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在上一篇的详细测评中,我们看到鑫谷GP600G黑金版是款底子出色的产品,有机会通过简单改造修补电路中的瑕疵,让产品性能更出色。所以本篇文章我们将从原理着手,详细介绍如何对GP600进行DIY改造,并展示改造效果。动手改电路总是需要一定的专业基础,但在笔者的疏导下,稍有动手能力的DIYer都能轻松完成。只是电源的改造涉及强电,相对危险,改造后有可能造成EMI劣化,安规特性破坏等等负面效果,所以请读者们量力而行。实在眼馋手痒,也最好争取得到有相关经验的人员帮助……
本文虽以GP600G来讲解,实际很多内容也可以套用到其它的主动式PFC加双管正激结构的电源中,有兴趣和相应动手能力的DIYer完全可以做更多尝试。当然,工欲善其事,必先利其器。除了螺丝刀、斜口钳之类的常用DIY工具以外,电源改造绝对离不开烙铁、焊锡、吸锡器及万用表。由于电源电路板电流较大的特殊性,连接功率器件的覆铜面积往往较大,焊点上的锡在铜皮的散热作用下不那么容易熔化,所以烙铁还必须是大功率型号,或者准备一个焊台。好在大功率电烙铁并不贵,实属烧友必备DIY良器。如果确实不想购买,也可以到临近的家电维修店去蹭着用。
动手改造前,DIYer们还需要注意一些必要的安全常识。电源在刚断电后的一段时间内,机器中依旧会有部分储能,建议最好等待3~5分钟,等这部分储能的电压释放到安全电压以后再去触碰电路板。以GP600G为例,它在断电大约3分钟后母线电容中储存的电压将会降到安全电压。当然,最稳妥的还是在每次触摸电路板前,用万用表直流电压档测量母线电容电压以保障安全。除了变压器原边可能存在高压,原边的散热片上也会有约90V~110V的交流电,把玩前需注意。当然,玩家不用太紧张,就算不慎碰到可达360V高压的原边储能,一般来说也不会真的出现重大威胁,储能毕竟有限,感觉上和瞬间触摸到220V火线类似。
在每次改动过电路板后,为了确认机器能够正常工作,先裸机上电并测量输出电压是否正确,一切正常方可尝试接入负载。DIYer完全可以就地取材,选用废旧主机或者废旧板卡、12V风扇等先行尝试,不要贸然接上爱机以免造成损坏。实际上现在的开关电源对输出的保护已经比较到位,一般来说输出侧不会出意外。如此谨慎,主要是避免玩家遇到原本设计不太过关,或者批次中少有的次货电源而出现意外损失。好了,废话少说,让我们正式进入DIY改造环节。
1.改电解电容
难度★★★☆☆
在我们力所能及的电源DIY改造中,最无害、且最实用的就是更换电解电容了,包括母线电解电容与输出电解电容。对DIYer来说,换电容的成本非常低,改电容又基本不会对电源结构造成负面影响,且性能提升效果往往还不错。就是动手难度稍大,主要在于原厂电容的拆卸不太容易。DIYer在拆解电解电容时一定要注意对插件孔的保护,稍有不慎就会被堵塞,尤其是较小的输出电解电容。通孔手法不熟练的玩家,不建议尝试拆体积较小、排布密度较大的输出电解电容以免电容装不回去造成电源报废。在这里笔者推荐给大家—种实惠的通孔练习策略,上PC维修店5块钱买一台双面板的废电源PCB,专门拆卸输出侧的小电容就是一个很好的练习方式。当然有现成的坏显卡也可以,显卡的电容体积通常也比较小。另外,电解电容在改造的过程中一定要注意极性。电容壳体上靠近浅色条纹的脚位是负端,另一脚是正。而PCB上有白色半圆的是负,有些也会用“ ”标示出极性。电解电容极性一旦装反,一上电就会立刻失效、崩开防爆槽,甚至有可能整个电容炸得稀烂,进而带来其它严重后果。此外,笔者非常不建议使用拆机电容作为替换,最好是新购日系电容。日系电容虽好,但假货也是出了名的多。各位读者在本地的电子市场可能买不到想要的产品。但既然是改进,就尽量不要将就,大家可以选择网购,按系列名搜索,买到假货的概率就能大大降低。很可能你会发现网上愿意零售的经销商也很少……笔者在此支一招,和卖家联系时以“先买几个样品进行评估”为开头,成功率能够倍增。
