Замена vrm на материнской плате
Обновлено: 04.07.2024
На все материнские платы подается постоянное напряжение, которое должно обеспечивать стабильность питания всех узлов материнской платы. Питание подается следующих номиналов: ±12, ±5 и +3,3В. При этом, по каждому каналу напряжений должен обеспечиваться соответствующий необходимый потребляемый ток.
Применение VRM
Для примера рассмотрим питание ядер процессоров модели Intel Core 2 Extreme (Conroe, техпроцесс, 65 нм, частота 2,93 ГГц, 4 Мбайт L2).
Для этого процессора значение VID находится в диапазоне 0,85–1,36525 В, максимальный ток для верхней модели E6800 может достигать величины 90 А, для остальных, представленных моделями E6300, Е6400, Е6600, Е6700, — 75 А. VRM для процессоров Intel Core 2 Duo должен удовлетворять спецификации 11.0.
Существует два типа регуляторов: линейный и импульсный. Применявшийся в более старых платах линейный регулятор напряжения представлял собой микросхему, понижающую напряжение за счет рассеяния его избытка в виде тепла. С уменьшением требуемого напряжения росла тепловая мощность, рассеиваемая такими регуляторами, поэтому они снабжались массивными радиаторами, по которым их легко было найти на материнской плате. При установке в материнскую плату процессора, потребляющего большую мощность, регулятор (а с ним и материнская плата) мог выйти из строя из-за перегрева. Поэтому в современных материнских платах применяется импульсный регулятор, содержащий сглаживающий фильтр низких частот, на который подается последовательность коротких импульсов полного напряжения.
Импульсный стабилизатор содержит реактивно-индуктивный LC-фильтр, на который короткими импульсами подается полное напряжение питания, и за счет инерции емкости и индуктивности выравнивается до требуемой величины, причем бесполезных потерь энергии практически не происходит. Стабильность напряжения поддерживается путем управления частотой и шириной импульсов (широтно-импульсная модуляция, ШИМ). При широтно-импульсной модуляции в качестве несущего колебания используется периодическая последовательность прямоугольных импульсов, а информационным параметром, связанным с дискретным модулирующим сигналом, является длительность этих импульсов. Периодическая последовательность прямоугольных импульсов одинаковой длительности имеет постоянную составляющую, обратно пропорциональную скважности импульсов, то есть прямо пропорциональную их длительности. Пропустив импульсы через ФНЧ с частотой среза, значительно меньшей, чем частота следования импульсов, эту постоянную составляющую можно легко выделить, получив стабильное постоянное напряжение.
Применение импульсных стабилизаторов позволяет значительно сократить тепловыделение, однако создает дополнительный источник помех, который может влиять на работу видео- и звуковых адаптеров.
За счет инерционности фильтра импульсы сглаживаются в требуемое постоянное напряжение. КПД такого преобразователя весьма высок, поэтому паразитного нагрева почти не происходит. Узнать импульсный регулятор напряжения на плате можно по катушкам индуктивности. Во всех новых платах применяется многоканальный (многофазный) преобразователь напряжения, который понижает напряжение питания до необходимых 0,8—1,7 В на ядре процессора (в зависимости от модели).
Трехканальный VRM на плате K8NS (Socket-939)
Таким образом, VRM – это по сути ШИМ-регулятор на микросхеме с преобразователями на MOSFET и фильтром. Как правило, напряжение на системной плате выше, чем на ядре процессора.
Традиционно основные регуляторы напряжения расположены вокруг процессорного разъема. Учитывая высокие значения потребляемых токов, они создаются многоканальными (многофазными). Обычно их число три-четыре, но на топовых платах их число может достигать 8. Отказ от одноканального питания снижает нагрузку на регулирующие транзисторы. С целью улучшения температурных режимов их работы, а также повышения надежности, силовые транзисторы нередко снабжаются средствами охлаждения (радиаторами).
В дополнение к многоканальному VRM, индивидуальными системами энергопитания снабжены цепи видеоадаптера и модулей оперативной памяти. Они обеспечивают необходимые уровни напряжений и токов, а также снижают взаимное влияние, передаваемое по силовым шинам.
Большое количество вентиляторов, сосредоточенных в небольшом объеме, создает сравнительно высокий уровень акустического шума. Уменьшить его можно специальным дизайном материнских плат, предусматривающим использование решений на основе тепловых трубок (heat pipe).
