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小弟为大家献上周末大餐:TA690G更换固态电容全纪录(上)

小弟为大家献上周末大餐:TA690G更换固态电容全纪录(上)

作为一名DIYer,不仅要熟知各种主流硬件的性能,还应该具有根据自己需要对硬件进行调适的能力。对主板进行MOD,不仅可以使主板性能达到一个新的高度,而且通过实践锻炼DIYer的动手能力,掌握相关电气理论。
前一段时间小弟对TA690G进行固态电容更换,下面就将自己一些经验与大家交流,以期抱砖引玉,欢迎各位TFANS及广大DIYer进行讨论与拍砖。
在这需要提醒各位看完该帖准备动手的兄弟:一,动手更换主板,需要一定电工方面的理论修养与实际操作能力,缺乏这方面能力的切莫动手,极易造成电脑硬件的损坏;二,主板换电容后将使主板失去质保,在动手前一定考虑仔细,更换不成功将导致主板报废,务请权衡得失。
待替换固态电容映泰的TA690G




[ 本帖最后由 hitclxy 于 2007-6-16 07:58 编辑 ]

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2007-6-15 20:28

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本帖最近评分记录
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  • 石头 现金 +49 精品文章 2007-6-15 21:22
此板的整体做工中等,与其699的报价(实际成交价630米)比较相称,各方面的用料中规中矩,其最大的亮点是主板的CPU供电模块使用了八颗日本化工PS极品固态电容。
内存供电模块用料比较扎实,使用大量的日系OST液态电解电容,稳定性还是有保证的。(再说下去就成映泰的枪手,打住)。
下面就进入本文的正题。

在进行动手之前,我们需要作一些电气方面的理论准备,好的理论修养能正确指导实践,从而达到预期的目的。(呵呵,应试教育留下的祸害,要改也改不了,注重动手兄弟可以跳过去)。
一.几个名词解释
1.固态电容:全称固态铝质电解电容。它与普通电容(即液态铝质电解电容)最大差别在于采用了不同的介电材料,液态铝电容介电材料为电解液,而固态电容的介电材料则为导电性高分子。这是本文的主角,更多细节敬请留意后面的,在这不作细述。
2.电容容量电容是表征电容器容纳电荷的本领的物理量。我们把电容器的两极板间的电势差增加1伏所需的电量,叫做电容器的电容
电容容量的大小就是表示能贮存电能的大小,电容对交流信号的阻碍作用称为容抗,它与交流信号的频率和电容量有关。
3.额定电压:在下限类别温度和额定温度之间的任一温度下,可以连续施加在电容器上的最大直流电压或最大交流电压的有效值或脉冲电压的峰值。
4.损耗角正切:在规定频率的正弦电压下,电容器的损耗功率除以电容器的无功功率。  这里需要解释一下,在实际应用中,电容器并不是一个纯电容,其内部还有等效电阻,它的简化等效电路如下图所示。图中C为电容器的实际电容量,Rs是电容器的串联等效电阻,Rp是介质的绝缘电阻,Ro是介质的吸收等效电阻。对于电子设备来说,要求Rs愈小愈好,也就是说要求损耗功率小,其与电容的功率的夹角δ要小。
5.阻抗:无源二端元件的电压相量与电流相量之比,称为阻抗,用符号Z表示,单位与电阻单阻相同。ESR的高低,与电容器的容量、电压、频率及温度都有关连,当额定电压固定时,容量愈大 ESR愈低。有人习惯用将多颗小电容并接成一颗大电容以降低阻抗,其理论是电阻并联阻值降低。但若考虑电容接脚焊点的阻抗,以小并大,不见得一定会有收获。反过来说,当容量固定时,选用高WV额定电压的品种也能降低 ESR;故耐压高确实好处多多。频率的影响:低频时ESR高,高频时ESR低;当然,高温也会造成ESR的提升。
串联等效电阻ESR的单位是,高级系列电容常是low ESRlow ESL。若比较低内阻及低漏电流两种特性,则低内阻容易达成,故标示low ESR的电容倒很常见。ESR与损失角有关联,ESRtanδ/(ω×Cs)Cs是电容量。 有时电容器规格上会有Z,它与ESR的意义不同,但Z的计算示与ESR有关,同时也考虑到容抗及感抗,是真正的内阻。刚才提到电容的ESR单位是,那是指大电容,若是220μF小容量电容,其ESR单位就不是而是Ω
6.纹波系数,简单的说,就是直流电压中的交流成分的峰峰值。
计算机使用直流稳定电源一般是由交流电源经整流稳压等环节而形成的,故不可避免在直流稳定量带有一些交流成份,这种叠加在直流稳定量上的交流分量就称之为纹波。纹波的成分较为复杂,它的形态一般为频率高于工频的类似正弦波的谐波,另一种则是宽度很窄的脉冲波。对于不同的场合,对纹波的要求各不一样。对于电容器来说,无论是那一种纹波,只要不是太大,一般对电容器质量不会构成影响。