为什么要改母电容:
增大母线电容,能显著降低母线及最终输出的工频纹波,让输出更稳定。另外,也能让PC在突然切断电源的时候延长掉电保持时间,为存储系统正常关闭争取时间,保护用户数据的完整性。当然,ESR减小的话,对提升电源整体效率也有轻微增益。一般来说,主流电源的设计中母电容都是单颗大电容设计,但笔者建议DIYer在改造时都尽量使用两颗电解电容并联的方式。相比同容量的单颗大电容,并联后电容组合的ESR会小很多。原厂电路板没有预留两个电容焊盘也没关系,只需要将其中一个电容的引脚折弯,同另一个电容合流勉强塞进同一个焊点就行,事后点胶固定好就OK了。
母线电容如何改:
GP600G原机的母线电解电容使用了一颗CapXon 270μF/400V2000h@105℃。不过我们很容易看到电路板上留出了更大的电容空间(如图8)。由此猜测,体积为φ30*45(直径30mm,高度45mm)的电容才是本机设计时的理想选择。用于替换的母线电容,需要耐压在400V或以上。其实对所有电源来说,更改母线电解电容的主要原则就是要保证换上的电解电容的耐压能力大于等于原机电容。具体到GP600G则还需要符合中30*45规范的直径、高度要求,容量理论上越大越好。
品牌方面,笔者比较推荐的还是NCC(Nippon Chemi-Con、日本化工三大最优秀电解电容生产厂家之一,国内俗称黑金刚,本文中以NCC作为简称。)至于是具体使用NCC的哪个系列,玩家完全可以根据自己的喜好或者入手难易度来综合衡量。表1标识出了包含LXS系、KMWA、LXM系、KMR系等在内的NCC电容主要特点,其中容量均指体积为中30*45的产品所对应的规格。
根据ESR降低原则,笔者最终选用的配置是两枚定制的NCC180μF/450V 10000h@105℃KXG系列并联,来完成本次对GP600G的升级(如图10)。 为什么要改输出端电容:
输出端电容是电源向PC配件输送电力前的最后关口,它的性能,尤其是高频状态的稳定性将直接决定电源供电的可靠性和纹波质量。更好的电容有利于改善电路在高频状态下的表现,增加稳定性、纹波特性以及动态性能。
输出电容如何改:
GP600G的输出端电解电容分为三类,φ8的供5VSB与-12V路径,中10的供 12V路径,铝壳的放在DC-DC模块上我们无从下手。φ8与φ10这两个位置的电容耐压都为16V,容量各异。替换的话也是选择耐压16V,直径相等,理论上容量也是越大越好。此外,副边电容的高频特性非常重要。原机的电容在80kHz处(机器开关频率附近),容量已从2200u F缩减为70μF,而用于对比的NCC KY系列电容,仅从1000μF缩减至67μF。推荐的副边电容及其特性如表2,表中电容的综合性能都是同类电容中的佼佼者,寿命大部分在10000hrs@105℃以上,因此不再特别列出。实际上,φ8的电容强行用φ10替换,会挤一点但也是能够装得下去的。
由于笔者方便得到的仅有NCCKZH系列1500μF/16V适合本次改造,故用它替换了 12V电容。结果发现虽然容量比原厂2200μF少,但依靠更好的综合素质,让纹波特性及动态性能反而有所提升(见图12)。最重要的是,其高达10000h@105℃的寿命也是原配不能比的。
2.改高频滤波
难度★★☆☆☆
硬开关电源内乱窜的高频杂波非常多,而我们要想办法将其滤除以免杂波对电网或者负载造成污染。由于原机用于高频滤波的电容只有PFC电感前面不可缺少的那一个,而且就算更换了优质的电解电容,其高频滤波能力也有限。所以DIY强化一下高频滤波也是很有必要的。而高频滤波最主要的手段就是并联薄膜电容或陶瓷电容。
为什么要改高频滤波:
为什么我们要关心母线电容上的高频纹波?因为母线电容是PFC输出与双管正激之间电能的桥梁,可以说是机器中最脏的—点。它上面的高频纹波基本上表征了机器内的整体情形,如果在这儿将高频纹波进行了有效抑制,那么乱窜的高频电流就会小很多。
高频滤波如何改?
