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日志

 
 

如何将普通的电脑P4电源升级成双核电源  

2012-04-05 21:44:38|  分类: 电脑硬件 |  标签: |举报 |字号 订阅

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本文对于普通用户改电源没有实际意义,但是对于解释P4 ,普通电源和后续双核电源的差别还是有意义的.

目前,随着微机技术的快速发展,微机的主流机型已由Pentium4和AthlonXP(以下均简称P4)进入到了双核时代。双核CPU的功耗比P4CPU的功耗大,与之配套的PCI-E显卡功率消耗更有了大幅增加。此外,DDR2内存、高速硬盘、DVD等以及Vista操作系统的使用都使整机的功耗大幅上升,P4电源的标准已不适合双核系统的需要,ATXl2V2.0电源标准也就应运而生。新标准的特点有:加强了+12V电流的输出能力,并对12V电流的输出、涌浪电流峰值、滤波电容的 容量、保护等作了新的规定,并提供了SATA串口硬盘的接口(无需转接头)。新标准与P4标准主要区别有:+12V增加了一路单独的输出,其中一 路+12V(称为+12V21通过2×2接口专门为CPU供电,以满足双核CPU较大功率的需要。另外一路+12V(称为+12V1)电源用来为PCI- E显卡、DDR2内存和其他设备供电。+12V1和+12V2在布线上完全分开,因此,主电源的接口也从原来的20芯改为24芯。

  ATX12V标准中包含了多个版本(2.0标准、2.2标准、2.3标准等),对应的功率级别从300W到450W。下表是30OW级的各标准对各个电源的要求:

分类 + 12V1 +12V2 +5V +3.3V 5CSB
2.0标准 12A 9A 18A 18A +6VSO
2.2标准 8A 12A 13A 18A +7VSO
2.3标准 11A 9A 15A 21A +8VSO
 
  由上表可见,相对于2.0、2.2和2.3标 准,+12V1的输出能力有所下降,而+12V2的输出能力有所上升,反映了CPU因使用了更小线宽的制程使CPU功耗逐步下降,而显卡则随着技术的进步 性能的上升使功耗不断增加。考虑到还有低档机的存在,2.3标准中还推出了180W、220W、270W三个功率级别的单路+12V电源标准,对于高端用 户,2.3标准推出了300W、350W、400W、450W的功率级别,以适应客户的不同需求。
  这样一来,准备升级为双核的爱好者,其手中完好的P4电源是不是要被淘汰了?经过笔者实验,按照下面叙述的方法,可以将普通的P4电源升级成双核电源。
  大幅增加P4电源的输出功率
  
  测试了多台P4微机消耗的功率,方法是在电源的输入端串联一个功率较大的4Ω电阻,测量:电阻上的电压可以算出微机工作时的视在功率, 微机消耗功率的多少主要取决于微机的配置。无论是品牌机或是兼容机,其最小视在功率在55VA~75VA,最大视在功率则小于125VA。因在业余条件下 测试功率因素比较困难,近似假定为1,可认为P4微机的功耗在55W(125W)。P4电源最大能输出多少功率呢?笔者也作了简单的测定。我们知道,温度 是影响电源寿命的关键因素,在各元器件中,逆变三极管和低压整流块的发热量比较大,其中低压整流块的发热量又比逆变三极管的发热量大,温度最高,我们即 以+5V和+12V整流块表面最高温度达到60℃时电源能安全连续运行的输出功率作为该电源的最大输出功率。对于电源输出功率的测量,笔者用2kW电炉丝 截成1.1Ω、2.Ω、2.5Ω、3.3Ω······不同阻值的电阻装置在用陶瓷片隔热的木板上作为负载电 阻(见图1),负载电阻的大小可用增减各种电阻数来调整,能对±1V、±12V、+33V和+5VSB电源进行负载试验。总功率500W。使用电炉丝的目 的是功率比较大而且价格低廉。另外,使用经校对过的1OkΩ热敏电阻粘贴在低压整流块上,以测量在不同负载下整流块表面的温度。每改变一种阻值,都要运行 一段时间待温度稳定以后再作记录,以保证记录数据的可靠性。经过测试,P4电源的最大输出功率约在180W~20OW。这距离双核微机要求的最小功率 300W相距甚远,虽然近来CPU使用了65nm甚至45nm的制程,其功耗已大大下降。但妥使P4电源能工作在双核微机上,其输出的功率仍必须在 250W~3OOW,而且这个功率必须是连续功率而不是瞬时功率!要大幅提高P4电源的输出功率,经实验后有以下几个方法:
  1.增加电源内部两个散热器的散热面积
  
