设为首页收藏本站

恩山无线论坛

 找回密码
 立即注册

QQ登录

只需一步,快速开始

搜索
小博无线
查看: 16601|回复: 297

[k2p] 硬改后很稳很满意之一:K2P使用的假固态电容揭密

    [复制链接]
发表于 2018-7-17 22:41 | 显示全部楼层 |阅读模式
本帖最后由 flippy 于 2018-8-1 21:10 编辑

有人质疑我把6.3v的固态电容用在5V上不安全,而且提出一大堆经验理论,为了不引起网友的误解,我在此声明:

那个人说的固态电容和我说的固态电容不是同一种,他的全部经验都是基于MLCC多层陶瓷电容而言的,那种电容不在我这个贴子的讨论范围,而且他所涉及的领域也不是民用电子产品领域,用特殊行业的产品要求来套在家用路由器上面,也只能呵呵了。特别是:按他的说法“十年没用过电解电容”,因此也可以理解为,他对近十年来固态电解电容的产业发展和器件特性根本不了解。

固态电容有多种,凡是不含电解液的都是固态电容,我贴子里用“固态电容”这个名字,只是习惯用法,又有图片,不会引起混淆。

我这个贴子,有照片,有数据,有依据,涉及的电容全部都指的是“导电高分子固态聚合物铝电解电容“,英文名字是“Conductive Polymer Aluminum Solid Capacitors”,也可简称为OS-CON或是其它名字,6.3V耐压的用在5V电压上面是完全合理的,没有任何隐患。而且有众多的大牌路由器拆机图可以作为佐证。那些大厂的路由器,同样用了6.3v的固态电容在5V供电上,而且经过了市场的验证,绝不是某人说的“只是为了省钱”。


说明:
这个改造主要针对有些不太稳定的路由,如果你的路由已经很稳定,或是自己觉得没必要折腾的,那就不用往下看了。
另外,硬件改造需要热风枪,至少也要有电烙铁,还有焊锡丝,焊锡膏这些玩意,如果没有条件的网友,也可以打个酱油,绝对没有怂恿各位硬改的意思
..

..
..


..




不稳定指的是:

原厂的供电方面,由于成本控制,不可能用太好的元件,因此整体性能是够用就好,但由于元件本身具有离散性,特别是电解电容的离散性很大,而且电解电容的寿命不长,温度特性也不好,导致整机处于稳定与不稳定的边缘,可能大部分情况稳定,但小部分情况不稳定(比如网口不定期掉线,无缘无故死机重启,无线丢包率高之类的,或是夏天稳定,冬天不稳定之类的)

举例说明:

3.3V部分,主要是供网口使用,也供闪存使用,并进一步降压到1.5V供内存使用,如果这一路不稳定,就会出现网口掉线或死机等情况
补充:根据最近找到的资料,MT7615、MT7621用到了5V(PCIE总线)、3.3V, 1.6V, 1.1V等多组电压,后两组也可能是从3.3V这一路分出来的。另外,K2P 的 A1版本有4个电感,也就是有4路主供电,但只有3路用了电解电容,怀疑其中有2路是3.3v的,而A2版本只有3路主供电。如果手上有A1且有万用表的朋友,不妨实测一下看看。