一般说来,除耐压和容量这两个基本参数外,esr(等效串连电阻)和纹波电流大小是电容最重要的性能参数。
二.电路电子方面:
下图是 单项供电的情况,图左面是上桥导通,电感开始储存磁场能,自感电动势(12V-Vcpu,约10.5V)从右指向左,图右面是下桥导通,电感开始释放磁场能,自感电动势(Vcpu,约1.5V)由左指向右,由于自感电动势大小等于电感与电流变化率的乘积,那么对电感充电1ms,那么需要7ms才能释放完毕,从能量的守恒角度也可以容易的算出来12V*(Imax/2)*1ms=1.5V*(Imax/2)*(1+x)ms
x=7

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2007-6-15 20:44

A290Fig02.gif

下面是电感上的电流

[ 本帖最后由 hitclxy 于 2007-6-15 21:30 编辑 ]

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2007-6-15 20:46

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在主板上cpu的供电设计上,开关频率只有几百k,即使频率高达1Mhz,而现在cpu的频率都在Ghz以上,所以开关电源在调整以前,cpu已经工作了1000个周期以上,(电感对电容的充电是需要时间的,电容极板上电荷变化也是一个过程,就是说极板上电压不能瞬变),电荷由极板流向cpu时要经过电容上的等效电阻(只要是电解液或者导电聚合物薄膜的电阻)和线路上的电阻,那么这段时间内的电流波动产生的cpu电压波动基本上取决于电容的esr和线路上的电阻(Delta V = Delta I * R),比如电容极板电压为1.5V,esr和线路电阻共为2毫欧,那么突然增大的50安培电流(比如cpu由空闲转为进行数学计算)将在esr和线路电阻上产生100毫伏的压降,cpu获得的电压由1.5V变为1.40V,这个变化很可能造成cpu稳定性问题,尤其是超频时,线路上的电阻可以通过加锡条等办法来降低,而电容的esr,对电源的稳定性有关键的影响,是超频成功的重要因素。而纹波电流平方与esr成反比,即散热和温度一定的情况下,esr越低,温升越低,耐纹波能力越高。
公式来自这篇maxim文章
单项供电,由电容容量引起的噪声(即纹波电压,这个是CPU超频的关键,尤其是AMDcpu,内存控制器和cpu在一起,只要cpu供电好,即使是内存的线路设计、供电设计不好也不太影响cpu本身的超频)

[ 本帖最后由 hitclxy 于 2007-6-15 20:48 编辑 ]

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2007-6-15 20:48

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噪声值与电容容量成反比,与电感值成反比,与开关频率的平方成反比,也就是说由2200uF的液体电解换成560uF的固态电容后只要开关频率提高一倍就可以搞定容量减小所带来的纹波电压的增加,也就是说固态电容的主板虽然电容容量小,但是并不会有问题,而且和下面介绍的电容等效串联电阻(esr)所带来的噪声(纹波电压)相比要小得多。单项供电,由电容esr引起的噪声

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2007-6-15 20:50

DI128Eq02.gif

噪声值与电容的esr成正比,与频率成反比,与电感值成反比所以主板的cpu供电电容esr越低,比如固态电解相对于液体电解,电感越大,比如1R0(1uH)相对于R56(0.56uH),就越容易实现更好的电气性能,当然这只是基本保障,能不能超频好要看其它因素.

