gbglassens bench/ projekttråd|Page 2|Överklockning, rekord och benchmarks|Forum|Nordichardware

Ja vi ska se om jag kan få till några vettiga svar, iaf något.

ESR står för ekvivalent serieresistans och kan enkelt beskrivas som just kondensatorn motstånd, en kondensator är aldrig ideal utan har just detta lilla motstånd också, liksom en aning induktans (ESL). Ju lägre ESR desto lägre ripple får man eftersom kondensatorn fungerar mer som just en kondensator, eller hur man säger. Högre ESR ger även större förluster och till följd ökad värme och kortare livslängd.

Jag kan ge dig ett litet exempel från en regulator jag hållit på med på sistone (LT1374), en step-down med 4.5A utström, inte alls samma strömuttag som dessa på moder/grafikkort men principen är densamma.
12Vin till 5Vut 2.5A. Med 100uF på utgången ger följande ripple:

ESR     Ripple

	0.1     114mV

	0.05    59mV 

	0.025   29mV

Som du ser följer ripplet och ESR varandra väldigt linjärt.

Om jag då istället ökar kapacitansen till till 200uF och 400uF med bibehållen ESR på 0.05:

uF     Ripple

	50     59mV

	100    59mV

	200    58mV 

	400    58mV

Här ser vi att kapacitansen inte påverkar ripplet alls, inte ens om man sänker den till 50uF ökar det. Läser man databladet får man även stöd för detta där:

The output capacitor is normally chosen by its Effective Series Resistance (ESR), because this is what determines output ripple voltage. At 500kHz, any polarized capacitor is essentially resistive. To get low ESR takes volume, so physically smaller capacitors have high ESR. [...] The value in microfarads is not particularly critical, and values from 22µF to greater than 500µF work well, but you cannot cheat mother nature on ESR. If you find a tiny 22µF solid tantalum capacitor, it will have high ESR, and output ripple voltage will be terrible.

Varför slänger man inte dit några keramiska kondensatorer då kan man undra. För just denna regulator är ESR så lågt att man får loop stabilitetsproblem, databladet säger även såhär om keramiska:

Higher value, lower cost ceramic capacitors are now becoming available in smaller case sizes. These are tempting for switching regulator use because of their very low ESR. Unfortunately, the ESR is so low that it can cause loop stability problems. Solid tantalum capacitor’s ESR generates a loop “zero” at 5kHz to 50kHz that is instrumental in giving acceptable loop phase margin. Ceramic capacitors remain capacitive to beyond 300kHz and usually resonate with their ESL before ESR becomes effective.

Nyare regulatorer har oftast inga problem med keramiska eftersom det helt enkelt är gjord för dessa, dock brukar fortfarande större elektrolyter användas för att få viss kapacitans och rippleströmstålighet.
Detta ovan handlar dock om kondensatorn på utspänningen i en step-down regulator (sänker spänningen), annat är det med ingångskondensatorn, den ska klara mycket högre RMS rippleström och därför används oftast större "bulk" kondensatorer för att helt enkelt klara av stora strömstötar enkelt.
Nu är det väl egentligen inte såhär enkelt alltid och det skiljer sig mycket mellan olika regulatorer, men på ett ungefär fungerar det så.

Angående stora kondensatorer i nätagg är det först och främst säkert kondensatorerna för nätspänningen du tänker på, där behöver det vara så stor eftersom spänningen för det första är så hög (likriktad 230V ger ~325VDC) och sen är frekvensen endast 50Hz i väggen.
För sekundärsidans spänningar är det nog mer för enkelhetens skull, inte så hög switchfrekvens och för att enkelt klara höga rippleströmmar.
På moderkort är det ungefär detsamma, några större för lite "bulk" kapacitans och ibland några mindre keramiska också. Men det är väl som sagt i första hand för enkelhetens skulle, enklare regulatorer och design.