В качестве примера можно привести плату Gigabyte GA-965P-DQ6. На ней радиаторы, установленные на обеих микросхемах чипсета, соединены несколькими тепловыми трубками с радиаторами, установленными на силовых транзисторах VRM.
Такое решение обеспечивает эффективное перераспределение тепловых потоков между несколькими радиаторами. В результате выравниваются температуры элементов, работающих в ключевых режимах, являющихся источниками неравномерного нагрева, как в пространстве, так и во времени. Охлаждению же всей конструкции способствует общий дизайн, предусматривающий использование воздушных потоков, порождаемых вентиляторами процессора и кулера.
Оценивая эффективность данного решения, необходимо отметить, что еще одним фактором, способствующим уменьшению тепловой и электрической нагрузок на транзисторы VRM, является реализация большого количества каналов (фаз) питания. Например, в архитектуре указанной платы их двенадцать. Столь большое количество каналов существенно упрощает конструкцию VRM, улучшает развязку по линиям питания, уменьшает электрические помехи и увеличивает устойчивость работы компьютерных подсистем. Кроме того, описанная конструкция с пассивными кулерами, аналог которой активно используется, кстати, в бесшумных моделях видеоадаптеров этого же производителя, уменьшает акустический шум и от материнской платы.
Конструкция регулятора напряжения позволяет подавать на него 5 или 12 В (на выходе – напряжение питания процессора). В системе в основном используется напряжение 5 В, но многие компоненты в настоящее время переходят на 12 В, что связано с их энергопотреблением. Кроме того, напряжение 12 В используется, как правило, приводным электродвигателем, а все другие устройства потребляют напряжение 5 В. Величина напряжения, потребляемого VRM (5 или 12 В), зависит от параметров используемой системной платы или конструкции регулятора. Современные интегральные схемы регуляторов напряжения предназначены для работы при входном напряжении от 4 до 36 В, поэтому их конфигурация всецело зависит от разработчика системной платы.
Как правило, в системных платах, предназначенных для процессоров Pentium III и Athlon/Duron, использовались 5-вольтные регуляторы напряжения. В последние годы возникла тенденция к переходу на регуляторы, потребляющие напряжение 12 В. Это связано с тем, что использование более высокого напряжения позволяет значительно уменьшить текущую нагрузку. Например, если использовать тот же 65-ваттный процессор AMD Athlon с рабочей частотой 1 ГГц, можно получить несколько уровней нагрузки при различных величинах потребляемого напряжения
При использовании напряжения 12 В сила потребляемого тока достигает только 5,4 А или, с учетом 75% эффективности регулятора напряжения, 7,2 А. Таким образом, модификация схемы VRM системной платы, позволяющая использовать напряжение 12 В, представляется достаточно простой. К сожалению, стандартный блок питания ATX 2.03 содержит в основном силовом разъеме только один вывод +12 В. Дополнительный разъем вообще не содержит выводов +12 В, поэтому толку от него немного. Подача тока силой 8 А и более на системную плату, осуществляемая при напряжении +12 В через стандартный провод, может привести к повреждению разъема.
Для повышения энергообеспечения системных плат в Intel была создана новая спецификация блоков питания ATX12V. Результатом этого стал новый силовой разъем, предназначенный для подачи дополнительного напряжения +12 В на системную плату.
Питание процессора и чипсета осуществляется одним VRM, питание модулей памяти и видеоадаптера – чаще всего другими. Это обеспечивает необходимые уровни напряжений и токов, отсутствие просадок по питанию, а также снижает взаимное влияние, передаваемое по силовым шинам.
Схемотехника стабилизаторов питания
Большинство схем построено именно по такому принципу, однако вместо второго транзистора может использоваться и диод. Внешне он похож на транзистор, только на нем (как правило) написано MOSPEC, а два крайних вывода замкнуты накоротко. Такая схема проще в исполнении, содержит меньше деталей, однако за счет падения на прядения на n-p переходе (
0,6 В) снижается КПД и увеличивается рассеиваемая тепловая мощность, то есть, попросту говоря, нагрев.
