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电脑主板固态铝电解电容器的选择

 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不能瞬间改变,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 容上的等效串联电阻(主要是作为电容阴极的电解液或者导电高分子薄膜的电阻)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,温升就越低,耐纹波能力越高。

      这个CPU供电对 阶越电流的响应要比讨论的PWM的纹波更有意义,也更好理解,这里用具体的例子来讨论一下。假设cpu当前的供电电压是1.35V(电容极板上的电 压),cpu由一个状态转为另一个状态电流突然增加50A(这个对于主流cpu来讲是符合实际情况的),那么这个增加的50A的电流就要在电容的 esr(等效串联电阻)上产生压降,某品牌C61P采用4颗6.3V 3300uF的液体电解(日本化工KZG),并联esr为12/4=3毫欧,那么 esr上压降为0.15V,也就是说cpu的电压由1.35V下降至1.20V,某通路品牌NF520le和另一通路品牌C68S采用6颗富士通R5,并 联esr为5/6=0.83毫欧,那么esr上压降为0.042V,cpu的电压由1.35V下降至1.31V,这样的差距对于超频来说影响是很大的,即 使是esr高的主板实际电压高出0.1V,对于超频来说散热和CPU的极*电压都是有限的,所以实际的超频结果就可能是能超和不能超或者超到 X2 5000+还是6000+的问题,而且液体电解低温性能下降明显,负20度时esr增加为正25度时的两倍(东北这边冬天没暖气的时候超频的机器很 容易起不来),高温时的寿命也明显不如固态电容(超频时电感和FET都很热,输入滤波的液体电解比较容易爆掉),因esr较大,供电系统本身的发热也高于 固态电容(除电容esr的发热,默认电压要高于esr低的主板才能达到同样的稳定性,所以供电电流也要大,FET和电感也要更热些),同样设计的主板,用 红宝石MBZ的电容就明显热,用富士通R5的则基本上不热,所以固态电容做开关电源滤波效果好已经是公认的了(缺点是漏电流大,不宜做交流耦合,容量相对 较小,某些不忽悠的厂家在全固态主板上也会保留液体电解做声卡耦合输出,是负责任的做法。PS:鄙视那些用10uF电容做声卡耦合输出的,32欧的负载 500HZ以下的声音都被严重衰减,而且输出声音很小)。

      当然供电的相数也很主要,因为每相FET和电感上的电阻发热与电流 平方成正比,在使用同样的FET、电容和电感的情况下,提供相同的功率输出每相供电的发热和相数平方成反比,总发热和相数成反比,两相供电做出三相的功率 输出没什么,更低的纹波也可以做到,不过并不是没有代价,电感体积要更大(这个现在不怎么流行,以前两相供电的P4主板经常见到巨型电感的),电感值要更 小(以sunlei KQ10系列为例,0.56uH的R56M 额定25A,直流电阻0.90毫欧,0.22uH的R22M 额定35A,直流电阻 0.48毫欧,不但发热低而且似乎成本也应该低一些,只是如果PWM频率相同那么每相的电流峰值也要加倍,每相FET发热就是4倍啦),PWM频率要更高 (为了降低FET上的峰值电流并且获得大电感值供电的低纹波就只有提高PWM频率),每相的FET要有更低的Rds ON阻值(相数低每相上电流平方值 高,一般需要双FET做下桥),返修率也会提高(PWM频率高,双FET并联工作返修率自然就高一些)。比如X2 4000+在3相供电的昂达N68S上 超到2.8G跑双prime时电感的温升有60度左右(再高除非自己加FET散热片,否则超频就只有跑分的意义), 而在5相供电并且有FET散热片的捷 波悍马HA01-GT3上就只需要担心CPU体质。还有就是同德代工的HD2600Pro(只有3颗日本化工PSC固态电容那种),核心超到800M后稳 定性没问题(很多人骂这卡干净,说电容太少,其实这卡电容还真的不错的,1颗PSC起码顶4颗红宝石MBZ来用,而且低温性能更好,高温寿命更长),但是 核心供电的那个电感已经很烫手了(这个时候选购两相供电比选择固态电容更有意义),如果是两相供电的HD2600Pro(比如昂达和东翎的 2600pro ddr3)就不用担心电感的温度问题,虽然电感、FET的温度上限都比较高,不过对于一般非极*OC的用户来说没人希望在那样热的情况下 使用,而且还可能影响到电容等其它器件的寿命(即使是固态电容也优秀在85度以下工作)。微星在部分845/865/945gc等主板上采用的供电就是相 数少,大体积、小电感值电感和高的PWM频率的方案,缺点是电感体积会很大(两相时),成本没低多少(铜很贵啊,下桥FET起码用两个),发热和返修率的 控制也没有多相的方案理想。用的相数少比相数多超得高是正常的(近看到微星和DFI的高端P35就是4相设计,当然电感值应该低于0.35uH以获得大 电流,否则4核供电就不太够了),也不能说谁的设计好,因为真正的高科技是PWM的技术,这个intersil等PWM芯片提供商会做的,所以相数少没什 么值得炫耀的地方(很简单的计算,通路和二线主板厂商不可能没算过,况且电感值低的电感应该更廉价)。映泰的I平台的三相供电在超频时电感温度不会低的 (跑两个Prime就知道了),所以某些人不要以为这个是很的然后拿来吹映泰技术多好(近看过有人拿这个来吹的)。

      全 固态固然炒作多于实用,但是固态铝电解电容的实用价值是不容置疑的,不要拿什么设计说事,说什么设计比电容重要(起码销量*大的中低端主板用料对稳定性的影响还 是很大的),电容的选择已经是相当重要的设计,esr大小直接决定电源的纹波大小,关系到PI(电源完整性),如果PI都设计得很一般,那么SI(信号完 整性)再好也无济于事,所以大家不要被所谓的设计比电容重要的观点误导,选择主板还是要尽量选择固态电容供电的,当然固态电容只是一个基本保证,并不是主 板的全部,所以也不要非固态不用,至于全固态则对多数人意义不大。虽然固态电容对主板(包括显卡)低温稳定性很有帮助,天冷了好多主板(显卡)连启动都成 问题,某些一线大厂的板子甚至比通路还要严重,刚开始可能只是原来兼容的内存变成不兼容了(如果能加压有多数还是能解决的只是一线的廉价板一般不提供这样 的功能),再冷一点就完*无法启动的,都是液体电解的低温性能变差所致,而通路和二线的廉价板一般CPU供电采用固态电容,而内存供电电压一般可调(像黑 潮P35这样的板子几乎所有电压都能调节,出现低温问题加点电压就可以的),所以多数情况下低温启动问题是能够解决的,这点全固态的确好得多,只是考虑到 全固态主板多搭配中看不中用的热管使得价格偏高并且多数有音质劣化问题,不推荐使用。

      固态电容*大的缺点是漏电流大,漏电流 一般达到0.2CV(CV是容量和电压的乘积),如果这个值低于500uA,按照500uA来考虑(数据来自日本化工PSC数据文档),这个已经是半个毫 安了严重影响交流耦合输出的线性度甚至烧毁一些无输入耦合电容的功放系统,声卡输出电流一般才几十个毫安,所以固态电容厂商不建议把电容用于交流耦合,如 果这块固态电容好的话那些高端声卡早这样做了,而普通液体电解尤其是音频专用的一般才0.01CV,低得多,输出线性度更好。所以很多厂商为了炒作全固态 就做得很彻底(为了利益,似乎通路全固态的都能贵出不少,一线就更不用说,其实成本增加很少的),将声卡耦合输出也固态化,严重伤害了消费者的利益。


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