作者:QSY 屈少宇
朋友们,喜闻乐见的捡垃圾系列又更新了。
众所周知,为了保障十万、百万级的高端设备 7x24 稳定运行,服务器 / 通信基站电源(PSU)向来设计紧凑、工艺精湛、且用料不惜血本,与之匹配的售价自然也高不可攀,我辈平民无福消受,但其退役之后情况却迎来了反转,只要百十块钱便可畅玩,垃圾佬们最喜欢了,比如电摩圈里大名鼎鼎的 " 华为大炮 " 就是其中佼佼者。
时间能冲淡回忆,却难易初心。距离上次瞎改矿龙,被炸到眼冒金星,已经一年有余,伤疤早被抚平,玩心已蠢蠢欲动。下面就是本期捡垃圾主角—— Dell 服务器电源。之所以选它,原因有二:
一、实在便宜,算上运费 495w 卖 30 块,750w 也才 35 块,各大平台海量上架,用券之后还能更低。1U 小机身、80Plus 白金认证,这不就是白捡嘛。
二、相比其他常见的华为、HP 的服务器电源,Dell 这个,轻载时风扇噪音非常低,买到手完全不用再改风扇。
因为没有大功率的使用需求,所以买了最便宜的 495w。到手的是台达版本,型号 D495E-S1,铭牌标注 +12.2V 输出 40.57A,+12Vsb 输出 3A。(之前没打算发帖,施工过程只是随手拍照记录,照片基本都是改造完之后补拍的)
Dell 这个电源的温控风扇,待机时噪音非常之小,这点吊打其他品牌。至于这个 "EPP",只是在服务器主板上才能实现的高级电源管理功能,用于改造成桌面 /ATX 电源,完全无影响,而且非 EPP 版本还能更便宜些。对于垃圾佬来说,EPP 版本唯一的好处就是锻炼时间相比非 EPP 能短一些,毕竟是两代产品。
既然要玩服务器电源,其 " 特立独行 " 的输出接口就是首要攻克的难关。之前在 B 站刷到了大佬的智能取电盒开源项目,完成度相当高,用 ESP32 与电源通信,液晶屏显示运行状态参数 +Wifi 控制 +3D 打印外壳,功能实现堪称完美,只是一套下来,物料成本够买 10 多个电源了,这完全有悖于 " 垃圾佬 " 的身份认同,于是决定结合自身需求,用最低成本实现接口转换。
不同于一众 CRPS 标准的服务器电源,Dell 这货的金手指接口很小众,对应的连接器不但难找,售价还高达 45 元,这还怎么玩?在嘉立创开源广场里逛了一大圈后,深受启发,受益良多。不知是哪位天才最先设计出了挖槽直焊方案,这下金手指接口连接器的钱都帮大家省下了。
愉快的借(piao)鉴(qie)了诸位前辈的 PCB 物理开槽尺寸,但也发现 Layout 好像都不太行,目测能满载大电流的凤毛麟角。于是基于自己对布线的理解,结合自身的接口转换需求,重新画了 PCB 板。
采用四层板设计,整版铺铜,电源和地分别走 1、3 和 2、4 层。按照嘉立创免费打样外层 1oz+ 内层 0.5oz 铜箔的标准粗略计算载流线宽,适配 750w 电源满载 65A 电流可轻松应对。顶层和底层还有阻焊开窗,方便搪锡增加过流能力。1100w 电源建议用 2oz 铜打板,1600w/2000w 就别考虑这个 PCB 方案了,何况板上各种接口件的额定载流也不够,建议重新设计画板 + 贴铜排。
因为担心遮挡进风口,影响散热,故画了全高、半高两个版本。板面尺寸有限,元件布置只能被迫做取舍。
全高版:正面 3 颗 1000uf 固态电容,背部贴片电容 6 个 47uf 1206,1 个 100uf 1210(12Vsb)。电压表头位置为了加强散热挖了通风孔,对电源回流路径完整性有略微影响。
半高版:为避让电源进气口,板子高度降低了 1/3。因空间局促,舍弃了电压表头,直插式滤波电容也被迫缩水为 6.3mm 直径,可安装 270/330uF 16v 固态电容 2 颗,在背面放置 5 颗 100uF 1210、3 颗 47uF 1206 贴片电容加以补偿 。正面增加阻焊开窗,搪锡后可提高过流能力。
背面搪锡加强过流能力,涂绿油做绝缘防护,试做版本,绿油涂的太丑让大家见笑了。