   打开P4电源机箱。无论是品牌电源或是杂牌电源,两个散热器的面积都不大,这是因为P4徵机要求的功率不高,本着够用就好和降低成本的目的,多数散热器 的面积在150平方厘米~2O0平方厘米,增大散热面积就能有效地增加电源的输出功率。其方法是在原散热器上再固定或粘贴上铝型材,形成鳍片状的结构,以 增加散热器的表面积。用L型铝材(建材商店有售),截成约90mm长,用耐热万能胶粘在原来的散热片上,使散热面积增加了约140平方里面,大大改善了散 热效果。原则上多加散热片对散热有好处,但到底能加多少妥根据电源内部的空间来决定。新加的散热片与电源外壳间以及两散热器之间都要留出空隙,不可相碰。 安装有逆变三极管的散热器(较小的那个),要注意散热片不可触及三极管,因三极管上可能带有高电压,触及三极管可能造成高压短路或造成人身事故。粘贴散热 片时要把粘贴面打磨平整,不可有油污,粘贴面之间不要留有气泡,以增加散热效果。
 
  2.增加电源机箱的进风量
  
   普通P4电源进风口的面积比较小(不包括采用大直径风扇的P4电源),通过电源机箱内的风量不大,可在电源机箱进风面上加钻几十个直径6mm~8mm的小 孔以增加进风口的面积以减小风阻。在电源机箱的出风口处,如果能找到网罩,可以把栅状的铁片去掉,开成一个大圆孔,然后在外面装上网罩,以增大出风口的面 积。但在机箱的顶部和其地部位,不宜再钻孔增加进风面积,否则会玻坏风流,反而减小散热的效果。
 
     3.在进风口增加一个风扇
  
  在进风口增加一个风扇,风向吹向电源机箱内,让一个风扇往内吹风另一个风扇往外排风,使通过电源机箱的风压加大风量大增,散热效果非常理想。
  综合运用了上述几个方法,在环境温度30℃~33℃的情况下,电源的连续输出功率达到了256W,已能满足低档双核电脑的需要。

制作24芯电源主插头

    前面提到,双核主板的主电源插口已改为24芯,它是在P4主板主电源20芯插口的基础上增加了4芯,下图示出了20芯与24芯插头(插座)的结构。
  
   显然.只要制作一个4芯插头就变成了24芯插头,可用报废P4电源上的20芯插头来改制。如下图所示,把20芯插头按虚线锯为5段,用锉刀把锯口锉平, 可以得到两个符合要求的4芯插头,4个芯线分别是黄线+12V、红线+5V、橙线+3.3V和黑色地线,然后把4芯插头靠20芯插头的一面锉平,20芯插 头靠4芯插头的一面也需要用锉刀锉平,最后使20芯插头和4芯插头都能插入到主板上的24芯插座中。由下图可见,4芯插头的插孔,其形状和排列并不相同, 因而具有方向性,只有一个方向能插入到24芯插座中,改制后的4芯插头,其引线颜色并不符合上述的要求,可借助钟表小改锥等工具把插头的引线抽出,再插入 颜色符合要求的引线即可,当然也可以不用管颜色是否符合要求,只要接线正确也可以用。按照规定,+12V1与+12V2应完全分开,也就是说,4芯插头的 4条引线不要与原来20芯插头上的引线相连接,而应该直接把引线与电源机箱内电路板上相关的电压接点相连接。

