C64 Großumbau (Lebensverlängernde Maßnahmen gegen Wärme)

Der Neunteile umbau ist nicht für das Seltene Sammlerstück gedacht sondern für die Arbeitsmaschiene die viel läuft.

Ziel der vielen kleinen baustellen ist es die Verlustleistung im Innern des Gehäuses zu reduzieren um die Betriebstemperatur
der Chips abzusenken um die Lebensdauer zu maximieren.

Später werde ich noch Anleitungen posten, um weitere Schutzmaßnahmen für das Netzteil und SID nachzurüsten
Aber vorher werde ich noch intensiv erproben ob alles passt.

Was bringt der Umbau:
Stromaufnahme vor dem Umbau:

Original
9V 0,65A =5,85 Watt
5V 0,85A =4,25 Watt
___________________
10,10 Watt Gesamtleistung

Nach dem Umbau
9 V 0,326A =2,94 Watt
5 V 0,40A =2,00 Watt
__________________
4,94 Watt Gesamtleistung

Die Messergebnisse:

Meßaufbau Luft Core Delta Oberfläche Innenluft
1 Brotkasten mit Schirm 23,0 93,3 70,3 82 42
2 Brotkasten ohne Schirm 22,0 85,3 63,3 76 39
3 Brotkasten ohne Schirm mit losen Kühlkörper21,5 72,5 51,0 63 38
4 Brotkasten ohne schirm mit wärmeleitpast 22,0 71,2 49,2 62 38
5 Brotkasten Ohne Schirm ohne Kühlkörper mit Low Power umbau 21 72 45 -- 27

Core = Silizium Die Temperatur
Delta = Temperatur Differnz zwischen Umgebungsluft aussen und Silizium Die
Luft = Lufttemperatur ausserhalb C64 Gehäuse
Oberfläche = Oberflächentemperatur SID oder Kühlkörper
Innenluft = Lufttemperatur innerhalb des Gehäuses

Wir sind nun ohne Kühlkörper in dem Temperaturbereich den wir vorher mit Kühlkörper ereicht haben, auf wunsch wird eine Messung
mit Kühlkörper+ Wärmeleitpaste nachgereicht.

Die veränderte Wärmeentwicklung ist gut auf den Thermobildern zu sehen.

1. ROM auf EPROM
Die ROM Bausteine für das Kernel, Basic, und Zeichensatz benötigen je ca. 65 mA.
Ein EPROM 27CXXX hat lediglich eine Stromaufnahme von 4-7 mA.
Durch das ersetzen der drei ROM bausteine durch ein EPROM kann der Stromverbrauch auf 5 Volt Netzteilschiene um bis zu
270 mA reduziert werden, bei Verwendung eines 27C512 Eprom ist auch ein Kernel/Basic/Chear Umschaltung möglich.
Zuerst müssen die ROM Bausteine ausgelötet werden, und IC Präzisions IC Sockel verbaut werden.
Anschließend wird in den Mittleren Sockel U4 der Adaptersockel gesteckt und die beiden Chip Select leitungen auf Pin 20 des Nachbarsockels gesteckt

Speicheraufteilung im EPROM

--------------------------------32k
Kernel 6000 bis 7FFF
--------------------------------24k
Free 5000 bis 5FFF
--------------------------------20k
Chear 4000 bis 4FFF
-------------------------------16k
Basic 2000 bis 3FFF
--------------------------------8k
Free 0000 bis 1FFF
--------------------------------0

Benötige Bauteile:
4 *IC Sockel 24 Pol.
IC Sockel 28 Pol.
3* Diode SB-140
EPROM 27C256 oder für mit Systemumschaltung 27C512
ggf. Schalter für Systemumschaltung
ggf. 1 Wiederstand 1k Ohm

Die PLA im C64 zieht ca. 100mA, ein umbau auf ein 27C512 Eprom Reduziert die Stromaufnahme
auf ca. 6mA.

Es wird zuerst die PLA ausgelötet, und ein IC Sockel eingelötet.
Aus zwei IC Sockeln wird der EPROM-PLA Adapter zusammengelötet, und das gebrannte EPROM eingesetzt, fertig.

Einen Besonderen Dank an JOGI das ich seine bauanleitung nutzen darf !

3. 7805 Auf Schaltregler
Der 7805 Spannungsregler auf der ASSY 250407 wird mit einem Strom von ca.300 mA belastet, die Eingangsspannung des Reglers sind die
gleichgerichteten 9 Volt vom Netzteil.
Der Regler hat nach der Glättung der 9 Volt ca. 10 Volt Eingangsspannung bei einer Ausgangspannung von 5 Volt.
Der Wirkungsgrad des Reglers ist 10 Volt - 5 Volt = 5 Volt Spannungsabfall am Regler, 5 V : 10V =50% Wirkungsgrad.
Wenn der 7805 gegen einen Pinkompatiblen Schaltregler ausgetauscht wird, steigt der Wirkungsgrad auf bis zu 94 %.
Conrad Elektronik hat zum beispiel die 154496 - 62 im Angebot, einfach die Schraube am Kühlkörper Lösen, den Regler
auslöten und den neuen Schaltregler einsetzen.

