Een paar vragen over het vervangen van caps in een voeding

[JJ White]

Beste allen,

Recent heb ik een Chenbro ES34069 computer kast overgenomen van een mede-Tweaker. Deze bevat een 120W voeding die een externe 19V brick gebruikt en een interne PCB heeft om de verschillende voltages te maken die nodig zijn van een ATX voeding. Dit model staat al sinds 2008 in de Pricewatch, dus nieuw is anders.

Het viel me meteen op dat de condensatoren op dit interne PCB opgezwollen waren en aan vervanging toe zijn, twee zijn zelfs al begonnen met lekken. Hierover heb ik echter een paar vragen aan mensen met meer electronica kennis dan ik.

De voeding werkt overigens wel, althans met een ouder ITX bord. Met een nieuwer Atom bord start deze niet op met de power knop en lijkt in een soort loop te hangen waar de power led even brand en weer uit gaat, met bijbehorende coil whine uit de voeding. Ik weet niet of dit door de beschadigde caps komt of een andere oorzaak heeft, zoals een te lage load.

Als ik de waarden van de condensatoren aflees heb ik de volgende op het bord zitten:
5x 16v 1000uf 105c 10x12mm (Sacon FZ5B, paars)
5x 25v 470uf 105c 10x15mm (Sacon, zwart)
2x 16v 1000uf 105c 10x16mm (Sacon, blauwgroen)

De vragen die ik heb zijn:

1. De twee 16v soorten hebben verschillende afmetingen en kleuren, ik neem aan dat deze verschillende eigenschappen hebben anders zouden dezelfde gebruikt zijn. Als ik de Sacon FZ serie opzoek staat er "Ultra Low Impedance", is dit iets waar ik rekening mee moet houden en als ik "low impedance" condensatoren koop kan ik die dan ook op de plek van de 2 "generieke" caps plaatsen?
2. Om te vervangen moet ik condensatoren kopen van een beter merk (Rubycon, Nichicon of Panasonic van wat ik begrepen heb) met dezelfde waarden en voetprint. Zou ik deze elektrolytische condensatoren ook kunnen vervangen door organisch polymeer condensatoren en heeft dat een voordeel? Ik vraag dit omdat ik in PC hardware steeds minder elektrolytische caps zie en steeds meer organische polymeer.
3. Als laatste nog de vraag waar ik deze het beste kan kopen? Als ik de waarden google die ik zoek kom ik vooral uit op Amazon, eBay en Aliexpress, niet echt plekken waar ik vertrouwen in heb. Bij Farnell kan ik zover ik weet niet als consument bestellen, Mouser is wellicht mogelijk.

Hier wat foto's van het PCB en de condensatoren:

[ Voor 5% gewijzigd door JJ White op 17-11-2022 15:42 ]

[Frank__B]

Je zou ook bij Conrad kunnen proberen. Je kan daar zoeken op allerlei eigenschappen zoals afmetingen en merk. Al zie ik low-ESR er niet tussen staan zo 1-2-3... Merken zoals Vishay, Jamicon en Nichicon zijn over het algemeen wel goede merken naar mijn mening. Voor zover ik weet, kan je altijd low impedance condensatoren plaatsen op plekken waar normale condensatoren zitten. Er zullen misschien uitzonderingsgevallen zijn, maar in zo'n power supply verwacht ik niet direct problemen.

Het blijft alleen altijd wel een feest om de juiste afmetingen te krijgen van de condensatoren die je wilt hebben. Vaak heb je weinig speling qua ruimte in zo'n voeding.

[Tom-Z]

Farnell heeft een site voor consumenten, sinuss.nl.

[peterpv]

Inderdaad, deze condensatoren staan op springen!
1) Ja, een "low impedance" cap is in principe altijd "beter" (electrisch gezien) dan een "normale" cap. Maar "normale" caps zijn meestal goedkoper dus daarom zitten er niet overal "low impedance" caps.