和电容改造不同,由于原电路板上没有预留薄膜电容的焊盘,只能将它们焊接在PCB底面,这就需要注意薄膜电容厚度,以不超过4mm为宜,耐压也要达到至少450V。由于这类薄膜电容的容量都不是很大,加上电路板上其它的寄生参数,不可能一个薄膜电容解决所有问题。找到合理的放置位置,尽可能缩短高频电流的路径就变得尤为重要。经过反复试验,笔者认为图13中所示的四个位置是最有效果的。
接入这些电容时要注意的是,薄膜电容干万不要和其他的焊点出现干涉比如碰到或者覆盖,薄膜电容的引脚更是尤其需要注意。此外,装一个试试看电路板还能不能装回原来的机壳里,如果厚度超标装不回去,那滤波再好也白搭。最后就是千万不能接错焊点,否则可能烧掉管子,损毁电源。
这些位置的电容,国产品牌六和、法拉、晶松已经足够好。容量在0.22~0.47u F之间,耐压520V为宜,厚度不超过4mm,板子上塞得下即可。
在改造前,作为对比,原始的母线电容上工频与高频纹波峰峰值分别是36.8V、>5.11V,幅度分别是18.1V和580mV。值得一提的是,笔者在测量这些波形时并没有使用-探头抗干扰接法。所以测到的杂波中,有一部分是辐射干扰。而最终的结果显示传导与辐射干扰几乎都被抑制下去了,改善效果相当明显。第一个添加的是电解电容两端的高频滤波,作为对电解电容高频性能的补偿。加上后母线电容上对应的纹波表现如图14所示。可见杂波大幅减小了。这一添加方式,可在绝大多数电源上效仿,但是接下来的几个改进方式则需要更加慎重。
第11跨接在PFC二极管阴极与母线电容的负端。为PFC的输出电流做就近的高频滤波。添加后纹波表现如图15所示(注意对比红框内数据)。可见杂波进一步减小。
第三个跨接在PFC二极管阴极与MOS管S极上,作为PFC MOS开关两种状态下电流路径不对等的补偿,以及为二极管反向恢复瞬态电流提供一个就近路径。加上后母线电容上对应的纹波如图16所示。可见杂波几近消失。
第四个则是跨接在双管正激电路的上MOS管D极与下MOS管S极之间了。作为双管正激电路的高频补偿与就近滤波。相比添加之前测量这两点的波形,尖峰幅度下降了70%。
副边由于输出采用了CLC二阶滤波,输出线上的纹波主要是受电磁辐射的影响感应而来。笔者在换用正确的高频测量接法后,发现输出中高频杂波并不是那么恶劣,因此不改也罢。当然追求极致的DIYer还是有事儿可做的,为每个输出电解电容并联一个1μF~2.2μF的陶瓷贴片电容总归有所裨益的。这个陶瓷电容的耐压至少得16V,封装以1206为宜,这样就可以刚好并在电解电容的两个焊点之间。
3.改半导体
难度★★★★☆
这是让笔者最为恼火的部分。原机使用的半导体器件可以说无论是开关性能还是导通性能上并无太大亮点。然而,笔者尝试更换过至少12种不同的器件组合,理论上性能优秀很多,但最终也仅能勉强把效率提升0.2%~0.5%。由此看,GP600G这台机子的整体优化其实已经非常优秀,因为笔者为了提升0.5%效率,尽然要花费近100元的料件成本,略显不值。再加上这部分操作难度较大,不追求极致的DIYer可以跳过此步骤。
半导体如何改?