1.15V部分,主要供CPU使用,如果不稳定,就导致死机或卡顿等情况

5V部分是耗电量(变化范围)最大的,据估计,空载时大约1W(来自坛内网友提供的资料),而满载可能达8W(计算得到的,具体见下面), 5V这一路主要供无线PA使用,如果不稳定,就导致无线断流或降速等情况,或是导致弱信号不稳定。
5V功耗计算依据:我查过K2P所用的功放芯片资料,2.4G的PA最大电流约480mA,两个加起来就是960mA,5G PA的最大电流330mA ,两个加起来就660mA,2.4G + 5G ,共4个PA,最大电流约1.6A,这还没算LNA以及其它用到5V的耗电, 就以1.6A来计算,5V * 1.6A = 8W。说明这一路的功耗还是比较大的,原厂A1版在这一路上特别加了两个钽电容,B1上也有, 但A2版把这两个钽电容缩掉了,焊盘仍然保留着。当然,8W是理论上的最大耗电,指的是2.4G和5G全部满速,且功率开到最大的情况下,大部分时间是不可能达到极限值的。
A1版到A2版在供电方面的变化,主要就在5V这一路,另外两路是没变的。A1用了FF7芯片,频率是500Khz,有钽电容, A2版换成了另一种6脚芯片,资料查不到,去掉了钽电容, 另外电感从A1的6.8uH变成了A2的2.2uH,原因不明。因此我个人猜测:新的芯片可能降低了工作频率,以使得电解电容的滤波效果提升,但另一方面,开关频率下降,MLCC电容的滤波效果也会下降了;当然也有另一种可能:频率增加了,进一步提高MLCC电容的滤波效果;第三种可能,频率没变,仅仅是物料方面有变化。具体属于哪一种不得而知。总体上而言,缩水这个事实是没变的(纯属猜测)。
[2018-07-25更新], 5V供电所用的芯片已查到:丝印AXUH,型号为MP1653HGTF-Z,开关频率是800Khz,比A1版的500Khz更高了。输出最大电流3A, TB上有卖的,这样万一坏了也不怕了。

另外,不同的固件也有影响,有些人反映这个固件稳定,那个固件不稳定,但另一些人又说都稳定,或都不稳定,我怀疑是因为不同固件使用的硬件资源不一样,有些耗电量小,有些耗电量大,而耗电量大的固件就可能不稳定。

综上所述,对电源供电方面进行合理的硬件改造可以提高供电的稳定性,从而解决一些莫名其妙的问题。而改造用的方法,其实也就是老掉牙的换电容方法,这个方法在主板、PC电源、充电器等方面是屡试不爽的,今天也拿来路由器上试试看。
另外,K2P虽说发热不太大,但改一下也是有好处的,原厂用的硅胶片,导热系数太低,可能只有2-3,而导热陶瓷片的导热系数有20-30,可以更快的把芯片热量传导到屏蔽罩上面。

正文:
测试环境说明:
(没有改前的记录,只有改后的记录,如果坛友能帮忙用类似的环境补一个改前记录更好。)
共有3个路由,电脑接到第三级路由,每一级到上一级都是路由模式,下面测试从第三级路由ping到第一级路由的情况,即:
笔记本 LAN -> K2p(Padavan) LAN -> K2p(Padavan) 5G -> AC15 5G -> AC15 WAN -> K2p(Openwrt cc 1.7.2) LAN -> K2p(Openwrt cc 1.7.2) WAN PPPOE -> 电信

PING3.PNG

ping到主路由的LAN口:
ping2.PNG
ping到局端网关的情况:

ping4.jpg
开启多拨及adbyby后测速:
SPEED.PNG


一级路由: K2P A2, 硬改情况:
   硬改32+512,未改USB,

   硬改芯片到屏蔽罩的散热(用了TO-220的导热陶瓷片+道康宁5668硅脂, 1mm厚度), 
   加2个钽电容(AVS 100uF 16V 6032),  
   换3个固态电容(
     3.3V位置,原厂用的220uf/10V,换成220uf/6.3V 直径6*高度6,
     1.15V位置,原厂用的220uv/6.3V, 换成390uf/2.5V   直径6*高度6,
     5V位置,原厂用的220uf/10V,换成100uf/16v,    直径6*高度6,(后来又改成220uf/6.3v + 470uf/6.3v并联,就是这一点引起了个别网友的争议)
                 因为强迫症所以用了3种不同的电容,实际上220uF/6.3V就可以同时用在3个地方
   )
   固件:刷open cc 1.7.2, 开S-S R,开多拨, 开adbyby, 关samba, 识别内存为512MB,超频无效(后来从hackpascal那里得知,超频还是有效的,只是open cc把频率写死了)

二级路由:腾达AC15,原装未改,以有线方式连接一级路由

三级路由:K2P A2, 硬改情况同一级路由
  固件:刷无灯的padavan , 5G无线桥接至二级路由(隔一道承重墙),仅开了kp,识别内存为440MB,超频至1200M有效


