作者:QSY 屈少宇
书接上回,用 10 块钱成本,将《Dell 服务器 PSU 改造成桌面 12V 电源》,感谢大家在评论区里的留下的宝贵意见和建议,正因它们,成就了这篇折腾电源的第二章内容。
12V 电源家用的话,可作为 Nas、小主机、路由器、光猫、外置硬盘的集中供电。也可以作为基础电源,通过支持 PD 协议的接口电路,为显示器和笔记本供电。还可作为 12V 工具的临时供电电源,毕竟电动工具的一半花费在电池。
在改造之外,本文也将着重讨论大家普遍关心的,Dell 服务器电源的空载功耗和噪音问题。
看到有小伙伴提出,电压表实际作用不大,建议改成电流表,这是个很棒的思路。之前也有考虑过,但碍于电源 PCB 的结构限制,单独加装电流检测电路不但工程量巨大,还严重破坏电气性能,且当时还有 10 元钱的目标成本限制,故没有实施。不过评论区里都提出来了,哪能让各位看官扫兴,加钱就是了,开干!
一、设计迭代
虽然单独加装电流表不太现实,但还有一条技术路径可以实现同样的功能,那就是与服务器电源的通讯接口对接,实时获取电压、电流、功率等数据。
服务器电源与家用 ATX 电源的主要区别之一,就是内置了一套独立的嵌入式电源管理系统,可以监控电源运行状况,调整运行参数,并与服务器主板实时通讯。下放到家用 ATX 电源上,好像也仅有海盗船 AX1200i/1600i 才配备了此功能。
既然都加钱了,思路也就打开了。珠玉在前,有手残的小偽大佬的智能取电盒项目,软件写的很棒,功能丰富。但结合到自己的使用需求,还是有 3 点缺憾:
1.ESP32 占地面积太大,且原 PCB layout 电气性能并不理想。
2. 围绕 WiFi 实现的功能太多,自己完全用不上,需要做减法。
3. 继续走工业风,3d 打印外壳那是不可能的。
评估到这里,发现实在是麻烦,原本都准备鸽了,好在有小伙伴帮忙,把大佬的源码里的与电源的 PMbus 通讯部分,移植到了 Arduino,这下说什么也得开工了。
板子重画,六层、沉金、盘中孔工艺,谈钱伤感情。为了安置 0.96 寸 oled 屏幕和 MCU 电路,对输出接口进行了调整。栅栏式接线座被迫缩成了 2Pin 版,之前 4Pin 的风扇接口取消,XT30 多加了一个。
PCB 背部大容量的 MLCC 电容依旧保留,保留阻焊开窗,搪锡后可加强过流能力。仰仗六层板设计,上一个版本为了电源回流路径完整性,而被迫留下的 12Vsb 飞线小瑕疵,得到了完美修正。
MCU 使用 ATmega328P,完全适配 Arduino IDE。MCU 及外围电路布置在屏幕下方,尽最大可能节省空间。同时 PCB 挖槽依旧保留,可辅助进气散热。因为要与屏幕叠罗汉,刷机口高度严重受限,没有使用常见的排针,而是采用了 3.5mm 高的 2.54 母座,这个器件还挺难找的。
写程序时,只需翻起屏幕,连接刷机线。平时盖在屏幕下面,完全不影响美观。实装后,发现隐蔽效果甚是出色。
PCB 侧面放置了滑动开关,需要时可以关闭整个 MCU 电路和屏幕,降低能耗。
MCU 电路和屏幕,功耗大概 0.4W。使用 12V 待机电源供电,绝大部分功率被消耗在 1117 的 12V to 5V 电压转换。这地方用 DC-DC 的话,成本上多少有点得不偿失,1117 费电就费电去吧。
电源通讯口金手指下方,标注出了 Remote+ 和 Remote- 引脚,单独引线连接到负载端,可以为输出电压提供线损补偿,根据电源手册数据,最大为 200mV。
软件功能上,只保留了对电源的运行状态的实时显示,通过按键切换页面:
第一页为主屏,输入 / 输出电压、输入功率、最高温度、风扇转速;
第二页为输入 / 输出的电压、电流、功率;
第三页为电源内初级热点(PFC 和开关 MOS)、次级热点(同步整流 MOS)、和次级外围三个温度探头的读数,及风扇转速。
被砍掉的 4Pin 风扇接口,做成了外置型的真 · PWM 调速器。设计了两个版本,分别使用 GP9101-F20K 和 GP9301-F20K 芯片,前者为 12V 输入供电,手动调速的同时,还可以外接 NTC 热敏电阻探头实现温控。后者为 10-40V 的宽电压输入版本,24V 的工业涵道扇也能驾驭,纯手动调速。老规矩,一并开源。
(嘉立创开源广场搜 "PWM 风扇调速器 ")