多项供电的情况

资料来自AMD平台广泛使用的intersilisl6566



[ 本帖最后由 hitclxy 于 2007-6-15 21:30 编辑 ]

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2007-6-15 20:51

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回复 #7 hitclxy 的帖子

对应的纹波电流值,与电容ESR的乘积即为cpu供电的纹波电压值(这里的叙述有问题,多项的时候因为多项电流叠加,所以噪声计算并不是每相的纹波电流与电容esr的成绩,而是要小,小多少就要看叠加的方式了,这个以后有空再讨论吧,希望大家能提供些资料)

[ 本帖最后由 hitclxy 于 2007-6-16 09:07 编辑 ]

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2007-6-15 20:53

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回复 #8 hitclxy 的帖子

在开关频率,电感值,输出esr等相同的情况下,12V输入,1.5V输出的供电系统,三项与两项和单项相比
输出纹波电压比为5:6:7。
这里对喜欢改造主板的一些大虾的建议就是看起来提高pwm频率是一种很好的降低cpu供电纹波的很直接而且很廉价的方式,下面给出intersil的isl6566的工作频率设定电阻与频率的关系


[ 本帖最后由 hitclxy 于 2007-6-16 09:06 编辑 ]

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2007-6-15 20:55

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回复 #9 hitclxy 的帖子

rt值是rs引脚到地的电阻,rs脚是isl6566的第36脚,从小圆点顺时针数是第5脚
200k的电阻对应的频率大概是150k hz,90k的电阻大概是接近300k hz,而1M hz的工作频率,电阻大概为25k。
当然提高工作频率对供电的fet要求较高,会显著提高fet的发热,应该做好散热措施。
看完这些东西想必各位都已经晕了吧,先撇开这些专业性的东西,我们来谈谈本次讨论的主角:固态电容。
三.关于固态电容与液态电容
首先,让我们简单地解释一下固态电容和非固态电容的区别。电脑主板上电容的主要作用是保证电压和电流的稳定,传统液体电解电容的介电材料为电解液,在使用中会因为高温原因导致电解质与阳极的铝制外壳发生水合作用,电解液慢慢减少,滤波与稳压的电容特性不断降低,甚至产生常说的“爆浆”情况。而固态电容则是用固态的导电性高分子材料作为介电材料,这种材料不会与氧化铝产生作用而使容量下降,所以也不会存在“爆浆”的状况。
其实,固态电容具有液态电容无法比拟的电气性能。固态电容具有低阻抗、耐高低温、耐高压与高信赖性等优越特性,这在后面的附表的对比中可以得知。
再次,固态电容寿命较液态电容要长得多,其稳定性较高。固态电容在105℃高温下,固态电容和液态电容的寿命同样为2000小时,但温度越低固态电容寿命将会比液态电容越高,95℃、85℃、75℃、65℃下其寿命将会是1.5倍、2.5倍、4倍和6.25倍。一般情况下,其电容工作温度应在70℃或以下,因此采用全固态电容的主板电容寿命平均可达15万小时至2万小时,对比传统电容最高可增长6.3倍,达到23年寿命,从而使得电容不再是主板的计时炸弹。由此,固态电容的寿命几乎是无限,彻底杜绝了主板“爆浆”现象。
此外,固态电容的另一好处是电容量不易受使用时周围温度和湿度的影响,这样我们在使用的过程中不用过分的担心来自环境/温度/温度的干扰,可以实现全天候无休工作,这一点对于极限超频玩家极其重要,固态电容相较于液态电容,即使的在零下55摄氐度,仍具备较好的电气性能。

总而言之,固态电容相比于液态电容具备以下优点:
1.        电气性能优异。固态电容阻抗低,耐纹波电流值大,能达到比较好的滤波效果,单位体积能比液态电解电容存储更多电能。
2.        耐高温耐高压,在比较恶劣的坏境仍能稳定工作。
3.        寿命超长。常温下其寿命几乎是无限的。彻底杜绝了主板爆浆。适应于长时间工作
4.        环保,使用固态有机介质,有害物质不易外泄,便于回收,降低了污染。


听完小弟的一番介绍,想必你己经跃跃欲试了,让我们赶紧进入实践阶段,将理论付之于行动吧!