另外: 原厂的电解电容已查到资料,属于垃圾级的,连LowESR都不是,开关电源芯片的工作频率为500Khz(见我在故障维修版发的 FF7电源芯片资料),在这个环境下,原厂用的电解电容几乎成了摆设(电解电容的最佳工作频率在100Khz以下),基本没什么滤波效果了,当然,原厂另外加了好几个MLCC小电容,我认为那些小电容才是滤波的主力。因此,随便换一个固态电容上去,滤波效果都会比原来好很多。
UT.PNG

电容品牌:柯森  系列:UT  220uf/6.3V最大涟波电流:69mA(注意:是120Hz下的,而不是100Khz下的)
(这款电容似乎在K2到K3的所有型号中都能见到)
UT.PNG
点评:这个系列的电容根本不是用在开关电源上的,从官方的表格上就能看到,性能极差,下面给一个日系某LowESR电解电容同规格的参数:
jp.PNG
该220uf/6.3V电容的ESR为0.36Ω,即360mΩ(UT系列没给出这个参数),100Khz下的涟波电流为240mA,比UT系列大3倍多,所以说,即使不采用固态电容,至少也应该是LowESR这一级别的电解电容,才适合开关电源的场景吧,但K2P的原厂电容实在是让人没话说了。

ESR为什么这么重要?这要从滤波电容的基本功能说起:电容的作用就是通交流,隔直流,把电源中的波动尽可能的过滤掉,留下较为稳定的直流电供给下级负载使用,中学物理都讲过的,即使是学渣也应该多多少少记得一些吧。
如果是低频电源,则容抗更为重要,也就是电容量越大,滤掉的交流成分越多,而在高频开关电源上面,ESR(等效串联电阻)比容抗更为重要,这个值越小,则能够滤掉的交流成分就越多。因为在高频(50Khz以上),无论你是10000uf的电容,还是10uf的电容,其容抗都可以忽略不计了,剩下的能够影响滤波效果的主要因素,就是ESR。

上面反复讲ESR,就是说明这个参数的重要性。

原厂所用的UT系列电解电容,厂家没有给出ESR,但可以推测出基本在1欧姆附近,或者更高,新换的固态电解电容,其ESR一般是10毫欧至30毫欧这个范围,两者相差50倍左右。
用简单的公式描述: 纹波电压=纹波电流*ESR (实际的公式比这个复杂一些,但不太方便理解)
纹波电流是由电感及负载等因素决定的,而ESR是由电容决定的。可见,在纹波电流不变的情况下,ESR与纹波电压是成正比的,所以换了固态电容后,对纹波的改善程度是显而易见的。
eeESS-S RRR_FREQ.PNG
这是等效阻抗与开关频率的关系图,其中粗红线就是本贴的主角:固态电解电容,而绿虚线和黄虚线就是普通电解电容(两种不同的容量),蓝虚线则是普通钽电容
以黄虚线为例,其阻抗在100Khz附近达到最低点,之后就折头向上了,而固态电容的最低点则在接近1Mhz的位置。
再比如在黄虚线与粗红线的相交位置,大约200Khz的位置,可以认为1000uf的普通电解与56uf的固态电容是等价的,这两者是多么大的差距啊!

上面反复强调开关电源的频率,其原因在这里可以得到说明。

还有一点:温度特性
普通电解电容,由于是液态电解质,在低温下流动性减少,从而性能下降,高温下流动性增加,性能提升(但是寿命减少),而固态电解不存在此问题。有些电子设备,在冬天的时候就爱出故障,夏天却正常了,里面有一大部分原因与此有关。

既然固态电解相对于普通电解有这么多优点,是不是该考虑开始干了?看到这里的网友估计也有点动心了吧。下面就讲讲固态电容选型的问题。


首先,测量路由器上原电容的尺寸,以及确定电压值,经测量,三路供电从上到下(上方是电源接口那方)分别是3.3v, 1.15v, 5v,3个电容都是6.3直径,5.4高度的,再观察电容与外壳的间距,最后得出结论,电容体积不能超过6.3x6(5V位置),另外的3.3和1.15可以适当加高,但也不宜超过8mm高度。(还有25v 220uf那两个电容,改造的意义不太大,先不考虑)
接下来,找到一家电容厂商的官网查资料,我找的是

http://www.chemi-con.co.jp/c/catalog/aluminum.html  

再列举几个:
https://industrial.panasonic.cn/ ... r-capacitors/os-con
http://cn-nichicon.com/products/solid/solid_daia_f.htm
http://www.rubycon.co.jp/cn/catalog/capacitors.html
都是小日本的,没办法,固态电解这个东西人家就是做得好,台湾的也有几个牌子,比如立隆lenon,智宝teapo等,就不一一列举了。