白嫖工艺友好,尺寸为 2.6 x 4 cm 和 2.6 x 2.6 cm,还画了更小的版本,只是没有打样验证。
二、不同供应商:雅达、台达版本的空 / 轻载功耗对比
本文的下半部分,是关于之前在评论区被热烈讨论的,服务器电源的空载功耗和噪音问题,结合手里的几款电源做个测试对比。
Dell 的同类型电源,有来自多个供应商的版本。市面上最常见的应该是台达版,其次是雅达版,可能还有光宝和纬创版,后两者目测仅存在于海鲜卖家的 " 随机发货 " 描述中,并没见过实物。
目前手头搞到了三种型号:台达 D495E-S1、台达 D750E-S1、雅达 E495E-S1。各版本的功耗表现确实有所不同,贴下测试结果,方便大家选择。
延用上一期的测试条件,对比之后,发现雅达 495w 版本的待机和空载功耗,出乎预料的优秀。基本等同于家用 ATX 电源水平,其低负载时的转换效率也是三款电源中最高的,下面是归纳的数据表格。
750w 电源空载功耗最高,预料之中,而这两款 495w 的,就有点意思了,雅达版在低负载区间效率非常高。
三、雅达 E495E-S1 vs. 台达 D495E-S1
重点对比两款 495w 电源的空载运行状态,下面做具体分析。雅达 E495E-S1 电源网上拆机图寥寥,这就开拆。而台达版本上期已拆过,网上内容也有不少,可以自行查看。
开盖之后,发现雅达 495w 版的用料,明显比台达版更 " 轻量 ",尤其 EMI、PFC 和初级部分。散热片也肉眼可见的袖珍,发热量实测也确实不高,空载开机半小时,初级温度比台达能低出 10 多度。
主滤波电容是红宝石 450V 180uf,两颗合计 360uf。整流桥和开关管型号,因角度和遮挡原因,实在看不清。
次级为同步整流方式,12V 输出滤波电容为 3 颗日化 1800uf 16V,长效 20000 小时寿命 PSG 系列;12V 待机供电输出滤波为两颗金山 470uf 16V 固态,这部分用料比台达要稍微好一些。
雅达版 495w 电源 E495E-S1,虽然待机 / 空载 / 低负载功耗表现非常出色,但实际使用中,也发现三个不大不小的问题,不容忽视。
问题一:监控报送数据不准。输出电压读数偏差还能接受,可以通过代码校正。输出电流和输出功率读数的偏差,就有点离谱了。概括出来就是,空载时底数非常大。输出电流底数 0.88A,输出功率底数 10w,这里可以确认是误报。更要命的是非线性,负载加起来之后,读数貌似又 tmd 准了,这尼玛,想用代码修正都难。。。分明就是个欢乐表。查了雅达电源手册里的读数精度范围,如上图,有如此表现好像又解释的通了。相比之下,台达版的精度就靠谱太多了。
问题二:待机啸叫声好大。只要接通 220v 电源,12V 待机电路工作,刺耳啸叫就不停的钻入脑袋。拆机排查,发现啸叫来源于待机变压器,12V 待机空载时候啸叫声最大,稍微给点负载,比如接通 MCU 电路后,啸叫声会有些许下降。动手尝试解决,在待机变压器线圈与 PCB 子板缝隙里、外围处打了一圈 704 胶后,啸叫声果然显著降低,再盖上外壳,算是耳朵勉强能接受了,但依然要比台达版大很多。。。想彻底解决,需要给 12Vsb 带上负载才行。
问题三:风扇吵,且转速不太稳定。雅达 495w 开机后,风扇转速会在 2100 到 2500 转之间反复横跳,需要忍受大概 5 分钟,热机了,风扇转速才会稳定在 2350 左右。而在此之前,不停加速减速加速减速的风扇声,实在吵得脑仁疼。而台达版本,空载转速始终维持在 1550 左右,稳的一批,且噪音极低,此时初级热点 40 多度也不算高。
对比结果总结:
雅达 E495E-S1:效率更高,发热更小。有啸叫,风扇吵,轻载时输出功率显示不准。更适合扔在角落里,长年累月默默干苦力。
台达 D495E-S1:安静,采样读数准确。空载功耗较高,轻载转化率略逊于雅达版。适合当个日常桌面用的工具电源,整体使用体验很舒服。
如无意外的话,关于 Dell 服务器电源的折腾内容,要告一段落了,除非再有新颖的应用思路值得跟进。
工程文件和 arduino 程序源码已经发布在嘉立创开源广场,抛砖引玉,欢迎大家复刻改进和交流。
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