Микросхема VRM на платах Gigabyte
Именно в этой спецификации приведены все основные типовые сигналы для такой микросхемы:
Basic Input-Output Signal Definition for a typical DrMOS
Теперь посмотрим на двухфазную схему питания DrMOS на примере платы MSI:
Применяемые микросхемы
У ASUS фирменная микросхема управления питанием называется EPU (Energy Processing Unit):
Контроллер EPU на платах ASUS
Из картинки выше понятно, что микросхема EPU не только генерирует правильное напряжение питания ядра процессора Vcore согласно сигналам VID, но также и общается с чипсетом по шине SM Bus, позволяя через управляющие сигналы такового генератора задавать частоту процессора согласно текущему профилю энергопотребления.
Типовая схема включения IR3550 выглядит следующим образом:
Сигналы микросхемы IR3550 Типовая схема включения IR3550
VRM контроллер ISL6366
Typical Application: 6-Phase Coupled-Inductor VR and 1-Phase VR 6+1 фаз питания платы ECS
По фото видно, что транзисторы здесь тоже упакованы в микросхемы, поэтому занимают очень мало место.
На данный момент выпускают 33 модели микросхем, поддерживающие спецификацию VRM 10.1 и только 5 микросхем с поддержкой стандарта VRM 11.0.:
Как видно, многие, но далеко не все из этих микросхем импульсных регуляторов имеют 4 фазы стабилизации.
Питание памяти
В окрестностях DIMM-слот быстро обнаруживается несколько ключевых транзисторов, электролитических конденсатора и всего одна микросхема с маркировкой LM 358. Такую микросхему производят все кому только не лень: Fairchild Semiconductor, Philips, ST Microelectronics, Texas Instruments, National Semiconductor и другие.
Генераторы тактовой частоты
Микросхема тактового генератора ICS и кварца 14,318 МГц
Кварц сетевой карты Realtek Кварц контроллера USB 3.0
Выводы
Собственно, выход из строя ИМС ШИМ-контроллера VRM , выход из строя транзисторов преобразователя или вздутие (и как следствие потеря ёмкости) электролитических конденсаторов («бочек») в цепях питания VRM – это чаще всего встречающийся отказ материнских плат. Проявляется в виде того, что плата не стартует, не подавая признаков жизни или же стартует и выключается.
Применяемые в большинстве системных плат алюминиевые электролитические конденсаторы емкостью 1200 мкФ, 16 В или 1500 мкФ, 6,3 и 10 В обладают рядом недостатков, один из которых это высыхание по истечении времени. Следствием этого является потеря ими емкости, выход компонента из строя, появление аппаратных ошибок в цепях. Риск увеличивается при использовании подобных конденсаторов в тяжелых температурных условиях, например, в корпусе системного блока компьютера температура может доходить до 50-60° С.
Танталовые конденсаторы обладают большей надежностью, чем электролитические (нет эффекта высыхания), они более компактны и имеют меньшее значение параметра ESR, увеличивающее эффективность их применения в цепях фильтрации источников питания.
В последнее время вместо часто вздувающихся электролитических конденсаторов именитые производители плат стали использовать твердотельные конденсаторы. В схемах питания новой платы ASUS M3A79-T DELUXE на чипсете AMD 790FX используются высококачественные детали, в частности, транзисторы с низким сопротивлением в открытом состоянии ( RDS ( on )) для уменьшения потерь при переключении и снижения тепловыделения, дроссели с ферритовыми сердечниками, и, что очень важно, твердотельные полимерные конденсаторы от ведущих японских производителей (гарантийный срок службы модуля VRM – 5000 часов). Благодаря применению таких компонентов достигается максимальная эффективность энергопотребления, низкое тепловыделение и высокая стабильность работы системы. Это позволяет получить высокие результаты разгона и увеличить срок эксплуатации оборудования.
Твердотельные конденсаторы на плате MSI 880GMA-E45
Такие же элементы используются например в материнской плате Gigabyte GA-P35T на чипсете P 35. Правда, и твердотельные конденсаторы взрываются, как правильно, в следствие повышенного напряжения или просто некачественных элементов (да, такое тоже встречается!):
Взорвавшиеся конденсаторы
VRM на обычных электролитических конденсаторах имеет MTBF всего около 3000 часов.
