt u de 12V-2x6-kabel los van de grafische kaart en de voeding, en inspecteert u beide uiteinden. Controleer op verkleuring, gesmolten plastic of vervormde pinnen. Als u een van deze gebreken constateert, gebruik de kabel dan niet opnieuw.
4. Als alles er schoon uitziet, sluit je de kabel weer aan. Druk de stekker stevig aan totdat je de vergrendeling hoort klikken. Controleer vervolgens of er geen grijze kleur zichtbaar is aan het uiteinde van de stekker. Als er grijs te zien is, zit de stekker niet goed vast. Een zaklamp kan hierbij helpen.
5. Sluit de stekker van de voeding op dezelfde manier weer aan, schakel de stroom weer in en je bent klaar.

Tip: Als je onopgeslagen werk hebt, kun je dit mogelijk nog steeds openen door de beeldschermkabel op je moederbord aan te sluiten (mits je een moederbord met beeldschermuitgang en een CPU met geïntegreerde grafische kaart hebt).

Er zijn nog andere manieren om de thermische beveiliging van een kabel aan te pakken. Je zou een temperatuursensor op de kabel kunnen plaatsen en deze aansluiten op een microcontroller die via een communicatiebus met de GPU communiceert. Je zou een NTC-thermistor kunnen inbouwen en de waarde daarvan via software uitlezen. Je zou ook aansluiting kunnen zoeken bij de beveiligingssystemen van de voeding.

Elk van deze benaderingen brengt afhankelijkheden met zich mee die een bimetaalschakelaar niet kent. Een actieve oplossing heeft stroom nodig om te werken. Er is firmware of software voor nodig, wat betekent dat er bugs in kunnen zitten, en bugs betekenen dat het systeem je op precies het verkeerde moment niet kan beschermen of juist afschakelt wanneer dat niet nodig is. Er is mogelijk een specifieke PSU of GPU nodig om het te laten werken. Er kunnen componenten worden gebruikt die het meten van temperaturen van stroomvoerende geleiders niet ondersteunen en die aardingsdraden moeten meten (zoals in het geval van NTC-thermistors).

Een bimetaalschakelaar doet al tientallen jaren betrouwbaar zijn werk in stroomonderbrekers, huishoudelijke apparaten en industriële apparatuur. Hij heeft geen firmware. Hij heeft geen voedingsrail. Hij reageert op temperatuur, omdat het de temperatuur is die het metaal letterlijk doet buigen. De manier waarop hij defect raakt is goed bekend en zijn nominale levensduur bedraagt tienduizenden schakelcycli.

De passieve aanpak houdt ook in dat het voor ThermalProtect niet uitmaakt welke voeding je gebruikt of van welke fabrikant je grafische kaart afkomstig is. Zolang beide uiteinden maar zijn voorzien van een standaard 12V-2x6-connector – wat bij elke compatibele uitvoering het geval is – werkt ThermalProtect. Geen uitzonderingen, geen voorbehouden, geen compatibiliteitslijst nodig buiten de connectorstandaard zelf.

ThermalProtect is een technologie waarvoor octrooi is aangevraagd. Het octrooi heeft betrekking op de integratie van een passieve thermische schakelaar in een 12V-2x6-kabelassemblage, waarbij de eigen koperen geleiders van de kabel worden gebruikt als thermisch detectiepad – met name het gebruik van een koperen thermische interface om de schakelaar aan de stroomdraden te koppelen, en de integratie van die schakelaar in het 12V-2x6-detectiepincircuit om de belasting van de GPU te verminderen.

• Elke GPU met een standaard 12V-2x6-voedingsaansluiting
• Elke voeding met een ingebouwde 12V-2x6-uitgang – elk merk, elk vermogen
• 12VHPWR-aansluitingen (identieke behuizingsvorm)
• CORSAIR: RM750x, RM850x, RM1000x (2024+), RM750e/850e/1000e/650e (2025), RM850x/1000x SHIFT (2025), HX1000i/1200i/1500i SHIFT, WS3000, CX750M/CX650M (2025)

• Adapterconfiguraties – Bij 2x8-pins naar 12V-2x6-adapters bevindt de verbindingsplaats zich buiten het zichtbereik van de sensor. Er worden momenteel ThermalProtect-versies ontwikkeld voor CORSAIR-voedingen van het type 4 en type 5.
• Oude 6-pins of 8-pins voedingsconnectoren voor grafische kaarten – een geheel andere fysieke aansluiting.

De 12V-2x6-connector loste het probleem van het kabelbeheer op en zette vervolgens een stap in de richting van het aanpakken van het brandgevaar bij gedeeltelijke insteek. Wat deze connector op zichzelf niet kon, was blijvende bescherming bieden zodra de kabel de fabriek had verlaten. Er is geen manier om te weten of een connector zich zes maanden na de installatie losraakt.

ThermalProtect vult die leemte met een passieve thermische schakelaar die de kabel continu in de gaten houdt, reageert wanneer de temperatuur stijgt en compatibel is met alle hardware die de 12V-2x6-standaard ondersteunt. Het maakt het systeem niet ingewikkelder. Het biedt extra bescherming.

Het koper dat de stroom geleidt, is hetzelfde koper dat de warmte naar de sensor transporteert. Dat is geen toeval. Zo is het ontworpen.