下载 http://www.chemi-con.co.jp/c/cat ... ctlistcp-c-2018.pdf 这个文件并打开

初选耐压、体积合适的,然后再细选,过程就不讲了,厂家选型的原则是成本优先,而个人diy的选型原则就是性能优先。
最后得到这几个:
3.3v的位置,允许使用耐压4V以上的电容,选了图上这两个型号:
XXX.PNG
pxf和pxe,然后到淘宝上找卖家,先问pxf,人家要整盘出(1000个),买不起,pass,另一个pxe 220uf/6.3v 买到了
插曲:其实中间还选过pxk 220uf/6.3v,但收到货以后发现实物与照片不相符,所以后来没敢用这款电容,剪开看过,确实是固态电容,不是电解假冒的。

1.15v的,允许使用耐压高于2.5v的电容 ,选了这个:
1.15.PNG
pxf 390uf/2.5v,淘宝顺利找到卖家,搞定
5v的,允许采用耐压6.3v以上的电容,第一次是选的lenon 100uf/16v,第二次选了pxe 220uf/6.3v(这个耐压引起网友争议,不过我有充分的自信来使用它)

根据254楼的网友提供的信息,原来有专门的电子元件商城可以零买各种元器件的,我一直不知道,准备买元件的网友可以试试,我下次也准备试试


嗯,选型搞定,下面就可以开始实际操作了,具体过程没拍照,就pass掉了

新换的固态电容及钽电容及陶瓷导热片一览

capa.PNG
taoci.PNG
2.5V390.PNG
6.3_220.PNG


16V100uf.png

补充小知识:固态电容、电解电容、钽电容的对比图:
捕获555、.PNG
上表是从三洋固态电容的相关文档中截取,大致意思是:
以测试电路中达到同样的纹波电压水平来对比,三类电容都找同一容量的做测试

常温下,1个固态=7.15个电解=1.46个钽电容
零下20度,1个固态=16.7个电解=1.46个钽电容
零上70度,1个固态=4.77个电解=1.46个钽电容
所以说,固态电容不但远远强于普通电解,也稍强于钽电容

gaigai.jpg

总结:
改散热和电容还是对稳定性有帮助的,喜欢折腾的朋友可以试下哈。
另外,贴片的电容拆下和装上都有点难度,主要是铜箔面积过大,温度上不来,拆的时候建议用斜口钳暴力拆除,焊的时候先吹到锡化,再用镊子迅速把电容放上,保险点的话还是建议找引脚式的电容更容易焊些,不过尺寸一定要注意,特别是5V那个位置,高度不能超过6mm,否则装不上外壳。

换滤波电容,容量并不重要,主要看尺寸是否合适,ESR是否足够低。

改造注意事项:   
       1.换好固态电容要慎用洗板水!慎用洗板水!慎用洗板水!会掉字,我的两个路由,有一个把电容上的字全洗掉了,虽然不影响使用,但是难看,旁边的电感也不耐洗,同样会掉字。
       2.小心旁边的电感,磁芯很脆,一碰就碎,我的就碎了一小块,虽然不影响使用,但是难看(下一步准备把电感也换掉)。
          想看换电感有什么效果的,请移步这个贴子:  硬改后很稳很满意之二

稳定性验证:
5G.jpg 5GG.jpg
先别笑话这么弱的信号,说说场景:k2p放在12楼窗台,人在一楼单元外,斜对面,直线距离大约50多米,可以稳定看网页,不掉线。改造前在楼下是连不上5G的。

点评

看163楼那个瓷片,导热系数180!不知道真的假的,感脚悬得很 http://www.right.com.cn/forum/forum.php?mod=redirect&goto=findpost&ptid=330962&pid=2944412  发表于 2018-7-21 22:28

