Howto: Ventilator in de voeding vervangen

Door Flake op dinsdag 21 januari 2014 19:51 - Reacties (22)
Categorie: -, Views: 3.069

Een kleine inleiding: Mijn Delletje uit 2009 heeft nog nooit storing gegeven, voldoet nog steeds en deed z'n werk altijd fluisterstil. Daar kwam laatst verandering in toen ik een Latex-document aan het schrijven was en tijdens het compileren kon je de koeling ineens flink horen blazen. Da's natuurlijk niet goed. Nou kan ik meteen verklappen waardoor dat komt: stof. Mijn PC en randapparatuur zitten uit het zicht weggewerkt in een bureaukast die ik slechts incidenteel schoon maak, maar de laatste keer was ruim 3 jaar geleden. Misschien is incidenteel niet eens het juiste woord.

http://i.imgur.com/edTCTiz.jpg

Deze foto had ik destijds over WhatsApp naar mijn vriendin gestuurd. Leuk dat deze Dell een aparte intake heeft in de wand boven de videokaart, dat zie je niet vaak, maar als die vol zit met stof zal dat niet veel helpen. Dit gold voor de hele pc: alle kieren zaten verstopt met stof en aan de binnenkant was het net zo erg. Compressor en stofzuiger erbij gehaald, alle stof verwijderd en alle heatsinks schoon gespoten. Toen kwam er een ander euvel aan het licht: 1 fan is uit balans geraakt, hij vibreert en maakt geluid. Helaas bleek dit de fan van de voeding te zijn. Of dit door het schoonspuiten komt kan ik niet met zekerheid zeggen. Veel mensen zullen zo'n klacht laten voor wat het is, want hij draait nog wel en er komt lucht uit, maar het geluid hiervan komt bij mij over als een baby zeehond die wordt doodgeknuppeld. Zo ga je niet met elektronica om: dit moet gerepareerd worden.

Een normale opvatting van de gemiddelde IT'er is dat je de fan van een voeding niet kunt vervangen: dat wordt een nieuwe voeding. Mooi niet dus hè, die voeding werkt nog perfect en die fan kun je prima vervangen, alleen is dat niet zo simpel als een stekkertje insteken. Hiervoor moet je solderen. Als je, net zoals ik, enigszins ervaren bent met solderen, dan draai je je hand daar niet voor om, dus in dat opzicht is deze blogpost niet het spannendste wat je kunt bedenken. Ik heb toch besloten om er verslag van te leggen voor de tweaker die ook een kapotte fan in zijn voeding heeft, maar geen idee heeft hoe je dit moet oplossen. Hopelijk heb je er dus iets aan.

De benodigdheden om dit uit te voeren:
  • Een nieuwe fan
  • Schroevendraaiers
  • Strip- en kniptang
  • Een scherp (hobby)mesje
  • Soldeerbout met tin
  • Krimpkous (tip: koop een kitje met verschillende maten)
  • ESD-kitje
Wat het ESD-kitje betreft, ik heb in mijn vorige blogspot genoeg gezegd over antistatisch werken, en dat geldt ook voor deze voeding! Computervoedingen zijn flyback converters en daar zitten mosfets in. Laten mosfets nou net zeer gevoelig zijn voor statische elektriciteit. Omdat deze ook nog eens bijzonder heet worden gaat de degradatie met deze dingen net iets harder. Mocht je zo'n kit niet hebben en niet willen kopen, doe dan je best om geen componenten aan te raken, ook geen heatsinks. Bij een voeding is dat nog wel te doen.