改半导体的难度最主要在于拆,需要把一块散热片上所有管子所有的脚位都拆下来,没有大功率烙铁的话很麻烦。好在孔比较大,通孔比较简单。其次就是选错管子的话将导致上电后整机变砖(烧管子烧保险烧外围电路),不过后者在接下来的内容中笔者将会仔细的引导。
首推的就是将PFC二极管改为碳化硅肖特基。原机使用的管子,其反向恢复性能,尤其是并联后的反向恢复性能较差,制约了整机的表现。而且还加大了EMI,更为烧PFCMOS埋下了隐患(笔者实验中出现了两次将PFC MOS开关速度加快后,MOS管烧坏的现象)。而碳化硅肖特基二极管最强势的特性就是其反向恢复效应约等于零。由于时间关系,笔者没来得及搞到碳化硅肖特基。但仅是使用了PI公司“反向恢复优化”的QSpeed系列二极管,其效率已经获得0.7%的提升。根据数据来估算,如果使用碳化硅肖特基,整机效率有望提升0.8%~1.2%。 其次,4枚MOS管笔者尝试了多种组合,效果并不明显。如果读者不喜欢原配的MagnaChip,更换成表4这几枚MOS管即可。由于原焊盘上有TO-247封装的焊位,因此笔者挑选的这几枚管子都是TO-247封装,一方面能获得更好的性能,另—方面体积更大热阻也能够小很多。同时,如果使用下面这些管子,PFC的MOS管也可以只用一枚。至于同步整流MOS管,原配的同步整流MOS性能上已经不错,于是笔者并没有做改造。
经过诸多的测试后,改造有一定效果,但是最终效率瓶颈锁定在变压器的副边绕组上。看来如果使用更大号的变压器,应该能够获得更好的整体表现。(注意,随意的半导体改动很有可能劣化EMI,只是针对GP600G,如果选择上面推荐的管子,EMI表现应该不会变差,甚至有可能获得加分。)
4.改半导体导热
难度★☆☆☆☆
改造半导体的时候,已免不了将半导体的散热片整个拆下来,那么半导体的导热也可以顺带优化一下。这里,笔者向大家隆重介绍“氧化铝陶瓷”绝缘导热片(参见图18)。相比常用的硅胶绝缘片,氧化铝陶瓷片的导热能力可以达到金属间导热的70%,同时提供非常好的绝缘特性。厂商不喜欢使用它的原因除了价格贵(约0.8元/片,硅胶绝缘片的单价以厘记)以外,最关键的就是它不好装配。陶瓷较脆,容易在锁螺丝的阶段被机械操作拧碎。但是对于DIY来说,这两点完全不是问题,感兴趣的玩家还能将它用在显存、内存散热的DIY上。原有的MOS管是塑封管,本身是绝缘的,可以直接贴在金属散热片上。如果不改MOS,那就不要动它们。其他的非塑封管,则可以一并换成封装对应的氧化铝陶瓷绝缘片(原机PFC二极管与同步整流MOS管均是TO-220)。陶瓷片的厚度在0.6mm~1mm之间均可。导热加强后,功率管的工作温度将大幅降低,无论是对寿命还是对性能都有相当明显的增益。
结语:改造、维护两相宜
虽然笔者也尝试过抬母线电压,改开关频率,增加防雷电路等等一系列内容。但最终因为效果不明显,限于幅没有做详细的介绍。如果读者们按照笔者文中所述的内容进行改造,即使没有专业的仪器、工具也能够获得非常出色的效果,这也是笔者希望获得的结果。
为了改好GP600G并写好此文,笔者花费了近一个月的所有业余时间,记录下的波形与数据不下一千组,但是作为一名狂热DIYet,笔者完全乐在其中,并希望本文能对DIYer有所帮助。其实本文对一开始没有打算改造电源的DIYe睐说,也有不小的好处,至少能让你更了解电源器件,为电源保养提供了基本知识。在电源工作73年后,适当地维护其实是必要的。除了大家常做的清灰,风扇上油以外,更换新的电解电容也是很有用的。电解电容在工作的过程中容量会逐渐减小,性能会劣化,直接结果就是输出纹波加大,机器带载能力下降,根据本文介绍方式更换是低成本维修方案,能让电源重回良好状态。除此之外还有Y电容。Y电容,尤其是劣质的Y电容会随着工作时间以及遭遇浪涌冲击的次数而劣化,除了容量变化外还有漏电流加大,进而导致机壳带电。所以适时换新也有必要。其它器件相比之下耐久性要好不少,不需要操心。以GP600G为例,适时做一下维护,工作8~10年依然保持良好的工况绝不是奢望。
