CLP0212FP 电源应用一例 (NAS 电源)-20180101更新π型滤波

caoyannay

一 前因

最近在升级自己的NAS 硬件, 原来的配置是 1037U 和 5 (3,5寸) +1(2,5寸) 硬盘, 电源是 内置DELL ADP-150BB 12V 150W + DC-ATX 电源. 新配置是 H270M itx + G4560 和 7+1硬盘 (之后可以升级到 8+1硬盘), 机箱不变(Jonsbo V6), 所以需要一款新的电源, 既要满足功率要求 (3,5硬盘启12V动电流一般在2-2,5A左右), 还要能够装在空间更加有限的机箱里.

第一个考虑的是DELL 的ADP-220 其实是很好的选择, 默认功率足够大(220W), 可以修改过流保护点, 纹波非常小且平滑, 只有十几mVp-p, 就是体积太大

第二个找到的是 PS4 的模块化电源ADP-240AR, 功率和大小刚好, 纹波表现也不错, 但是由于芯片是定制的, 需要花时间修改过流保护点, 也放弃了:

图片中最小的是 ADP-150BB, 中间的是 ADP-220, 最下面的是PS4 的模块电源ADP-240AR

看着是ADP-240AR最大, 其实很薄, 宽度刚好, 长度也刚好, 下图是已改好的PS4电源模块, 可惜经常自动保护:

最后无意中搜到了这款CLP0212FP 的电源, 前后一共买了4块.

电源非常小巧, 功率也足够大, 不过也有两个明显的缺点: 纹波太大, 以及满功率有温度限制, 需要强制风冷 (200LFM).

纹波

下面是官方资料提供的纹波数据:

但只有满载时100Hz的, 没有空载时噪声数据, 下面是自己测得的空载噪声及带载纹波 (电子负载最高只能到120W, 所以10A是测试极限了).

测试方法 (图示为测试 dc-atx 纹波时)

空载噪声 (约 200Hz):

带载2A

带载5A

带载10A

可以看到噪声实在太大, 空载时最大能到200mVp-p 了, 这个不满足 ATX 电源规范的最低要求:

查了一下资料, LLC开关电源滤波最简单的方式就是加滤波电容.

工作温度要求:

所以为了防止出现功率限制问题, 使用两个电源并联输出的方式增加带载能力.

并联输出也是这个电源的特点之一, 有四种并联方法

方法1: 直连法, 连接配置引脚 pin1 之后并联输出即可

方法2: 线损(压降)补偿法: 分别连接配置引脚 pin1,2 & 3 之后并联输出, 然后分别连接pin 2 &3 至电压输出补偿点即可.

方法3和方法4是冗余接法

我选用的是方法二 (其实更多的是心里安慰作用, 因为按照实际工作电流以及实际线径, 压降几乎没有).

二 准备工作

1.    机箱改造

V6机箱原始只支持 4 个3,5硬盘位置, 改为 7+1 或 8+1 盘位需要改造:

不能使用 ATX或SFX 电源

自己设计硬盘托架(收到时卖家忘了开沉孔,只好自己动手):

电源位置预处理, 机箱前端需要挖掉一块

其它内部电源线改装, 风扇改为薄扇 (可不改, 风量为65CFM)

2.    材料准备

洞洞板 (200x300mm)

3-4平方紫铜条

MLCC 电容, 钽电容, 大容量电解电容, 瓷片电容等

铜柱, 尼龙柱, 螺丝若干: 螺纹直径 3mm

接插件

a. 电源改造所需的接插件

电源输入接插件 TE泰科编号 1376388, 1376347

配置位接插件 MOLEX 编号 51021-0400, 53047-0410, 50058-8000

注: 我用的是 4位接插件, 其实 3位就可以了, Molex 编号 51021-0300, 53047-0310, 50058-8000

220V并联输入接插件  TE泰科编号 179938, 179846, 177914 (其实应该用 177915, 线径容量更大)

电源输出接插件  普通CPU 4pin接口

12V并联输出接插件: 普通显卡 6pin 接插件

三 电源成品

注: 依据IT设备电源标准IEC/EN 60950-1的要求, 输入和输出需要做好隔离, 一般要求 5mm 的爬电距离和电气间隙, 这点在改造过程中都有考虑.