Je zult ook iets nodig hebben om de krimpkous te laten krimpen, dat doe je met hitte. Aanstekers ben ik geen fan van, omdat je de kous vaak midden in de vlam moet houden om een beetje warmte over te kunnen dragen waarbij de temperatuur vaak te hoog wordt en het spul gaat schroeien. Ik gebruik een klein gasbrandertje: die kun je makkelijk vanuit iedere hoek richten en als je afstand houdt en veel beweegt voorkom je dat de temperatuur te hoog wordt. Een verfstripper is ook zeer geschikt, mits je 'm niet te heet zet.

http://i.imgur.com/O6apA7v.jpg?1

De voeding in kwestie (van Lite-On) met een nieuwe fan. Ik wou 'm stil hebben, net zo stil als voorheen. Dit was de enige stille fan die de retail in mijn directe omgeving kon bieden, van Fractal Design. Nu gaan we de voeding openmaken.

http://i.imgur.com/BZ7XIyM.jpg?1

Zo ziet de voeding eruit zodra hij is geopend. Zoals je ziet zit de transformator hier aan de bovenkap. Ik heb eerst de behuizing geopend zodat ik deze transformator kan opvangen tijdens demontage, zodat hij niet op de printplaat knalt. Na het losschroeven leg je hem gewoon aan de kant. De kap is dan verwijderd en dan heb je genoeg ruimte om te werken. Volgende stap is om de ventilator los te schroeven.

http://i.imgur.com/la6PxNB.jpg?1

De gewraakte ventilator. Quality and performance staat erop, ik merk het ja :/.De draadjes kunnen eraf worden geknipt, maar hou genoeg speling over om aan te kunnen solderen. Inkorten kan later altijd nog. Deze fabrikant had de gehele kabel van krimpkous voorzien. Met een hobbymesje kun je dit wegsnijden door in het begin van de kabel je mes tussen de twee aders te zetten en omlaag te strijken. Probeer wel tussen de twee aders te blijven met het mes, anders snij je in de isolatie van de kabel waarmee je kortsluiting kunt veroorzaken. Mocht dit gebeuren, dan kun je nog een nieuw stukje krimpkous om die isolatie schuiven om dit te repareren.

Na het verwijderen van de fan kun je de nieuwe plaatsen en de kabels op maat knippen. Laat een stukje over aan het uiteinde om te kunnen strippen. Bij het strippen van de kabel uit de voeding, let er op dat je geen kracht uitoefent op de printplaat! De gele kleur verraadt dat dit een pertinax printplaat is. Lekker goedkoop, prima hitte eigenschappen, maar mechanisch bijzonder zwak. Ze kunnen niet tegen trillingen (vandaar die gigantische hoeveelheid lijm die je overal ziet) en als je tijdens het strippen aan de kabel gaat trekken, dan heb je grote kans dat je de koperverbindingen aan de onderzijde kapot trekt. Hou de kabel dus vast met een tang als je tijdens het strippen aan de kabel gaat trekken. Na het strippen kun je het uiteinde twisten en vertinnen. Dan komt het er als volgt uit te zien.

http://i.imgur.com/I3BiaE6.jpg?1

Draadjes zijn ingekort, gestript, vertind, met krimpkous op z'n plek. De gele draad is voor feedback om de rotatie uit te lezen. Aansluitingen op je moederbord ondersteunen dit altijd wel, maar deze voeding doet daar niks mee. Die kun je rustig eraan laten zitten zonder ergens aan te sluiten, dit heeft geen gevolgen. De krimpkous zit per ader en zoals je op de foto ziet zit er nog een extra dikke krimpkous aan de onderzijde. Dit is mijn manier van meeraarderige kabels repareren: Zodra alles vast zit schuif ik er een extra kous omheen. Dan weet je zeker dat die isolatie nooit meer los schiet en dat alles op z'n plek blijft.

http://i.imgur.com/otnRkg4.jpg?1

De soldeerverbindingen zijn gemaakt, maar ik heb een fout gemaakt. Bij de rode kabel liet ik de krimpkous te dicht bij de verbinding komen, waardoor hij is gekrompen door de hitte van de soldeerbout. Die krijg ik niet meer netjes eraf geschoven over die verbinding waar ik 'm wel hebben. Ik zal vast niet de enige zijn waarbij dit kan gebeuren. Geen probleem: De zwarte kous is in orde, dus die kan gekrompen worden op de verbinding. De rode verbinding solderen we los, de krimpkous vervangen en opnieuw solderen.

http://i.imgur.com/RBli652.jpg?1

Zo hoort dat eruit te zien. Nu kan die grote kous over het hele geheel geschoven worden.

http://i.imgur.com/Mst4ug1.jpg?1

Klaar! Nu kan het kastje dicht :)

http://i.imgur.com/xPAzVIS.jpg?1

Voilà, de voeding zit weer in elkaar en aan de blades kun je zien dat de Fractal Design fan nu is ingebouwd. Volgende stap: testen! Als je een computervoeding op stroom zet gebeurt er niks. Om hem aan te zetten dien je de groene draad uit je ATX-plug kort te sluiten met zwart: dit is wat de computer doet als je de aan-knop indrukt. De voeding vliegt dan aan, alle spanningslijnen worden actief en de fan gaat draaien.