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  提高电源质量的其他措施

  P4电源用作逆变(把300V直流电逆变为低压±12V、±5V及+3.3V电源)的三极管多数采用MJE13007,其参数为:耐压700V、电流8A、功率80W,最好更换成耐压700V、电流12A、功率1OOW的MJE13009,每只价格仅比前者贵不到1元。更换三极营时,要注意加强三极管与散热器之间的接触,应垫好绝缘片并涂好散热育。P4电源+300V的滤波电容,一般采用丙只200μF~33OμF/200V的电解电容,应换成小体积的470μF~680μF/250V的电解电容。在低压侧的+12V、+5V滤波电解电容,也要相应地更换成3300μF/l6V和4700μF/1OV电容,电容容量增大后,对抑制电流峰值,减小波纹,改善电源质量很有好处。  调整保护电路参数  电源保护,包括过压和过流保护(即短路和过载保护)。因P4电源本来是完好的,过压保护 应该正常,不用调整,但现在双核电脑的功率大幅增加,可能一开机就过流了,必须对过流保护电路进行调整。以采用TL494的电路为例(多数电源采用 TL494或KA7500B,实际上两种电路的管脚定义完全相同,可直接互换),当电源的负载电流增大时,推动逆变三极管的变压器初级电流也随着上升,从推动变压器初级中心,经100Ω电阻(见下图)、二极管、270kΩ和33kΩ并联电阻送到TL494(16)脚的电压也跟着上升,当其超过设定的动作电压时,TL494停止向逆变三极管输出脉冲,电源停止向外输出电流,实现了短路和过载保护。通常,P4电源在输出功率达180W时启动过载保护。如要增加电源的输出功率,只需减小270kΩ与33kΩ并联电阻的 阻值就可增大过载保护的功率。笔者取下270kΩ电阻,过载保护的动作点上升到约280W。近年来,有部分电源采用了其他电路,比如长城ATX- 2505-SP电源采用WT7510、5HO165R、3842、K2996组成的电路,其过流动作点比较高,达250W以上,就可不用调整过流动作点 了。

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 电源功率的进一步升级

  经上述升级操作后,电源已能满足双核电脑的需要了。但若要进一步增加电源的功率和质量,还需对电源的结构做一些改造。P4电源用作逆变的脉冲功率变压器设 计的功率比较小,要大幅增加电源功率,应换用功率更大的脉冲变压器。可用40mm×33mm×11.5mm的磁芯,其骨架窗口尺寸为 17.5mmx7mm,,用Φ0.72mm加Φ0.44mm漆包线双线并绕21匝作为初级的一半(刚好占一层),包上五层耐高温胶带,再用5股 Φ0.93mm,漆包线并绕3匝(也是刚好占用一层),抽出中心头后包一层绝缘带,继续用5腰Φ0.93mm漆包线并绕3匝作为5V绕组。再用2股 0.93mm漆包线并绕两个绕组,每个绕组4匝,分别和5V绕组的起端和末端串联后得到12V绕组。再包上五层绝缘带绕初级绕组的另一半,仍用 Φ0.72mm加Φ0.44mm漆包线并绕21匝,绕完后再包上三层绝缘带,就完成了变压器的绕制。因变压器线圈的导线较粗,匝数比较少,则不用绕线机, 用手工就可绕制。不过由于5V绕组用了五服导线并绕,所以需耐心把绕组绕紧,以免绕完后装不进磁芯。磁芯可在市场上购买,含骨架的价格约为3元。变压器的 结构如下图所示。重新制作脉冲功率变压器不仅使电源的输出功率大幅度增加,还因变压器的导线加粗了,变压器的损耗大大减少,使电源效率得以大幅提升。