本文虽以GP600G来讲解,实际很多内容也可以套用到其它的主动式PFC加双管正激结构的电源中,有兴趣和相应动手能力的DIYer完全可以做更多尝试。当然,工欲善其事,必先利其器。除了螺丝刀、斜口钳之类的常用DIY工具以外,电源改造绝对离不开烙铁、焊锡、吸锡器及万用表。由于电源电路板电流较大的特殊性,连接功率器件的覆铜面积往往较大,焊点上的锡在铜皮的散热作用下不那么容易熔化,所以烙铁还必须是大功率型号,或者准备一个焊台。好在大功率电烙铁并不贵,实属烧友必备DIY良器。如果确实不想购买,也可以到临近的家电维修店去蹭着用。
动手改造前,DIYer们还需要注意一些必要的安全常识。电源在刚断电后的一段时间内,机器中依旧会有部分储能,建议最好等待3~5分钟,等这部分储能的电压释放到安全电压以后再去触碰电路板。以GP600G为例,它在断电大约3分钟后母线电容中储存的电压将会降到安全电压。当然,最稳妥的还是在每次触摸电路板前,用万用表直流电压档测量母线电容电压以保障安全。除了变压器原边可能存在高压,原边的散热片上也会有约90V~110V的交流电,把玩前需注意。当然,玩家不用太紧张,就算不慎碰到可达360V高压的原边储能,一般来说也不会真的出现重大威胁,储能毕竟有限,感觉上和瞬间触摸到220V火线类似。
在每次改动过电路板后,为了确认机器能够正常工作,先裸机上电并测量输出电压是否正确,一切正常方可尝试接入负载。DIYer完全可以就地取材,选用废旧主机或者废旧板卡、12V风扇等先行尝试,不要贸然接上爱机以免造成损坏。实际上现在的开关电源对输出的保护已经比较到位,一般来说输出侧不会出意外。如此谨慎,主要是避免玩家遇到原本设计不太过关,或者批次中少有的次货电源而出现意外损失。好了,废话少说,让我们正式进入DIY改造环节。
1.改电解电容
难度★★★☆☆
在我们力所能及的电源DIY改造中,最无害、且最实用的就是更换电解电容了,包括母线电解电容与输出电解电容。对DIYer来说,换电容的成本非常低,改电容又基本不会对电源结构造成负面影响,且性能提升效果往往还不错。就是动手难度稍大,主要在于原厂电容的拆卸不太容易。DIYer在拆解电解电容时一定要注意对插件孔的保护,稍有不慎就会被堵塞,尤其是较小的输出电解电容。通孔手法不熟练的玩家,不建议尝试拆体积较小、排布密度较大的输出电解电容以免电容装不回去造成电源报废。在这里笔者推荐给大家—种实惠的通孔练习策略,上PC维修店5块钱买一台双面板的废电源PCB,专门拆卸输出侧的小电容就是一个很好的练习方式。当然有现成的坏显卡也可以,显卡的电容体积通常也比较小。另外,电解电容在改造的过程中一定要注意极性。电容壳体上靠近浅色条纹的脚位是负端,另一脚是正。而PCB上有白色半圆的是负,有些也会用“ ”标示出极性。电解电容极性一旦装反,一上电就会立刻失效、崩开防爆槽,甚至有可能整个电容炸得稀烂,进而带来其它严重后果。此外,笔者非常不建议使用拆机电容作为替换,最好是新购日系电容。日系电容虽好,但假货也是出了名的多。各位读者在本地的电子市场可能买不到想要的产品。但既然是改进,就尽量不要将就,大家可以选择网购,按系列名搜索,买到假货的概率就能大大降低。很可能你会发现网上愿意零售的经销商也很少……笔者在此支一招,和卖家联系时以“先买几个样品进行评估”为开头,成功率能够倍增。
为什么要改母电容:
增大母线电容,能显著降低母线及最终输出的工频纹波,让输出更稳定。另外,也能让PC在突然切断电源的时候延长掉电保持时间,为存储系统正常关闭争取时间,保护用户数据的完整性。当然,ESR减小的话,对提升电源整体效率也有轻微增益。一般来说,主流电源的设计中母电容都是单颗大电容设计,但笔者建议DIYer在改造时都尽量使用两颗电解电容并联的方式。相比同容量的单颗大电容,并联后电容组合的ESR会小很多。原厂电路板没有预留两个电容焊盘也没关系,只需要将其中一个电容的引脚折弯,同另一个电容合流勉强塞进同一个焊点就行,事后点胶固定好就OK了。
母线电容如何改:
GP600G原机的母线电解电容使用了一颗CapXon 270μF/400V2000h@105℃。不过我们很容易看到电路板上留出了更大的电容空间(如图8)。由此猜测,体积为φ30*45(直径30mm,高度45mm)的电容才是本机设计时的理想选择。用于替换的母线电容,需要耐压在400V或以上。其实对所有电源来说,更改母线电解电容的主要原则就是要保证换上的电解电容的耐压能力大于等于原机电容。具体到GP600G则还需要符合中30*45规范的直径、高度要求,容量理论上越大越好。
品牌方面,笔者比较推荐的还是NCC(Nippon Chemi-Con、日本化工三大最优秀电解电容生产厂家之一,国内俗称黑金刚,本文中以NCC作为简称。)至于是具体使用NCC的哪个系列,玩家完全可以根据自己的喜好或者入手难易度来综合衡量。表1标识出了包含LXS系、KMWA、LXM系、KMR系等在内的NCC电容主要特点,其中容量均指体积为中30*45的产品所对应的规格。
根据ESR降低原则,笔者最终选用的配置是两枚定制的NCC180μF/450V 10000h@105℃KXG系列并联,来完成本次对GP600G的升级(如图10)。 为什么要改输出端电容:
输出端电容是电源向PC配件输送电力前的最后关口,它的性能,尤其是高频状态的稳定性将直接决定电源供电的可靠性和纹波质量。更好的电容有利于改善电路在高频状态下的表现,增加稳定性、纹波特性以及动态性能。
输出电容如何改:
GP600G的输出端电解电容分为三类,φ8的供5VSB与-12V路径,中10的供 12V路径,铝壳的放在DC-DC模块上我们无从下手。φ8与φ10这两个位置的电容耐压都为16V,容量各异。替换的话也是选择耐压16V,直径相等,理论上容量也是越大越好。此外,副边电容的高频特性非常重要。原机的电容在80kHz处(机器开关频率附近),容量已从2200u F缩减为70μF,而用于对比的NCC KY系列电容,仅从1000μF缩减至67μF。推荐的副边电容及其特性如表2,表中电容的综合性能都是同类电容中的佼佼者,寿命大部分在10000hrs@105℃以上,因此不再特别列出。实际上,φ8的电容强行用φ10替换,会挤一点但也是能够装得下去的。
由于笔者方便得到的仅有NCCKZH系列1500μF/16V适合本次改造,故用它替换了 12V电容。结果发现虽然容量比原厂2200μF少,但依靠更好的综合素质,让纹波特性及动态性能反而有所提升(见图12)。最重要的是,其高达10000h@105℃的寿命也是原配不能比的。
2.改高频滤波
难度★★☆☆☆
硬开关电源内乱窜的高频杂波非常多,而我们要想办法将其滤除以免杂波对电网或者负载造成污染。由于原机用于高频滤波的电容只有PFC电感前面不可缺少的那一个,而且就算更换了优质的电解电容,其高频滤波能力也有限。所以DIY强化一下高频滤波也是很有必要的。而高频滤波最主要的手段就是并联薄膜电容或陶瓷电容。
为什么要改高频滤波:
为什么我们要关心母线电容上的高频纹波?因为母线电容是PFC输出与双管正激之间电能的桥梁,可以说是机器中最脏的—点。它上面的高频纹波基本上表征了机器内的整体情形,如果在这儿将高频纹波进行了有效抑制,那么乱窜的高频电流就会小很多。
高频滤波如何改?