评分

参与人数 13恩山币 +12 收起 理由
蛋包饭2014 + 1 率全体恩山路由党以及党魁向你学习!
namecup + 1 率全体恩山路由党以及党魁向你学习!
乐享人生 + 1 率全体恩山路由党以及党魁向你学习!
风请留住 + 1 膜拜真大佬
speedog + 1 率全体恩山路由党以及党魁向你学习!
109109109lf + 1 强大的恩山!(以下重复1万次)
esjslt -1 面对这种帖子,我内心复杂,真不知道说什么好……
lcsy + 2 https://item.taobao.com/item.htm?spm=a230r.1.14.144.28752d05MpxXmA&id=563308
qpzr + 1 一看就是觉得高端、大气、上档次!
redyan9985 + 1 一看就是觉得高端、大气、上档次!
郝凡 + 1 强大的恩山!(以下重复1万次)
minwey + 1 强大的恩山!(以下重复1万次)
rush + 1 谢谢分享,我也准备改

查看全部评分

我的恩山、我的无线 The best wifi forum is right here.
发表于 2018-7-17 23:00 | 显示全部楼层
花了多少钱,可以把用的原件和价格列一下

点评

k2p a本来就很稳定,不需要折腾。  详情 回复 发表于 2018-7-18 00:08
闪存和内存发贴的多了,就不说了 导热陶瓷片是好多年前买的,记不清了,大约几毛钱一片吧 固态电容不包邮 [attachimg]233374[/attachimg] 钽电容包邮: [attachimg]233375[/attachimg]  详情 回复 发表于 2018-7-17 23:11
我的恩山、我的无线 The best wifi forum is right here.
发表于 2018-7-17 23:03 | 显示全部楼层
太牛逼了,楼主
来自苹果客户端来自苹果客户端
我的恩山、我的无线 The best wifi forum is right here.
发表于 2018-7-17 23:10 | 显示全部楼层
换的电容在那些位置。能否上图标识下?

点评

[attachimg]233376[/attachimg][attachimg]233377[/attachimg][attachimg]233378[/attachimg][attachimg]233379[/attachimg]  详情 回复 发表于 2018-7-17 23:27
我的恩山、我的无线 The best wifi forum is right here.
 楼主| 发表于 2018-7-17 23:11 | 显示全部楼层
a404021498 发表于 2018-7-17 23:00
花了多少钱,可以把用的原件和价格列一下

闪存和内存发贴的多了,就不说了
导热陶瓷片是好多年前买的,记不清了,大约几毛钱一片吧

固态电容不包邮

taobao1.PNG
钽电容包邮:

tan.PNG
我的恩山、我的无线 The best wifi forum is right here.
 楼主| 发表于 2018-7-17 23:27 | 显示全部楼层
leida 发表于 2018-7-17 23:10
换的电容在那些位置。能否上图标识下?

c1.PNG c2.PNG c3.PNG c4.jpg
我的恩山、我的无线 The best wifi forum is right here.
发表于 2018-7-17 23:46 | 显示全部楼层
改电容,我觉得拿到手机维修店的测下电压波纹,不过散热和电源好坏确实对路由器的稳定性有影响
来自安卓客户端来自安卓客户端
我的恩山、我的无线 The best wifi forum is right here.
 楼主| 发表于 2018-7-18 00:05 来自手机 | 显示全部楼层
补充一下,硬改之前,padavan稳定运行了几天,但open cc不稳定,几小时内就死过几次,1.6  1.7  1.7.2都死过,硬改后open cc放弱电箱里稳定运行两天了。
我的恩山、我的无线 The best wifi forum is right here.
发表于 2018-7-18 00:08 | 显示全部楼层
a404021498 发表于 2018-7-17 23:00
花了多少钱,可以把用的原件和价格列一下

k2p a本来就很稳定,不需要折腾。

点评

个体有差异,这个好多人都说过的,但没人研究差异的原因在哪里,我的方案也是做一些尝试,证明有效。  详情 回复 发表于 2018-7-18 00:13
我的恩山、我的无线 The best wifi forum is right here.
 楼主| 发表于 2018-7-18 00:13 来自手机 | 显示全部楼层
xytb 发表于 2018-7-18 00:08
k2p a本来就很稳定,不需要折腾。