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  改造滤波电流互感线圈

  经低压各电源整流后,还要经滤波处理才能对外输出。首先,通过一个所谓的滤波电流互感线圈。线圈使用外径27mm、内径15mm、厚度11mm(已包括绝缘物厚度)的环形磁芯,上面绕制了+5V、±12V互相绝缘的4个绕组。

  +5V绕组绕13匝、±12V绕31匝,+5V用Φ0.93mm线双线并绕,-5V用Φ0.5mm线,+12V用Φ1.Omm线,-12V线用Φ0.5mm线绕制,其电路如下图所示(注意:4个线圈的同名端,+5V与+12V的同名端相同,而-5V、-12V因电流方向相反,其同名端也与+5V、+12V的同名端相反)。线圈的作用,一是对整流后的脉动直流电进行滤波,二是稳压。

  电源功率增加后,滤波电流互感线圈也要改造,因磁芯的空间已不大,要全面改造比较难,其 原因是尺寸较大的环形磁芯不好买。简单办法是,±5V、-l2V绕组不用改动。+12V绕组用Φ0.93mm~Φ0.97mm漆包线双线并绕31匝。这样 改造,+5V线圈的温度比较高,好在线圈都裸露在外,加上风扇的强制风冷,线圈的温度还是可以接受的。线圈改造的另一个好处,就是导线加粗后损耗有所减 少,电源效率也得到改善。

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  按规定,+5VSB电源输出电流的能力不小于2.5A,但一般P4+5VSB电源的输出能力均大于或等于2.OA,若电脑USB外挂设置不多,这部分电路不用改动,但若设置较多,可把整流二极管更换为3A以上的高频二极营,滤波电容也适当增大。

  功率因素的改善操作
  
  按ATX12V规定的要求,应提高电源的功率因素和减小电源的损耗,电源的效率要达到80%以上。许多厂家采取在电源的全桥整流滤波前串联一个带铁芯的电感线圈与电容并联电路(见下图),以提高电源的功率因素和效率。自制可用Φ0.72mm漆包线在窗口面积为12mm×22mm、叠厚11mm的口字形铁芯上绕满,其电感量约60mH,C可用小体积1.55μF/100V的电容,然后串联在220V电源进线的LC滤波器与 整流桥之间。说起来,自制一个线圈似乎并不太难,但对爱好者来说,要我一副铁芯、漆包线以及绕制线圈的绕线机,难度不小,而且控制线圈的电感量也不容易掌 握,与之并联的电容的容量应怎样选取等都是问题。因为改造了功率变压器和滤波电流互感线圈,电源的效率已得到大幅提高,若电源是自用而非作为商品出售,可 以不考虑功率因素的问题。

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  电源全部改造升级完成以后,为保证工作可靠,先要做30小时的空载试验,待一切正常后再带上假负载试验12小时~24小时,负载功率由小逐步增加到300W,在300W的功率下,。两个整流块表面的温度不应高于60℃,只有一切正常后,才能把电源装入电脑工作。

  经过一番努力,成功地将普通P4电源升级为双核电源,此电源用在一台使用AMD的双核电 脑中,电脑的基本配置为;处理器AMDAM2Athlon64x23600+(盒装)、双敏UNF6AXPRO主板、GeFORCE7300显卡、威钢 1GB×2DDR2800内存、希捷7200转160GB并口硬盘。除CPU、主板、显卡和内存为新购置外,其余均为原机所有。因整机配置不高,电源部分 除制作了4芯插头、增加了散热片、加装一个风扇并调整了短路保护电路的参数外,其余均未作改动。电源改造完成至今,工作一直正常。

  P4电源的升级,除了用作双核电脑的电源外,因为功率的大幅提高和电源质量的改善,若将其用在单核及WindowsXP系统电脑上,可增加电脑外设,减小损耗和提高系统的稳定性,意义也是巨大的。

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