“工欲善其事必先利其器”,选择齐备合适的工具能让你事半功倍,反之,则会多一点不必要的麻烦,甚至使工作失败。下面我个人对于工具选择和使用一些心得,务请留意,希望能有各位有一定的参考意义。
使用工具:
40W电烙铁一支:这个请注意了,不是随便选择就行的,功率太小,焊锡根本就不化,功率过大易损坏主板基板。看网上有网友用过\25W,35W,75W的,不过据我自己体会,最好在4060W之间,同时兼顾了安全和发热。另外不建议使用风枪。
助焊剂一盒:市售的在1.55块之间,当然还有更好。我买的是1.5元每盒,河间市鑫盾,黄白色的油脂状固体。好一点是松香,半透明块状。不过个人认为焊锡膏的作用不大,还不如使用较好的焊丝来得实在。用松香的效果可能好些,主要是使焊点更加光洁。
焊丝一卷:   需要指出的用比较细小的焊丝效果可能好一些,容易控制焊接量。个人选用1mm直径的,直接从学校老师那儿拿的。
吸锡器一支:  这个比较重要,看网上的网友有许多不用吸锡器也成功的,不过花费在取电容上的时间比较多。不必选用太高级的,只要密封性好的即可。
万用电表一只: 主要用于测定电容的是否好用,测定电容的实际工作电压以及检验换电容后电路是否短路。最好使用数字式,比较直观和精确。
手钻一只:   用于钻开焊锡,实现主板通孔。1mm口径。
毛刷一只:   清扫主板表面,使主板焊点比较美观。
尖头钳一只:  用于将电容从主板取下。
剪钳一只:   剪掉电容长脚,因为我使用的是短脚电容,故剪钳的作用不大。
(工具比较多呀,事实上不需要这么多,请关注后南的叙述)


(此图片来自互联网,。与偶的要求差不多,所以拿来贴上)
总结一下:有时候大家在换电容可能会出现工具不全的情况,个人认为这几样是必不可少的:烙铁,吸锡器,万用电表,焊丝。否则费时会较多。


[ 本帖最后由 hitclxy 于 2007-6-16 09:08 编辑 ]

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2007-6-15 20:58

20061228195448609_XqEolHX9GzUY.jpg

电容
通过淘宝网购而来。共26颗,计6X元。规格如下。
日化PS   极品固态     16330uF    6     直径10mm


[ 本帖最后由 hitclxy 于 2007-6-15 21:31 编辑 ]

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IMG_4999_cVdXFSy4hgdM.jpg (50.79 KB)

2007-6-15 21:01

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三洋SEP 贴片固态     2.52700uF  10颗   直径10mm

[ 本帖最后由 hitclxy 于 2007-6-15 21:31 编辑 ]

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2007-6-15 21:02

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三洋SEP 贴片固态     4560uF      10颗   直径8mm

[ 本帖最后由 hitclxy 于 2007-6-16 07:53 编辑 ]

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20070526_2cabbc664fc01bc30885wY7ribdA4ELr.jpg (15.18 KB)

2007-6-16 07:53

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在这不得不提一下电容的直径问题。这应该作为换主板电容的关键一条提出来。因为我这方面吃了一点小亏。按照我之前的打算CPU的供电模块的那个八颗2..5820uF8mmPS固态打算换成2.51500uFP固态,但联系的那个商家没货,淘宝上也没有,而且8mm的只有2.5680uF(呵呵,换来换去电容容量变小了,那还换什么?),当时就选了2.52700微法的,直径是10mm的,当时就想到用是否会出现拥挤的状况,但用直尺量了量,发现6颗排在一起有56mm,算了算10mm658毫米也许差不多,但在最后,这是这2mm害了我。这是后话。

电容替换原则:
1.       同级别电容间互换电压不降,电容保持不变或更大。
2.       考虑固态电容的良好电气性能,其耐压值可略高于实际标称值。如我用的就是4V的三洋耐5V高压,电容替换规则是按液态电解的三分之一或二分之一折算,但不应低于三分之一。如1000uF应选择至少不低于330uF.
3.       固态电容之间替换应使用更高性能参数的电容。个人比较看好PS和三洋SEP固态,这两捉才是顶级固态,查询相关次料,似乎三洋紫色SEP还在PS之上,而且其紫色外壳更显大气。首要考虑之。
市售主板电容的电气性能参数请参阅下面的附录。
附录表


[ 本帖最后由 hitclxy 于 2007-6-15 21:33 编辑 ]

附件

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2007-6-15 21:04

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映泰所用的日化PS固态电容性能参数表

[ 本帖最后由 hitclxy 于 2007-6-15 21:35 编辑 ]

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2007-6-15 21:06

2007412439729468.gif

实际替换操作。
KZG16V 1500uF   换成  PS  16V 330uF  3
PS  2.5V  820uF   换成  三洋 2.5V270uF  8
OST 6.3V1000uF   换成  三洋 4560uF   10


替换图


[ 本帖最后由 hitclxy 于 2007-6-16 09:10 编辑 ]

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ce1I24sUlM3FE.jpg (243.68 KB)

2007-6-15 21:08

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2007-6-15 21:08

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