个体有差异,这个好多人都说过的,但没人研究差异的原因在哪里,我的方案也是做一些尝试,证明有效。

点评

有可能,要是能做一下硬改前后对不,就更好了。  详情 回复 发表于 2018-7-18 00:22
我的恩山、我的无线 The best wifi forum is right here.
发表于 2018-7-18 00:22 | 显示全部楼层
flippy 发表于 2018-7-18 00:13
个体有差异,这个好多人都说过的,但没人研究差异的原因在哪里,我的方案也是做一些尝试,证明有效。

有可能,要是能做一下硬改前后对不,就更好了。
我的恩山、我的无线 The best wifi forum is right here.
发表于 2018-7-18 07:04 | 显示全部楼层
太牛逼了,楼主
我的恩山、我的无线 The best wifi forum is right here.
发表于 2018-7-18 19:18 | 显示全部楼层
太高深了看不懂

点评

这个主要针对有些不太稳定的路由,不稳定指的是: 原厂的供电方面,由于成本控制,不可能用太好的元件,因此整体性能是够用就好,但由于元件本身具有离散性,特别是电解电容的离散性很大,而且电解电容的寿命不长,  详情 回复 发表于 2018-7-19 09:48
来自苹果客户端来自苹果客户端
我的恩山、我的无线 The best wifi forum is right here.
 楼主| 发表于 2018-7-19 09:48 | 显示全部楼层
本帖最后由 flippy 于 2018-7-19 09:53 编辑

这个主要针对有些不太稳定的路由,不稳定指的是:
原厂的供电方面,由于成本控制,不可能用太好的元件,因此整体性能是够用就好,但由于元件本身具有离散性,特别是电解电容的离散性很大,而且电解电容的寿命不长,温度特性也不好,导致整机处于稳定与不稳定的边缘,可能大部分情况稳定,但小部分情况不稳定。

举例说明:

3.3V部分,主要是供网口使用,也进一步降压到1.5V供内存使用,如果这一路不稳定,就会出现网口掉线等情况

1.15V部分,主要供CPU使用,如果不稳定,就导致死机

耗电量最大的是5V部分,供无线PA使用,如果不稳定,就导致无线断流或降速等情况。我查过K2P所用的功放芯片资料,2.4G的PA最大电流约480mA,两个加起来就是960mA,5G PA的最大电流330mA ,两个加起来就660mA,2.4G + 5G ,共4个PA,最大电流约1.6A,这还没算LNA以及其它用到5V的耗电, 就以1.6A来计算,5V * 1.6 = 8W。说明这一路的功耗还是比较大的,原厂A1版为此加了两个钽电容,但A2版缩水了。当然,8W是理论上的最大耗电,指的是2.4G和5G全部满速,且功率开到最大的情况下,大部分时间是不可能达到极限值的。

另外,不同的固件也有影响,有些人反映这个固件稳定,那个固件不稳定,但另一些人又说都稳定,或都不稳定,我怀疑是因为不同固件使用的硬件资源不一样,有些耗电量小,有些耗电量大,而耗电量大的固件就可能不稳定。


综上所述,电容改造可以提高供电的稳定性,从而解决一些莫名其妙的问题。

另外,K2P虽说发热不太大,但改一下也是有好处的,原厂用的硅胶片,导热系数太低,可能只有2-3,而导热陶瓷片的导热系数有20-30,可以更快的把芯片热量传导到屏蔽罩上面。
我的恩山、我的无线 The best wifi forum is right here.
发表于 2018-7-19 10:05 | 显示全部楼层
学习学习。。
我的恩山、我的无线 The best wifi forum is right here.
您需要登录后才可以回帖 登录 | 立即注册

本版积分规则

QQ|手机版|小黑屋|Archiver|恩山无线论坛 ( 苏ICP备05084872号-1 )  

GMT+8, 2018-8-16 21:58

Powered by Discuz! X3.3

© 2001-2017 Comsenz Inc.

快速回复 返回顶部 返回列表