По возможности необходимо выбирать те материнские платы, которые используются 4-фазный импульсный регулятор. В цепях фильтра VRM предпочтительно должны стоять твердотельные, а не алюминиевые электролитические конденсаторы, дроссели должны иметь ферритовый сердечник. Кроме того, на грамотно спроектированной плате, конденсаторы фильтра не должны стоять вплотную к кулеру процессора и к дросселям, чтобы не происходило их перегрева.
В идеальном варианте, необходимо выбирать те платы, которые имеют отдельный независимый регулятор напряжения для CPU, памяти и шины видеокарты. В этом случае, вы сможете отдельно регулировать напряжение на каждом из компонентов, не вызывая роста напряжения на других!
со следующим проявлением неисправности: при включении компьютера блок питания уходит в защиту. При проверке материнской платы, путем прозвонки цепей питания на предмет короткого замыкания (далее КЗ), было выявлено КЗ на корпус по цепи питания процессора +12 В. В результате дальнейшего поиска были обнаружены два пробитых MOSFET-а (верхний и нижний), в одной из фаз питания. В общем-то неисправность банальная, рядовая. И речь в статье пойдет не о ней, а о причине ее возникновения. И здесь есть, что об этом рассказать. То, что перегрев и выход из строя MOSFET-ов произошел из-за серьезного конструктивного просчета «изобретателей» этой материнской платы. В результате чего эта материнская плата, и я уверен, что и многие другие, как минимум, все платы этой партии, были произведены с этим производственным дефектом (браком).
MSI RTX 3070 сливают дешевле любой другой, это за копейки Дешевая 3070 Gigabyte Gaming - успей пока не началосьУ меня вообще сложилось впечатление, что наши друзья из поднебесной, комплектующие таких известных брендов, как ASUS, GIGABYTE, и так далее, делают руками. А свои родные бренды, такие как ALZENIT, MACHINIST, KLLISRE, NUANANZHI, чтобы они отличались от вышеперечисленных, делают ногами, да еще и кривыми. И потому возникают с ними всякие «кривоногие» проблемы, то один слот оперативной памяти не работает, то четыре планки памяти отказываются работать, а три работает, то половина портов USB не работает, то периферия вся периодически отваливается, список этих «косяков» можно продолжать до бесконечности. Но вернемся к нашей проблеме.
И так, после обнаружения двух пробитых MOSFET-ов в четвертой фазе питания процессора, они были заменены на условно новые (с платы донора). Нет, не с такой же платы, где дефектное охлаждение VRM, а с другой. Вместе с ними поменял и драйвер, даже не выясняя, исправный ли был старый, или нет. С некоторых пор взял это за правило, и так делаю всегда. Так, как были случаи, что после замены MOSFET-ов, оставив старый драйвер, эта же неисправность через некоторое время появлялось. Это, например, может произойти, когда неисправность драйвера проявляется, лишь спустя время, при его прогреве, и он может одновременно открыть оба MOSFET-а (верхний и нижний), и через них потечет, ничем не ограниченный ток, который и выведет их из строя.
реклама
var firedYa28 = false; window.addEventListener('load', () => < if(navigator.userAgent.indexOf("Chrome-Lighthouse") < window.yaContextCb.push(()=>< Ya.Context.AdvManager.render(< renderTo: 'yandex_rtb_R-A-630193-28', blockId: 'R-A-630193-28' >) >) >, 3000); > > >);
Теперь о самом интересном. Перед установкой радиатора на его штатное место, после замены вышеперечисленных элементов, я обратил внимание на следы отпечатков, оставленных элементами VRM на термопрокладке радиатора. И я к своему удивлению не обнаружил отпечатков MOSFET-ов, расположенных в дальнем ряду от процессора (в том ряду, где MOSFET-ы установлены поочередно с драйверами), на термопрокладке. От слова, совсем. Имелись только глубокие отпечатки от драйверов.
Красными стрелками указал, где должны были быть отпечатки MOSFET-ов.
реклама
Что бы это могло означать? Да, это и значит, что MOSFET-ы в этом ряду вообще не прилегали к термопрокладке, соответственно не отдавали тепло, перегревались, и как результат этого издевательства, выход из строя MOSFET-а, находящегося в середине этого ряда. Где температурный режим самый тяжелый. Ну, а после того, как в этой фазе при пробитом одном MOSFET-е открылся другой, ток через них ничем не был ограничен, и пробился второй MOSFET.