2) Ik denk dat je wel polymeer caps kunt gebruiken mits je oplet dat de impedance (ESR, Equivalent Series Resistance genoemd in een "echte" datasheet (voorbeeldje) dus niet zo'n 2-pagina "datasheet" zoals van Sacon) van dezelfde orde grootte is. Een 50% hogere of lagere ESR is meestal geen probleem dus staar je er niet op blind. Stel je huidige cap zou 0.022 ohm (22 mOhm) zijn, dan zou ik caps overwegen met een ESR tussen de 15 mOhm en 30 mOhm.
In die voorbeeld datasheet van Nichicon die ik linkte zie je bovenaan: "Ideally suited for use of switching power supplies." Dat is wat je moet hebben!
Als je verderop in de datasheet kijkt zie je dat dit model bij een 1000 uF 16 V cap een ESR heeft van 72 mOhm. Dat is meer dan de 22 mOhm van de Sacon!
Waarschijnlijk heeft Nichicon wel een model met zo'n lage waarde in een andere serie, ik heb niet verder gezocht. Op de websites van Farnell, Mouser etc. kun je op parameters zoeken om de modellen te vinden die geschikt zijn (b.v: 1000 uF, 16 V met een 15 mOhm < ESR < 33 MOhm) en vervolgens koop je ze ergens anders

3) Inderdaad moet je bij de gerenomeerde distributeurs zijn, Conrad is al genoemd. Er is ook nog digikey maar ik weet niet of die aan particulieren levert.

[ Voor 6% gewijzigd door peterpv op 17-11-2022 15:23 ]

[peterpv]

Tom-Z schreef op donderdag 17 november 2022 @ 15:15:
Farnell heeft een site voor consumenten, sinuss.nl.

Goeie tip, ik wist niet dat die bestond. Gelijk een bookmark aangemaakt.
Thanks

[Tom-Z]

peterpv schreef op donderdag 17 november 2022 @ 15:17:
1) Ja, een "low impedance" cap is in principe altijd "beter" (electrisch gezien) dan een "normale" cap. Maar "normale" caps zijn meestal goedkoper dus daarom zitten er niet overal "low impedance" caps.

Dat is niet helemaal waar. Het gebruik van een cap met té lage impedance kan schade geven aan electronica door hele hoge inrush currents. Dat speelt met name bij keramische condensatoren. Soms worden opzettelijk caps met een bepaalde ESR gebruikt.

[peterpv]

Tom-Z schreef op donderdag 17 november 2022 @ 15:23:
[...]

Dat is niet helemaal waar. Het gebruik van een cap met té lage impedance kan schade geven aan electronica door hele hoge inrush currents. Dat speelt met name bij keramische condensatoren. Soms worden opzettelijk caps met een bepaalde ESR gebruikt.

Klopt, je hebt gelijk. Ik negeerde dat om dat het erop lijkt dat de "normale" caps op dit PCBtje gebruikt worden voor extra filtering. Dan is de inrush current geen probleem (want wordt bepaald door de DCDC converter die ervoor zit).

Dit ziet eruit als een boardje met wat DCDC converters (schakelende regelaars) want ik zie inductors (spoelen), schakel FETs / ICs en filter condensatoren.

[ Voor 11% gewijzigd door peterpv op 17-11-2022 15:33 ]

[JJ White]

@peterpv dit bordje heeft inderdaad de taak om DC19V 6A32 te converteren naar DC12V8A, DC5V8A en DC3V35A. Als je goed kijkt op de foto staan deze ook gelabeled in de silk screen. Ik kan niet helemaal plaatsen hoe deze rails verdeeld zijn over de caps en spoelen. Ik heb nog een foto van de onderkant toegevoegd. Ik houd het gewoon bij degelijke elektrolytische caps.