Sen nu när du nämner det här med digital regulatorer, måhända att regulatorn i sig styrs digital men i övrigt är det inget som är digitalt i den meningen, det handlar om att vältajmat slå av och på några mosfet. Däremot kör moderkortstillverkare med det som om det vore något väldigt nytt och världsrevolutionerande.

För ett kort med där man börjar närma sig kränsen för vad strömförsörjningen klarar att leverera, är det inte där det kan vara en vinning att smälla på stora kondensatorer för att "lagra" lite extra energi? eller har jag missförstått det helt?

Visst är det så. Större/fler kondensatorer ger "vinning" (till en viss gräns) när resterande inte är på sin gräns, regulatorn inte strömbegränsar osv. Strömbegränsar den hjälper det inte hur mycket kondensatorer man än slänger dit, det gör det snarare värre.

Nu vet jag inte om du vart klokare av det här, eller om det ens går att bli klokare av det. :p
Det är så svårt att generalisera och sammanfatta allt sånt här, dels för att det väl egentligen bör passa sig fint med en mångårig erfarenhet av detta (mångårig utbildning kan nog ge sitt det också) innan man förstår allt, eller en del.
Att göra en spänningsförsörjning för dagens CPUer är ingen enkel uppgift och absolut inget man gör utan erfarenhet som en glad hemmapulare, ska den sen säljas och således klara alla EMC tester osv blir det än jävligare. Innan jag ger mig på det ska jag nog läsa på lite till. 😉

Ja tillverkarna av framförallt moderkort är alltid roliga med sina överdrivna och revolutionerande tekniker. Lika roligt är det att läsa folks kommentarer om det, både i nyhetskommentarer här (ibland) och vissa recensioner av moderkort och nätagg m.m. (inte här dock vad jag läst). Värst är väl sånt som "solid state chocke" (induktans), vad skulle det vara om den inte vore "solid state", kapslade och skärmade induktanser har väl funnits hur länge som helst.
Likaså vissa typer av kondensatorer, OS-CON tex, som helt plötsligt blivit så populär att använda senaste åren som något nytt. Då sneglar man lite på SBC kortets (temperaturloggningsdatorn) kondensatorer från ~2000, och visst står det OS-CON på vissa kondensatorer. 😉

Nu är jag inte så insatt i de "digital" regulatorerna men de lösningar jag kollat på är helt enkelt själva regleringen och kontrollen av regulatorn digital, ibland används drivkretsar som kopplas digitalt till själva regulatorn osv. Möjligt att det går att ha lite snabbare switchfrekvenser och till/frånslagstider, men det är inga problem med flera MHz med "vanliga" heller och så höga frekvenser används inte så ofta på moderkort, vad jag vet.

-----------------

Induktansen i detta fall fungerar som energilagring. När regulatorns switch är på ökar strömmen genom induktansen som då bygger upp ett magnetfält samtidigt som utspänningen ökar, eftersom magnetfält är tröga att ändra kommer induktansen att blir strömtrög (* läs längre ner) för varje ändring i ström ändras magnetfältet, energi lagras. När switchen slås av kollapsar magnetfältet och energin frigörs till lasten, när när spänningen sjunkit till en viss nivå slås switchen på igen och allt börjar om.

Här är en förenklad blockdiagram för hur en step-down/buckregulatorn fungerar:

De rödmarkerade ledarna är där strömmen flyter, i den övre är switchen på och den undre är den av.
(nu har oftast inte regulatorerna på moderkort en diod som bilden ovan, utan ytterligare en switch (mosfet) istället som ger högre effektivitet men krångligare design, kallad "synchronous rectification", men det är en annan historia. ;))

Kondensatorns uppgift är att filtrera den högfrekventa rippleströmmen från induktansen och det är pga dennas ESR ripplespänning uppstår. Induktansen är alltså ännu viktigare att den väljs rätt än kondensatorn.

* Man kan jämföra det med acceleration av massa, en tung bil ändrar inte hastigheten uppåt eller nedåt lätt, utan den håller hellre sin hastighet den har och gör istället små ändringar.