和电容改造不同,由于原电路板上没有预留薄膜电容的焊盘,只能将它们焊接在PCB底面,这就需要注意薄膜电容厚度,以不超过4mm为宜,耐压也要达到至少450V。由于这类薄膜电容的容量都不是很大,加上电路板上其它的寄生参数,不可能一个薄膜电容解决所有问题。找到合理的放置位置,尽可能缩短高频电流的路径就变得尤为重要。经过反复试验,笔者认为图13中所示的四个位置是最有效果的。
接入这些电容时要注意的是,薄膜电容干万不要和其他的焊点出现干涉比如碰到或者覆盖,薄膜电容的引脚更是尤其需要注意。此外,装一个试试看电路板还能不能装回原来的机壳里,如果厚度超标装不回去,那滤波再好也白搭。最后就是千万不能接错焊点,否则可能烧掉管子,损毁电源。
这些位置的电容,国产品牌六和、法拉、晶松已经足够好。容量在0.22~0.47u F之间,耐压520V为宜,厚度不超过4mm,板子上塞得下即可。
在改造前,作为对比,原始的母线电容上工频与高频纹波峰峰值分别是36.8V、>5.11V,幅度分别是18.1V和580mV。值得一提的是,笔者在测量这些波形时并没有使用-探头抗干扰接法。所以测到的杂波中,有一部分是辐射干扰。而最终的结果显示传导与辐射干扰几乎都被抑制下去了,改善效果相当明显。第一个添加的是电解电容两端的高频滤波,作为对电解电容高频性能的补偿。加上后母线电容上对应的纹波表现如图14所示。可见杂波大幅减小了。这一添加方式,可在绝大多数电源上效仿,但是接下来的几个改进方式则需要更加慎重。
第11跨接在PFC二极管阴极与母线电容的负端。为PFC的输出电流做就近的高频滤波。添加后纹波表现如图15所示(注意对比红框内数据)。可见杂波进一步减小。
第三个跨接在PFC二极管阴极与MOS管S极上,作为PFC MOS开关两种状态下电流路径不对等的补偿,以及为二极管反向恢复瞬态电流提供一个就近路径。加上后母线电容上对应的纹波如图16所示。可见杂波几近消失。
第四个则是跨接在双管正激电路的上MOS管D极与下MOS管S极之间了。作为双管正激电路的高频补偿与就近滤波。相比添加之前测量这两点的波形,尖峰幅度下降了70%。
副边由于输出采用了CLC二阶滤波,输出线上的纹波主要是受电磁辐射的影响感应而来。笔者在换用正确的高频测量接法后,发现输出中高频杂波并不是那么恶劣,因此不改也罢。当然追求极致的DIYer还是有事儿可做的,为每个输出电解电容并联一个1μF~2.2μF的陶瓷贴片电容总归有所裨益的。这个陶瓷电容的耐压至少得16V,封装以1206为宜,这样就可以刚好并在电解电容的两个焊点之间。
3.改半导体
难度★★★★☆
这是让笔者最为恼火的部分。原机使用的半导体器件可以说无论是开关性能还是导通性能上并无太大亮点。然而,笔者尝试更换过至少12种不同的器件组合,理论上性能优秀很多,但最终也仅能勉强把效率提升0.2%~0.5%。由此看,GP600G这台机子的整体优化其实已经非常优秀,因为笔者为了提升0.5%效率,尽然要花费近100元的料件成本,略显不值。再加上这部分操作难度较大,不追求极致的DIYer可以跳过此步骤。
半导体如何改?