另注: 并联输出后, 输入级有噪音

并联输出部分其实做了两次, 第一次焊接和走线太丑, 第二版稍微改好了一些

这是第一版

这是第二版

内部拆解

用的洞洞板, 既可以隔离, 又可以有效散热

上盖板内部以及下改版外部用铜箔连接铜柱并接地, 用耐高温胶带隔离

输入线用多层热缩套管隔离

输出用8根直径1,2mm铜丝支撑

3头连接件就是配置输出的

输出电容: 3个 10000uF 电解, 15个 220uF 钽, 25 个 100Uf MLCC, 若干 104, 223, 以及102, 104

纹波测试

空载时的输出噪声 , 已经限制在 70以内, 偶尔到80mVpp

带载1A时纹波 (还有很大噪声)

2A (噪声很小了)

3A

5A

10A

DC-ATX 5V纹波

DC-ATX 3,3V纹波

NAS 安装

冷开机电流测试, 峰值电流 9,68A(实际应该在 15A 左右, 钳流表反应太慢, 示波器没有电流传感器探头)

压力测试电流 (AIDA 64, 勾选所有项目)

运行

待机

关机电流

[结束]

另请教各位, 减小纹波和噪声还有什么好的建议, 谢谢.

2018年1月1日更新:

自己绕了一颗电感, 磁芯是非晶材料的, 1,2mm漆包线双线并绕:

各频率下的等效电感和ESR 如下:

串入电路 (加了续流二极管 FR07)形成 π型滤波器,  不过之前的并联输出的 线损补偿 就用不了, 因为电感量太大, 必须断开


改好之后纹波已经改善了很多, 但轻载噪声还是偏高:

空载噪声好了很多


轻载 (低负载)下噪声不小:
0,1A


0,5A



1,0A


2,0A


2,5A


3,0A



负载加大后噪声明显好很多
3,5A


4,0A


5A


7A


10A


请问各位有什么办法改善轻载下的噪声吗?  谢谢.

yleee

楼主没有必要为这纹波和噪声纠结吧？用在资讯类的设备上无问题的，当然，追求完美是DIY的精神，楼主的设备齐全，就是机箱简陋了些。

yleee

楼主的钳表是带蓝牙的，我还以为是电流表模块，淘宝找了一圈没找到。

caoyannay

yleee 发表于 2017-12-24 17:13
楼主没有必要为这纹波和噪声纠结吧？用在资讯类的设备上无问题的，当然，追求完美是DIY的精神，楼主的设备 ...

谢谢回复.

存储类设备对纹波还是比较敏感的, 容易导致逻辑错误, 所以比较纠结.

这款机箱主要是小巧 23 x 25 x 20cm 的体积, 空间利用率很高, 8个3,5 + 1个2,5 再加板载M2, 做NAS 很合适.

caoyannay

yleee 发表于 2017-12-24 17:17
楼主的钳表是带蓝牙的，我还以为是电流表模块，淘宝找了一圈没找到。

是蓝牙版本的, 正式型号是 23090T, 生产商是 CEM华昌盛, APP 是 southwire 的 MApp

wulishui

楼主不缺钱。。。

caoyannay

wulishui 发表于 2017-12-24 17:55
楼主不缺钱。。。

为什么这么说?
实际穷鬼一个, 看桌子就知道了, 平时也就这点兴趣了

lhc

硬盘如何供电？

yleee

找不到楼主那款蓝牙钳形表

caoyannay

lhc 发表于 2017-12-24 19:53
硬盘如何供电？

dc-atx 电源
图中钽电容就是 DC-ATX 模块