经实物上手安装测量,发现配合 4mm 铜柱垫高和 PCB 开孔,全高版散热口遮挡问题还算可控,故最终选择此版本装机。
半高版本元件布置也很紧凑,电压表头起到的装饰作用大于实用价值,没有也不影响功能。
本设计和其他取电板的不同之处在于,充分利用了 12Vsb 待机电路 3A 的带载能力,设置了 2510-4P 和 xh2.54-2P 插座,可以在不开机的情况下,给路由器、风扇等小物件供电,规避了主电源在极低负载区间工作时转化率下降的缺陷。为了最大化保障 12v 电源回流路径完整性,电源的 12Vsb 金手指被迫使用飞线跨接。
为了最大化过流能力,金手指建议双面焊接,此时需要拆开电源外壳。
PCB 背面焊盘与电源金手指焊接,LED 状态指示灯焊盘也需要焊接。
因为只是 495w 的 " 丐版 ",电源内部元件密度相对较低,但设计用料丝毫不马虎,同档位仍可碾压市面上众多民用级电源,具体的电源方案解析可以参看充电头网的拆解文章,这里不再赘述。
金手指焊接位置涂绿油绝缘,防止使用中被意外误触发生短路。虽然服务器电源都有完善的过流、过欠压保护控制,但物理上的防护也必不可少。
组装完毕之后,来测一下电压情况,主电源开机空载电压 12.24v,和标称一致。12Vsb 空载 12.00V,接了一个利民 C12 风扇,规格 12v 0.2A,全速运行,测得此时电压 11.9V。(相机快门太快,风扇实际正常转动)
服务器电源的空载待机功耗,向来是个短板,这也是为数不多能被吐槽的地方。因为服务器从来不关机,没有空载这种工况需求,属于产品设计时被无视的对象。
实测一下待机功耗,插座通电,电源不开机,此时只有 12Vsb 工作,待机功耗 3.2w,可以接受,毕竟里面还有一套单片机控制电路在工作。此等工况下,家用 ATX 电源,即便优秀的方案,功耗也要 1-2w。
+12V 主电源开机,经过短暂的风扇咆哮之后,空载待机功耗稳定在 7.7w,还是稍微高了些。好在 3A 以下小负载时可以用 PCB 上的 +12Vsb 插座供电,主电源可以不开机,省了这 7.7w。
接了一个买保险送的车载吸尘器,标称 35W 功率,此时插座输入功率 36.5w,不愧是 80Plus 白金电源,这转换效率无敌了。
说到这破吸尘器,就是个样子货,吸力太小,本来准备扔,但发现用来对付花盆里的 " 小黑飞 " 有奇效,吸力刚刚好,还不容易吸坏植物叶片。之前用一个是古早的 Dell 700w 服务器电源供电,体积大重量沉、即便待机风扇噪音也很大,电源效率也不太行,空载功耗 15w,带这个吸尘器插座输入功率要 44w,这次索性直接升级了,也算吃到了科技进步的红利。
电源改好,平时可以放在桌面当个摆件,以后测试风扇也方便了很多,不用再加接口转接线。(相机快门太快,风扇实际正常转动)
市面上的服务器电源,普遍都有内置嵌入式系统,可以通过 I2C 总线接口与上位机通信,碍于成本因素,本次没有尝试,感兴趣的朋友可以移步大佬的智能取电盒项目。另外 DC-ATX 改造也在考虑之中,不过市面上成熟方案比较多,要不要自己开板,还需要再调研调研。
全部完工之后算算成本帐。PCB 白嫖了嘉立创,LED 指示灯和限流电阻是料板上拆的,固态电容 + 贴片电容 + 电压表头,和其他几个接口件,也就 10 块钱吧,不能再多了。完完全全的低成本改造方案,该有的设计指标都没有降级,外观也还凑活,算是改造的比较成功吧。
本项目已在嘉立创开元广场里开源,PCB 工程文件已根据打样和安装中遇到的细微问题进行了修订,各位看官可自行烹饪。
文章最后,特别要感谢嘉立创提供的免费打样,大幅降低了 DIY 门槛。嘉立创 EDA 软件上手简单,还有网页版,期盼后续迭代升级,解决卡脖子问题指日可待。
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