@Tom-Z sinuss.nl had ik nog nooit van gehoord, ze lijken inderdaad veel te hebben. Alleen jammer dat ze geen degelijke filters hebben om de lijst met 90k+ caps uit te pluizen. Dat kan alleen via de globale zoek functie zo te zien. Ik had een paar exemplaren gevonden bij Mousser, maar daar komen €20 verzendkosten bij op mijn order van <€10 die zo in een envelop zou passen.

[jeroen3]

Je kunt bij farnell zoeken en dan de mpn (manufacturer part number) invullen bij sinuss.

Maar met reichelt en conrad moet je ook al een eind komen.

1) Je kunt kijken naar de hoogte en pitch. Dat geeft je dan een rijtje met meestal gelijkwaardige specs.
2) Ik denk niet dat je daar voordeel bij hebt.

[JJ White]

Zouden deze twee een goede keuze zijn dan?

https://sinuss.nl/product...on?variant=42788861870314
https://sinuss.nl/product...on?variant=42790380470506

[Techneut]

Frank__B schreef op donderdag 17 november 2022 @ 14:39:
Je zou ook bij Conrad kunnen proberen. Je kan daar zoeken op allerlei eigenschappen zoals afmetingen en merk. Al zie ik low-ESR er niet tussen staan zo 1-2-3... Merken zoals Vishay, Jamicon en Nichicon zijn over het algemeen wel goede merken naar mijn mening. Voor zover ik weet, kan je altijd low impedance condensatoren plaatsen op plekken waar normale condensatoren zitten. Er zullen misschien uitzonderingsgevallen zijn, maar in zo'n power supply verwacht ik niet direct problemen.

Het blijft alleen altijd wel een feest om de juiste afmetingen te krijgen van de condensatoren die je wilt hebben. Vaak heb je weinig speling qua ruimte in zo'n voeding.

Wel of niet een lage ESR, in mijn beleving is dat in voedingen helemaal niet zo belangrijk. In voedingen is de taak van een elco enkel de zo goed mogelijke afvlakking van de rimpel en verder helemaal niets. Een voldoende hoge capaciteit moet volstaan. Voor mij is het daarom een raadsel waarom er twee verschillende typen in zitten met gelijke capaciteit en van gelijke spanning. Let wel ik begrijp best wel dat voor sommige niet nader te noemen toepassingen dit wel belangrijk kan zijn. Misschien spellen dan ook de genoemde afmetingen hier een rol?

[Mavamaarten]

Het eerste wat me te binnen schoot was het bestaan van de PicoPSU: uitvoering: Mini-box picoPSU 120

Weet niet wat je aan de condensators kwijt zou zijn incl verzending (en of je het gewoon voor de lol doet, dat zou ik best snappen), maar dat lijkt me een goedkope plug and play vervanging voor wat je probeert te repareren.

[JJ White]

Mavamaarten schreef op donderdag 17 november 2022 @ 18:48:
Het eerste wat me te binnen schoot was het bestaan van de PicoPSU: uitvoering: Mini-box picoPSU 120

Weet niet wat je aan de condensators kwijt zou zijn incl verzending (en of je het gewoon voor de lol doet, dat zou ik best snappen), maar dat lijkt me een goedkope plug and play vervanging voor wat je probeert te repareren.

Sterker nog, die heb ik al liggen en bevestigd dat deze werkt met de case. Maar als het mogelijk is zou ik liever de ingebouwde PSU gebruiken of minstens repareren omdat deze beter in de case integreerd en meer aansluitingen heeft. Behalve de caps geeft de originele voeding een goed gevoel qua kwaliteit, dus vind ik het zonde om deze af te danken.

Een Pico PSU met een tal van verleng en verloopstukjes voor de twee backplanes en twee losse drives is gevoelsmatig minder dan de custom kabels en PCB. Maar mocht de originele na de reparatie nog niet werken kan ik altijd nog de PicoPSU gebruiken.