... of toch niet? Want tot mijn verrassing vliegt de fan dus niet aan :(. Hij heeft een klein schokje, maar draaien doet hij niet. Dat schokje geeft wel aan dat er iets gebeurt, als ik de fan een zetje geef met een stokje door het vingerrooster doet hij het wél. Zonder te meten weet ik dan al meteen wat het probleem is: De spanning is te laag. Er mag dan wel een 12V fan in zitten, maar deze voeding blijft stil door de fan op een lagere spanning aan te sturen, en die is te laag voor deze Fractal Design. Dat had ik niet verwacht. Nu ik dat weet gaan we geen nieuwe IT-fan gebruiken, maar een industriële van de lokale elektronicaboer.

http://i.imgur.com/o80xvNR.jpg?1

Poging nummer twee, dit keer met een Sunon. Met deze fans ben ik al jaren bekend: kwalitatief uitstekend spul, maar ze hebben één groot probleem: ze produceren ontzettend veel herrie. Om die reden had ik deze fan in eerste instantie geweigerd. Nu ik weet dat deze voeding de fan op een lagere spanning aanstuurt kan ik dat rustig doen. Voor de zekerheid had ik de oude fan meegenomen naar de winkel en de startspanningen vergeleken met hun voeding. Deze fan heeft zelfs een lágere startspanning dan de originele, dus dit kan niet mis gaan. Bovenstaande stappen heb ik nu herhaald, met als uitzondering dat ik mijn oude soldeerverbindingen intact laat: ik verwijder alleen de krimpkous om mijn vorige reparatie ongedaan te maken. Opnieuw geïsoleerd met nieuwe kous, testen en voilà, we have lift-off!. Vergeleken met de vorige fan verplaatst deze aanzienlijk meer lucht en omdat hij op een lage spanning wordt aangestuurd blijft hij fluisterstil. Na een stresstestje in Windows gaat de fan inderdaad harder draaien, maar horen doe ik 'm niet.

Dus ik zeg: Job done! Zelfs al heb ik in eerste instantie een verkeerde fan gekocht heeft dit klusje me toch een paar tientjes bespaard op een nieuwe voeding, plus klussen is natuurlijk altijd leuk. Die Fractal Design gaat in mijn stash van onderdelen: Wie weet komt hij ooit nog een keer van pas. Meteen een les geleerd: bij het vervangen van de fan voortaan de karakteristiek van die fan controleren als hij uit een voeding komt. Die fout maak ik niet nog een keer.

Nou is dit klusje niet echt beduidend spannend, maar ik ben bezig met een ander projectje, ook koeling gerelateerd, wat ongetwijfeld een stuk leuker zal zijn dan deze. Te zijner tijd komt daar ook een post over. Stay tuned ;)

Hardware kapot? Waarschijnlijk door ESD!

Door Flake op zaterdag 16 februari 2013 16:43 - Reacties (4)
Categorie: -, Views: 2.073

Waarom zelfbouw uitvalt en Dell niet
Mijn ouders hadden een klein bedrijf thuis met wat werkplekken, waar ik in mijn jeugd keurig de computers bijhield die ik ook zelf had gebouwd. Bij iedere computer viel wel een component uit: een harddisk, geheugenmodule, videokaart, noem maar op. Uiteraard ruim na de garantieperiode. Op een gegeven moment werd ik het zat en besloot ik voortaan computers in te kopen bij Dell om tijd te besparen. Nu draaien die al ruim vijf jaar zonder dat ik bij één machine ook maar één onderdeel had moeten vervangen. Hoe kan dit? Jarenlang ging ik er vanuit dat Dell gewoon betere kwaliteit componenten kreeg dan consumenten. Totdat ik elektrotechniek ging studeren en leerde over de gevaren van elektronica en electrostatic discharge, afgekort ESD.