Benötigte Bauteile:
Schaltregler Kosten ca. 10,16 Euro

4. 7812 auf Schaltregler
Bei dem 7812 auf der ASSY 250407 gilt das gleiche wie bei Punkt 3.
Strom ca. 100 mA bei 12 Volt, Eingangsspannung 17 Volt (Spannungsverdopplerschaltung mit Kondensator und Gleichrichter)
Wirkungsgrad ca. 70%.
Durch Wechsel des Gleichrichters (Siehe 6.) und Reduzierung der Stromlast auf der 9 Volt Schiene erhöht sich die
Spannung am eingang auf ca. 21 Volt was den wirkungsgrad des Schaltreglers zu gute kommt (Bis zu 97%)
.

Benötigte Bauteile:
Schaltregler Kosten ca. 10,16 Euro Bestellnummer 154484 - 62

5. RAM umbau von 4164 auf 53c464-70
Der Arbeitsspeicher des C64 mit einer ASSY 250407 hat acht bausteine a 64k*1, jeder baustein benötigt zwischen 16-21 mA.
Das bedeutet eine Gesamtstromaufnahme von 130 mA bis 170 mA.

COMMODORE hat ja schon bei der ASSY 250466 gezeigt das ein umbau von 4164 auf 41464 möglich ist.
Zuerst müssen alle acht RAM Bausteine ausgelötet werden, die Leeren Plätze mit 16 Pol. IC Sockeln bestückt werden.

Nach dem Schaltplan aus zwei IC Sockeln die RAM Adapter bauen.
Die 53C464-70 haben die Geringste mir bekannte Stromaufnahme, ein -100 oder normaler 41464 braucht ca. 5-10mA mehr.
Zu beziehen bei http://www.sh-halbleiter.de , oder bei entsprechender nachfrage beschaffe ich die Bauteile.

Der Adapter sollte auf die Postion U10 und U22 gesteckt werden, die Anschlussleitungen zu den Leeren IC Sockeln sollten zu kurz wie möglich sein.

Stromersparnis des Umbaues 90 bis 140 mA

6. Gleichrichter auf Scotty Dioden
Der Gleichrichter für die 9 Volt im bereich des Netzschalters ist auch eine Wärmequelle.
Spannungsabfall ca.2* 0,7 Volt bei ca. 600mA Last = 0,84 Watt

Bei Scotty Dioden reduziert sich der Spannungsabfall auf ca.2*0,3 Volt = 0,36 Watt

Empfohlener Scotty Dioden Typ: SB140

Der umbau des Gleichrichters ist nur Sinnvoll wenn auch die Regler 7805 und 7912 umgebaut wurden ! ! !
Ansonsten werden die 0,38 Watt bei den Reglern nutzlos in Wärme umgesetzt.

Am Besten den Alten Gleichrichter mit Entötsaugpumpe auslöten, die neuen Dioden Passend zurechtbiegen und in die Gleichrichter Bohrungen Stecken und Verlöten, siehe Bild.

7. Versorgungsspannungs Absenkung von 5,00 Volt auf 4,70 Volt
Wenn man die Datenblätter von COMMODORE sorgfältig ließt dann fällt auf das die 5 Volt Versorgungsspannungen meist mit 4,5 bis 7 Volt, und die 12 Volt Versorgungsspannungen von 11,4 bis 17 Volt Definiert sind.

Wenn z.b. die Versorgungsspannung vom Netzteil von 5 Volt auf 4,5 Volt abgesenkt wird bedeutet das eine Reduzierung der Verlustleistung.

Beispiel:
5,00 Volt bei 0,80 Ampere = 4,00 Watt
4,75 Volt bei 0,76 Ampere = 3,61 Watt
4,50 Volt bei 0,72 Ampere = 3,24 Watt

Eine Absenkung der Beriebsspannung von 0,25 Volt bedeutet bereits ca. 10% weniger Wärmeentwicklung in den Chips!
Eine zu Starke Absenkung der 5 Volt Spannung läst bei meinen Testrechnern zuerst das Farb RAM verücktspielen (4,14Volt), der Rechner Startet nicht
mehr bei 3,97 Volt und Absturz beim Betrieb bei 3,86 Volt.

Also scheint die Absenkung der Versorgungsspannung mit Hilfe einer Scotty Diode um ca.0,3 Volt unkritisch zu sein, bei zwei Scotty Dioden Läuft mein Testrechner noch Fehlerfrei (ca.0,6 Volt), bei einsatz einer 1N4001 Diode kommt es aber schon bei 0,7 Volt Spannungsabfall und langen Betrieb zu Sproadischen Farbram Fehlern.
Auch eine Schaltung mit einem Schalter und einer umschaltbaren Absenkung zwischen 0,0 0,3 und 0,6 Volt ist Realisierbar.

