顯示卡電源燒熔-哪裡有問題? 12VHPWR改版12V-2x6行不行?

顯示卡外接電源12VHPWR一直有燒熔災情傳出，從RTX 4090 上市之後這個問題鬧得沸沸揚揚，後來廠商把它改版成12V-2×6，號稱降低了燒熔風險，但直到現在還是陸續有災情傳出來，這太奇怪了! 所以我就買了一條12V-2×6的Cable來做實驗，看看問題到底出在哪裡。

接頭的規格

這條Cable上面印了 600W，總共有六條供電線要一起承擔600W，每條線分攤100W，換算成電流大概是100W/12V= 8.33A，這個電流其實不算小，順帶一提這條cable的電壓是12V。

以線材本身來說，這條Cable是16AWG的線徑，根據美國NEC(National Electrical Code/美國電氣安全規範）的安全電流標準，16AWG的電流容量是18A，比8.33A高出不少，所以線材本體的容量是夠的。

但我比較擔心的不是線材，而是針腳與端子之間的接觸面。這個針腳的尺寸是 0.64mm 厚度見方，跟我們做電子實驗常用的 2.54mm pitch 杜邦接頭差不多。杜邦接頭拿來量 UART、I²C 這類訊號是很好用，但如果要通過 8.33A 的電流，接觸面的問題就會開始浮現了，例如用於微壓可能會遇到雜訊問題，用在10A的大電流可能會遇到升溫的問題。

實驗設計

為了讓導線能通過24.99A，我必須要找到能提供這種高電流的電源供應器，但這種儀器通常又大又重，我真的無法在家做這種實驗，因此感謝固緯電子提供實驗室，讓我們得以一探Cable燒熔的究竟。本次會使用固緯的PHU系列直流電源供應器(最大輸出510A)和PEL系列的電子負載(最大6KW、240A），這樣才能讓導線有24.99A的電流可用。

這麼大的電流一定會升溫，觀察溫度的部分採用的是Fluke iSee TC01C 手機型熱像儀，它的像素有256×192 像素，最高能測到550°C，這部分也要感謝Fluke提供設備。

為了確保只有待測物發熱，供電線路用 8AWG 的粗線，待測的線材才是 16AWG，整個實驗接線如下。

我之後會把 8.33A 當作一個基準單位，分別測試 1 倍（8.33A）、2 倍（16.66A）、3 倍（24.99A）通過這條電流路徑時，溫度會升到多少。選 3 倍電流是有原因的，不是純粹為了惡搞。因為這條 Cable 有六條線，萬一其中四條失效，剩下兩條就得獨自承擔原本六條的電流，剛好就是 3 倍。

測試會分三組：第一組只測線材本體，第二組測帶接頭的完整路徑(正常插好)，第三組故意把接頭留一個縫、模擬沒插緊的狀況。

實驗一：線材本體

單測16AWG 的線材本體時，溫升都很溫和，如下圖。即使跑到 24.99A 的三倍電流，溫度也只停在 35°C 附近，手摸起來只有微溫而已，這代表線材本身的電流容量沒問題，它不是燒熔問題的根源。

實驗二：插緊的接頭路徑

這裡就要加入帶線的接頭，同樣的電流條件下溫升明顯加快，用手摸就會有點溫溫的；在 24.99A 時，溫度超過 35°C 且仍在上升，以線性推算如果持續通電約 10 分鐘，溫度大概會來到 60～70°C，正常來說溫度不會是線性增加，它的上升趨勢終究會變緩呈現高原狀態。

所以如果線性推斷都只有70度的話，那麼實際狀況下我想更不可能超過70度。而且這個溫度還在接頭材料的工作範圍105°C以內，如果接頭插好的話，正常使用應該沒問題。

實驗三：沒插緊的接頭

這組實驗才是關鍵，我故意沒插緊讓接頭之間留了一個縫，這樣針腳只有剛好碰到而已，然後跑同樣的三種電流。結果溫升的速度和幅度都明顯增速：8.33A 時溫度就已經快速衝破 25°C，16.66A 時超過 35°C 的趨勢更是相當明顯，切換到 24.99A 之後溫度繼續往上爬。

以線性推算，大約 10 分鐘後溫度有可能達到 90°C，雖然理論上還在 105°C 的範圍內，但與溫度上限的差距已經很小了，而且現實中針腳的接觸狀況只會越來越差，不會維持不變。

燒熔的真正原因：電流不平衡

導致燒熔的機制，其實比單純的斷線更複雜，有更多的情況是電流不平衡。六條供電線理論上各自分擔相同電流，但每個針腳與端子之間的接觸阻抗實際上不可能完全一致。阻抗偏高的那個接觸點，產生的熱量就比較多，溫度一升高，金屬端子的彈性就會下降，夾持力變差，接觸面積縮小，阻抗又更高，溫度又更高，而且少掉的電流還必須讓其它的線承擔，於是其他的電線也會開始升溫，這就形成了一個互相競逐升溫的惡性循環。

最後六條線裡面總是會有一條線溫度最高，那條最先撐不住，然後就燒融了。

接頭結構的根本限制

從顯微鏡下看端子的結構，就更清楚了，如下圖。右邊的針腳插入端子之後，其實與端子之間是有縫隙的，電流實際上只靠上下左右4個接觸點導通，也許會有6個接觸點，注意喔! 是接觸點而不是面接觸。這樣的設計在理想狀態下勉強可行，但現實環境中只要碰到灰塵、氧化、端子彈性疲乏，或者沒有完全插緊，接觸面的阻抗就會開始爬升。