Electrostatic watte?
Statische elektriciteit. Dat verschijnsel is iedereen wel bekend: knetterende kleding, een schok bij het vastpakken van een deurklink of, in haar meest extreme vorm, bliksem. Het komt sneller voor bij droge lucht en wrijving, bijvoorbeeld bij lopen over tapijt of simpelweg het dragen van synthetische kleding. In sommige gevallen kunnen wij met onze zintuigen statische elektrische lading waarnemen: Wij kunnen het voelen vanaf 3,5kV en we kunnen het zien vanaf 8kV. Bij elektronische componenten kan ESD-schade al optreden vanaf 100V in het IC zelf. Met andere woorden: het gebeurt zonder dat je het merkt, achteraf zie je er niks van en voorlopig merk je er ook niks van.

Dus met andere woorden, het bestaat niet
Helaas wel. Elektriciteit kunnen wij sowieso niet waarnemen. Een hoogspanningsmast met of zonder spanning ziet er hetzelfde uit en je kan ook niet met het blote oog zien of een geheugenmodule defect is. Alleen omdat je het niet kan zien, wil niet zeggen dat het niet gebeurt.

http://i.imgur.com/nQIMXxu.jpg


Dit is een EPROM, een inmiddels gedateerd IC ontwerp, maar door dat raampje kun je de footprint van een IC zien zitten. Als je ziet hoe klein dit is, dan kun je je voorstellen dat daar geen honderden volts aan spanning op mag komen. Bij een modern IC wordt de schade pas zichtbaar op het moment dat je het IC ontdoet van zijn behuizing en met een elektronenmicroscoop de footprint bekijkt. Die spullen heb ik niet thuis liggen, maar een simpele zoekopdracht levert al wat leuke plaatjes op. Neem bijvoorbeeld deze.

http://i.imgur.com/jyBXw10.jpg

Zo ziet lichte ESD schade eruit: een piepklein gaatje op een lithografisch aangelegd stukje silicium, veroorzaakt doordat een te grote spanning tussen die lagen terecht is gekomen. In dit stadium is jouw videokaart nog gewoon functioneel. Dit gat wordt echter groter. Hoe lang dit duurt is afhankelijk van de temperatuur en de stroom door die baan, maar uiteindelijk zal dit gat zo breed worden dat het spoortje zal breken. Vanaf dat moment is je videokaart defect en dat zal je merken. Dit kan nog wel een paar jaar duren, maar vanaf het moment dat jij je videokaart hebt vastgepakt is het al begonnen aan een langzame dood.

Zo! En wanneer gebeurt dit?
Dit kan (en zal) gebeuren als je printplaten vastpakt zonder antistatische werkplek. Zoals ik eerder heb gezegd merk je daar niks van. Je zult vast gezien hebben dat de meeste onderdelen ook geleverd worden in een antistatische zak. Vroeger dacht ik dat dat soort zaken niet meer belangrijk waren op het moment dat het product de fabriek had verlaten, maar dat is niet waar. Het houdt pas op zodra alles in een behuizing zit. Een behuizing maakt een printplaat immuun: een metalen behuizing fungeert als een kooi van Faraday en een kunststof behuizing geleidt niet, waardoor de lading de printplaat niet zal bereiken. Connectoren zijn beschermd: Bij bijvoorbeeld een USB stick zitten snelle ESD-diodes tussen de connector en de USB-controller. Hoge spanningspieken, die ver buiten de toleranties van normaal USB dataverkeer liggen en daardoor schadelijk zijn, worden door de diodes afgevoerd naar ground of VCC, zodat ze niet aankomen bij de USB-controller. Hierdoor kun je zonder problemen een USB-stick vasthouden terwijl je over tapijt loopt. Let wel dat interne connectoren (zoals PCI-e) deze diodes niet hebben.