改半导体的难度最主要在于拆,需要把一块散热片上所有管子所有的脚位都拆下来,没有大功率烙铁的话很麻烦。好在孔比较大,通孔比较简单。其次就是选错管子的话将导致上电后整机变砖(烧管子烧保险烧外围电路),不过后者在接下来的内容中笔者将会仔细的引导。
首推的就是将PFC二极管改为碳化硅肖特基。原机使用的管子,其反向恢复性能,尤其是并联后的反向恢复性能较差,制约了整机的表现。而且还加大了EMI,更为烧PFCMOS埋下了隐患(笔者实验中出现了两次将PFC MOS开关速度加快后,MOS管烧坏的现象)。而碳化硅肖特基二极管最强势的特性就是其反向恢复效应约等于零。由于时间关系,笔者没来得及搞到碳化硅肖特基。但仅是使用了PI公司“反向恢复优化”的QSpeed系列二极管,其效率已经获得0.7%的提升。根据数据来估算,如果使用碳化硅肖特基,整机效率有望提升0.8%~1.2%。 其次,4枚MOS管笔者尝试了多种组合,效果并不明显。如果读者不喜欢原配的MagnaChip,更换成表4这几枚MOS管即可。由于原焊盘上有TO-247封装的焊位,因此笔者挑选的这几枚管子都是TO-247封装,一方面能获得更好的性能,另—方面体积更大热阻也能够小很多。同时,如果使用下面这些管子,PFC的MOS管也可以只用一枚。至于同步整流MOS管,原配的同步整流MOS性能上已经不错,于是笔者并没有做改造。
经过诸多的测试后,改造有一定效果,但是最终效率瓶颈锁定在变压器的副边绕组上。看来如果使用更大号的变压器,应该能够获得更好的整体表现。(注意,随意的半导体改动很有可能劣化EMI,只是针对GP600G,如果选择上面推荐的管子,EMI表现应该不会变差,甚至有可能获得加分。)
4.改半导体导热
难度★☆☆☆☆
改造半导体的时候,已免不了将半导体的散热片整个拆下来,那么半导体的导热也可以顺带优化一下。这里,笔者向大家隆重介绍“氧化铝陶瓷”绝缘导热片(参见图18)。相比常用的硅胶绝缘片,氧化铝陶瓷片的导热能力可以达到金属间导热的70%,同时提供非常好的绝缘特性。厂商不喜欢使用它的原因除了价格贵(约0.8元/片,硅胶绝缘片的单价以厘记)以外,最关键的就是它不好装配。陶瓷较脆,容易在锁螺丝的阶段被机械操作拧碎。但是对于DIY来说,这两点完全不是问题,感兴趣的玩家还能将它用在显存、内存散热的DIY上。原有的MOS管是塑封管,本身是绝缘的,可以直接贴在金属散热片上。如果不改MOS,那就不要动它们。其他的非塑封管,则可以一并换成封装对应的氧化铝陶瓷绝缘片(原机PFC二极管与同步整流MOS管均是TO-220)。陶瓷片的厚度在0.6mm~1mm之间均可。导热加强后,功率管的工作温度将大幅降低,无论是对寿命还是对性能都有相当明显的增益。
结语:改造、维护两相宜
虽然笔者也尝试过抬母线电压,改开关频率,增加防雷电路等等一系列内容。但最终因为效果不明显,限于幅没有做详细的介绍。如果读者们按照笔者文中所述的内容进行改造,即使没有专业的仪器、工具也能够获得非常出色的效果,这也是笔者希望获得的结果。
为了改好GP600G并写好此文,笔者花费了近一个月的所有业余时间,记录下的波形与数据不下一千组,但是作为一名狂热DIYet,笔者完全乐在其中,并希望本文能对DIYer有所帮助。其实本文对一开始没有打算改造电源的DIYe睐说,也有不小的好处,至少能让你更了解电源器件,为电源保养提供了基本知识。在电源工作73年后,适当地维护其实是必要的。除了大家常做的清灰,风扇上油以外,更换新的电解电容也是很有用的。电解电容在工作的过程中容量会逐渐减小,性能会劣化,直接结果就是输出纹波加大,机器带载能力下降,根据本文介绍方式更换是低成本维修方案,能让电源重回良好状态。除此之外还有Y电容。Y电容,尤其是劣质的Y电容会随着工作时间以及遭遇浪涌冲击的次数而劣化,除了容量变化外还有漏电流加大,进而导致机壳带电。所以适时换新也有必要。其它器件相比之下耐久性要好不少,不需要操心。以GP600G为例,适时做一下维护,工作8~10年依然保持良好的工况绝不是奢望。