[JJ White]

Techneut schreef op donderdag 17 november 2022 @ 18:44:
[...]
Wel of niet een lage ESR, in mijn beleving is dat in voedingen helemaal niet zo belangrijk. In voedingen is de taak van een elco enkel de zo goed mogelijke afvlakking van de rimpel en verder helemaal niets. Een voldoende hoge capaciteit moet volstaan. Voor mij is het daarom een raadsel waarom er twee verschillende typen in zitten met gelijke capaciteit en van gelijke spanning. Let wel ik begrijp best wel dat voor sommige niet nader te noemen toepassingen dit wel belangrijk kan zijn. Misschien spellen dan ook de genoemde afmetingen hier een rol?

Afmetingen spelen zeker geen rol, dit PCB zit open en bloot in de case met voldoene ruimte eromheen en vooral erboven. De "goedkopere" caps zijn trouwens hoger dan de low ESR caps. Wellicht dat het een kosten overweging is geweest, door alleen waar echt nodig een low ESR cap te grbuiken, anders hadden ze wellicht ook een beter merk gekozen. Voor één bord scheelt met misschien minder dan een euro, maar dat telt wel op als je veel units maakt.

[peterpv]

Techneut schreef op donderdag 17 november 2022 @ 18:44:
[...]
Wel of niet een lage ESR, in mijn beleving is dat in voedingen helemaal niet zo belangrijk. In voedingen is de taak van een elco enkel de zo goed mogelijke afvlakking van de rimpel en verder helemaal niets.

Uhm het ligt iets genuanceerder! De ESR is wel belangrijk bij schakelende voedingen, deze werken op hoge frequenties, bijvoorbeeld 100 kHz. Bij dit soort DCDC converters staat er altijd een rimpel op de uitgangsspanning, dat is inherent aan het ontwerp.

Hoe groot/klein die rimpelspanning is wordt onder andere bepaald door de ESR van de condensatoren aan de uitgang. Een te lage ESR kan zelfs te weinig rimpel op de spanning geven waardoor de spanningregeling (een terugkoppel lus) van slag raakt!

Door de hoge schakelfrequentie en de rimpelspanning zal er ook (veel) rimpel stroom door de condensatoren lopen. Deze stroom loopt ook door de ESR (serieweerstand in de condensator). Als die ESR te hoog is krijg veel vermogensverlies in die ESR met als gevolg warme condensatoren. En wat beperkt de levensduur van condensatoren? Ja, warmte!

Daarom is de ESR soms wel belangrijk!

[peterpv]

JJ White schreef op donderdag 17 november 2022 @ 16:27:
Zouden deze twee een goede keuze zijn dan?

https://sinuss.nl/product...on?variant=42788861870314
https://sinuss.nl/product...on?variant=42790380470506

De ene cap is het ZLS model, de andere is een ZLH. Laten we vergelijken:

Bij dezelfde capaciteit en spanning, bv. 470 uF, 16 V is:
De ESR van een ZLS cap 62 mOhm
De ESR van een ZLH cap 56 mOhm
De ZLH serie heeft een iets lagere ESR maar veel scheelt het niet.

Conclusie: het zal niet veel uitmaken wat je kiest.
De belangrijkste cap die een lage ESR moet hebben zit aan de uitgang. Bij jouw PCB gaat er 19 V in, dus de 16 V caps zitten niet aan de ingang maar aan de uitgang. Die 25 V caps hangen misschien wel aan de ingang (ik dacht eerst dat ze voor extra filtering aan de uitgang waren maar nu betwijfel ik dat).
Dus ik zou de 1000uF, 16 V caps kiezen met de laagste ESR dus uit de ZLH serie, deze dus.
Voor de 470 uF, 25 V maakt het minder uit en is die ZLH die je geselecteerd hebt prima maar het mag ook wel een ZLS zijn denk ik. Als de afmetingen en prijs er niet toe doen zou ik ZLH kiezen (dus beide caps uit dezelfde serie).

[ Voor 3% gewijzigd door peterpv op 17-11-2022 22:45 ]