Geldt dit alleen voor computerapparatuur?
Nee, dit geldt voor alle elektronica. Dus jouw computer, maar ook jouw Arduino, Raspberry Pi of mobiele telefoon als je de behuizing verwijdert. Oude elektronica is hier minder vatbaar voor, omdat deze volgens een lomper lithografisch procedé zijn gefabriceerd. De trend is om op steeds kleinere wafers te produceren, van 10µm in 1973 naar 5nm in 2020, omdat dit leidt tot betere warmtehuishouding. Maar als je kijkt naar bovenstaande plaatjes, dan kun je al vermoeden dat de gevolgen van ESD voor kleinere procedés groter zijn.

Dus jij wil zeggen dat Dell hier wat aan doet?
Klopt. Bij Dell kan ik dat helaas niet bewijzen, maar dat kan ik wel bij HP. Er is een video op internet verschenen van een fabrieksmedewerker die een laptop aan het testen is, maar vergeten is om de harddisk te sweepen. De nieuwe eigenaar van die laptop was zo vriendelijk om deze op Youtube te zetten. Hierop is een hoop te zien.



Zo zie je dat de medewerkers aan de lopende band een snoer om hun pols hebben. Dat is geen elektronisch huisarrest maar een geleidend contact om statische lading af te voeren. Ze hebben antistatische jassen aan, zelfs een petje. Ik zie op de stoelen een geel waarschuwingslabel zitten, dus waarschijnlijk zijn deze geleidend. Dat werkt alleen als de vloer ook geleidend is. Het schroeisel is lastig te zien. Het is niet overal even duidelijk, maar ik durf op basis van deze beelden glashard te roepen dat in deze faciliteit er alles aan wordt gedaan om ESD-schade te voorkomen. Bij Dell zijn ze heus niet achterlijk en geldt dat ongetwijfeld ook.

Dus als ik dit wil voorkomen, dan moet ik een fabriekshal inrichten?
Nee, maar wel een antistatische werkplek. Het menselijk lichaam is geleidend, dus je zult ervoor moeten zorgen dat jouw lichaam in contact komt met aarde. Dit doe je ook bij de componenten, zodat het spanningspotentiaal nul is. Als je dan ook nog voorkomt dat je tijdens het handelen statisch geladen raakt, dan ben je ESD veilig.

Ik bouw graag PC's, dus hoe kan ik dat thuis voor elkaar krijgen?
In mijn zoektocht voor een oplossing voor thuis kwam ik dit kitje tegen. Makkelijk op te bergen of mee te nemen, ideaal voor een student als ik met krappe woonruimte. Voor incidenteel gebruik is dit prima, voor een vaste werkplaats of solderen hebben ze eventueel een betere. Dit is voldoende om jezelf en het apparaat te aarden. Om te voorkomen dat je tijdens het werken statisch geladen raakt kun je een aantal maatregelen treffen. Hierin geldt natuurlijk hoe meer je doet, hoe beter. Een aantal simpele dingen die je kunt doen is een ruimte kiezen waar geen vinyl of tapijt ligt. Draag geen wol, zijde of synthetische kleding. Als je dan ook nog staand werkt of bureaustoelen, tuinstoelen en stoelen met synthetische bekleding mijdt, dan heb je al een behoorlijk nette werkomgeving. Je zou nog verder kunnen gaan door de luchtvochtigheid te regelen (hoger is beter) of een antistatische labjas als je toch synthetische kleding wil dragen, maar zo ver hoef je waarschijnlijk niet te gaan.

http://i.imgur.com/aHvbzOs.jpg

Zo ziet mijn antistatische werkplek eruit. De mat is geleidend en middels het zwarte snoer verbonden met randaarde aan die witte stekkerdoos. Ikzelf ben ook geaard met het polsbandje. In deze ruimte ligt kliklaminaat en ik zit op een leren bank. Een prima werkplek, binnen enkele minuten opgebouwd en afgebroken, waar ik met een gerust hart mijn laptopgeheugen kan upgraden zonder de boel te beschadigen :)

Leuk verhaal, maar heb je ook een bronvermelding?
Via Wikipedia of Google is zat te vinden over dit onderwerp. Een aantal punten komen uit het ESD control handbook van 3M. Voor meer informatie over ESD diodes heeft TI een prima catalogus.