Die 5 Volt vom Netzteil kann im bereich des Netzschalters bei der Entstördrossel um ca. 0,3 mit einer Diode abgesenkt werden.
Die 5 Volt die aus den 9 Volt AC gewonnen werden im bereich des Spannungsreglers, z.b. auf der Platinenunterseite.
Man kann g.g.f einen Schalter anbringen um die Diode zu brücken um die Spannung auf normallevel anzuheben.

Als Diodentyp ist die SB-140 eine gute Wahl (Reichelt Elektronik)

8. Versorgungsspannungs- Absenkung von 12,00 Volt auf 11,3 Volt
Das Gleiche gilt auch für die 12 Volt Versorgungspannug, wobei eine 1N4001 noch Sicheren Betrieb garantiert, und zwei 1N4001 bei den meisten Rechnern Funktionieren.
Am besten sucht man die Stelle auf der Leiterplatte, kratzt vorsichtig den Schutzlack ab, Trennt die Leiterbahn mit einem Cuttermesser, verzinnt die Leiterbahnen, und Lötet die Diode(n) auf.
Der Typ 1N4001 bietet sich hier an.

9. Kühlkörper Nachrüsten
Um die Wärme an den Kritischen abzuleiten haben sich Kühlkörper bewährt.
Die Kontaktfläche zwischen Kühlkörper und IC-Gehäuse ist der Kritischste Punkt.
Der Wärmewiderstand sollte möglichst gering sein, Unebenheiten zwischen Kühlkörper und IC müssen ausgeglichen werden, und der Kühlkörper soll am IC Haften.

Normale Wärmeleitpasten erfüllen den Zweck der Wärmeleitung und Ausgleichs sehr gut, sind aber nicht für die Fixierung des Kühlkörpers geeignet.

Da das IC Gehäuse aus zwei Komponenten Epoxyd Harz hergestellt wurde bietet sich natürlich der gleiche Werkstoff auch für die Befestigung des Kühlkörpers an. Die Schlechtere Wärmeleitfähigkeit ist bei der geringen Wärmeleistung und Schichtdicke zu vernachlässigen.

Als Vorbereitung ein Foto von der Leiterplatte machen, so ist ggf. nachträglich noch Feststellbar wo welches IC verbaut ist.

Mit einem Wasserfesten Stift bei der IC-Kerbe eine Markierung auf die Seite machen, da bei verklebtem Kühlkörper die Kerbe nicht mehr ersichtlich ist, wenn das IC Gesockelt ist lohnt es sich auch die Typ bezeichnung auf die Unterseite zu schreiben

Für die eigentliche Verklebung werden nur 2-4 Tropfen 2K Kleber benötigt, man sollte aber mehr anmischen weil so das Mischungsverhältnis genauer eingehalten werden kann.
Die Klebstofftropfen mittig auf die Längsachse aufgetragen und der Kühlkörper auflegen, und vorsichtig mit einem Hilfsgewicht angepressen. Überflüssiger Klebstoff darf nicht an den IC-Beinen herunter laufen, überflüssigen Kleber im Notfall mit einem Q-Tip entfernen. Der Klebstoff härtet schneller aus wenn man ihn auf ca.40 °C erwärmt.

Vor der Montage solle man auch prüfen ob der Kühlkörper genug platz hat!

In absehbarer Zeit kommen noch ein paar Umbauanleitungen:
10 Umbau der 74LSXX auf 74HCTXX spart nochmal 60mA
11. Eine "Brechstange" für das Netzeil
12. Einfacher SID Schutz
13. Sehr sicherer SID Schutz
14. Netzeil Reparatur, Überholung

BastetFurry & PeterSieg
Flash statt Eprom ist eine Idee,aber einen Schön zu handhabenden 512kbit Flash baustein im DIL gehäuse habe ich nirgendwo gefunden.
Der vorteil von den alten EPROMS ist das viele einen Brenner haben, Flash programmierer sind noch mangelware in den Bastelstuben.

Wegen den 10 Jahren würde ich mir keine gedanken machen, wenns nur 10 Jahre hält (Jahr 2018 ), wenn es wie meine ältesten EPROMS über 20 Jahre hält (2028 ). Ein OTP Gehäuse ohne fenster sollte mindestens 25 Jahre halten (Laut einem Datenblatt).

Draco
Ja die Scotty Dioden habe ich immer falsch geschrieben, SCHOTTKY sollte es sein :baby:
Naja Rechtschreibung war noch nie mein Ding..., und Word hat mich nicht gewarnt

OSSI64
Der 8501 ist noch von einer anderen Bastelbaustelle, ein PLUS4 mit Low Power und Akkubetrieb.
Original ca. 1,0 Ampere bei 5 Volt
Momentan ca. 0,75 Ampere bei 5 Volt
Ziel ca. 0,60 Ampere bei 5 Volt

@ Draco
Keine Panic, ich hab nichts gegen Hinweise das ich was Falsch schreibe, beruhigend das Google oft genug auch die Falsche Schreibweise findet

Star Trek technik hat schon was

@ PeterSieg
Die Elkos sind inzwischen gewechselt, das FOTO ist nur schon einige Monate alt.