En likström passerar alltså helt obehindrat genom induktansen när väl magnetfältet byggts upp, eftersom ingen ändring i ström sker. Däremot kan man använda induktanser för att förhindra strömspikar på likström.

När det gäller switchfrekvensen så är det så att ju högre frekvensen är ju mindre energi behövs lagras vid varje switchtillfälle och komponenterna kan således vara mindre, men samtidigt ökar switchförlusterna och den elektromagnetiska störningen vid högre frekvenser.
Det uppstår även lite andra intressanta fenomen då, tex något kallad "skin effect". Det är så att en AC-ström har en tendens till att få strömmentätheten att vara högre på ytan av en ledare än längre in och det gör att den effektiva resistansen för ledaren ökar med frekvensen. Det låter precis som något hifi-nördar skulle prata om utan att ha någon aning om vad det egentligen pratar om (som vanligt) :). Men det är ett fenomen som existerar och som beror på "eddy currents".

Så, för att summera ihop lite och knyta det till vad jag håller på med så blir det ungefär som jag trodde.
*Löda extra kondingar på grafikkort etc blir ett gissningsarbete. Det kan hjälpa eller inte, bara att testa. Utan riktig utrustning är det enda sättet.
* Go for kondensatorer med låg ESR, håll benen så korta som möjligt. ( vore mer än tacksam för en liten lista på lämpliga modeller:)

Ja utan att mäta ripplet är det svårt att veta om det behövs och om det hjälper.
Låg-ESR är ett måste, lämpliga modeller vet jag inte, men om vi tar elfa som exempel kan du sortera efter ESR, men här är några exempel som bör fungera bra:
https://www.elfa.se/elfa3~se_s.....=67-200-07;
https://www.elfa.se/elfa3~se_s.....=67-235-06;
https://www.elfa.se/elfa3~se_s.....=67-234-07;
https://www.elfa.se/elfa3~se_s.....=67-235-71;
https://www.elfa.se/elfa3~se_s.....=67-042-66;
Lite olika värden, spänning, rippleström och ESR. Du kan nog använda högre värden också, några 1000 uF, kolla vad som redan sitter där. Oftast ger högre spännings både högre rippleström och lägre ESR, så om det får plats går det lika bra. Söker du efter SMD hittar du lite fler modeller som passar lika bra eller bättre, brukar gå att böja ut benen på dessa och montera som du gjort med de andra.
Keramiska ska du kolla efter X5R och X7R multilayer SMD typer.

Skulle väl kunna tillägga att jag varken är utbildad i det här eller i att lära folk, så det finns säkert tveksamheter här och där eller saker som är helt oförståeliga, men det mesta stämmer nog hyfsat. 🙂

Nej inte riktigt. Parallellkopplar du två induktanser halveras induktansen och rippleströmmen och ripplespänningen blir högre, möjligen att strömbegränsningar slår in tidigare pga den högre rippleströmmen. Kan även blir problem med själva strömmätningen eftersom det rätt ofta mäts över induktansen motstånd (DCR). Utan att ha möjlighet till att mäta lite noggrannare är det nog ingen idé att greja med dessa.

Ja både effekten och frekvensen är lite för låg i ljudanläggningar för att skin effecten ska ha någon betydelse, men underskatta inte hifi-nördarnas "kunskap". 😉
Tror det finns lite formler på wikipedias sida om skin effect där det går att räkna ut skin depth och resistansen som den utgör.

Ja Sanyos kondensatorer är trevliga, men ofta dyr och lite väl lågt ESR ibland. I det här sammanhangen kan du istället lägga pengarna på lite billigare (som de ovan), allt under 30m ohm är godkänt. Sen när du parallellkopplar två kondensatorer halveras den effektiva ESR, så har du låt säga sex stycken med 30m ohm är du nere på ett effektivt ESR på 5m, i praktiken något högre pga ledare och kretskort osv. Kolla gärna de befintliga kondensatorernas ESR genom att googla på deras beteckningarna, då får du ju ett litet hum om hur "bra" de är.