Не прилегание MOSFET-ов к термопрокладке произошло из-за разной высоты установленных в этом ряду MOSFET-ов и драйверов, при замере, разница в высоте составила 0,6 мм., и установленная термопрокладка не смогла скомпенсировать эту разницу.
реклама
Как можно устранить эту проблему. Применить более толстую прокладку, например 1,5 мм., тогда она сможет «отыграть» высоту драйверов, и прижаться к MOSFET-ам. Но тут палка о двух концах, чем тоще термопрокладка, тем хуже будет отводиться тепло, в данном варианте, нужно будет применить термопрокладку с как можно большей теплопроводностью.
Как сделал я. Я нарезал термопрокладку толщиной 1 мм. по размеру MOSFET-ов, и положил нарезанные кусочки на все MOSFET-ы.
На драйвера термопрокладки не устанавливал. В принципе, по моему мнению, можно было к драйверам никаких дополнительных мер по отводу тепла не применять, они сильно не греются. Но все же, поскольку они будут в упор упираться в радиатор, я решил нанести на них термопасту, хуже не будет. После этого установил радиатор на свое штатное место, и ремонт материнской платы на этом закончил.
Как вывод из всего этого, я бы не рекомендовал покупать материнские платы HUANAHZHI X79, несмотря на привлекательные цены. Хочешь купить себе много проблем, которые потом будешь устранять, и получится ли это вообще, купи материнские платы ALZENIT, MACHINIST, KLLISRE, NUANANZHI, и им подобные. В этих материнских платах половина деталей установлена бывших в употреблении, со старой списанной компьютерной техники. И неизвестно какой еще у таких деталей остался ресурс, и в какое ближайшее время они будут выходить из строя, да и делают эти материнские платы видимо ногами.
Надеюсь, моя статья была для вас полезной. Сталкивались ли вы с проблемами таких материнских плат? Пишите в комментариях.
В последнее время подрабатывал на дому выполнением ремонтов электроники. Ремонтируя как технику знакомых, так и выкупленную на местном форуме (Авито и Юле), с целью реализации. Занимался всем на что хватало опыта и знаний: от бытовой аудио-видео, до компьютерной техники.
Мосфеты цепи питания процессора
Дросселя питания процессора
Для того чтобы электролитические конденсаторы установленные по цепям питания процессора и находящиеся рядом с радиатором процессора (кулером) не вздулись от перегрева, необходимо эффективно отводить выделяемое при работе процессора тепло, иначе говоря требуется эффективная система охлаждения. Но вернемся к сути ремонта.
Мосфет транзистор фото
Если система охлаждения не справляется, то помимо конденсаторов греются еще и установленные на плате мосфеты, транзисторы многофазной системы питания процессора. Количество фаз питания составляет от трех на бюджетных материнских платах, до 4-5 и более в более дорогих, топовых игровых материнках.
Что происходит, когда один из этих квадратиков, полевых транзисторов мосфетов, оказывается пробит? Многие пользователи ПК встречались наверное с подобной поломкой: нажимаешь кнопку включения на корпусе системного блока, кулера дергаются, пытаются начать вращаться и останавливаются, а при повторной попытке включить все повторяется снова.
Провод 4 пин питания процессора
Что это означает? Что в цепях питания процессора где-то короткое замыкание, а скорее всего пробит один из этих самых мосфетов. Как самым простым способом попробовать определить один из вариантов, ваш ли это случай, доступным даже школьнику практически не умеющему обращаться с мультиметром?
Распиновка разъема 4 пин
Если при установленном процессоре отключить на материнской плате разъем дополнительного питания процессора 4 pin и посмотрев по цветам где у нас находится желтый провод +12 вольт, и черный, земля, или GND, и установив на мультиметре режим звуковой прозвонки прозвонить на данном разъеме материнской платы между желтым и черным проводами у нас зазвучит звуковой сигнал, это означает что пробит один или несколько мосфетов.
Монтаж транзистора на материнке
Процессор, проводя измерения с помощью мультиметра на мосфетах нужно вынимать, так как он имеет низкое сопротивление, которое может ввести в заблуждение при измерениях. Так вот, выпаяв из схемы дроссель мы исключаем то самое влияющее всегда на правильность результатов измерений сопротивление всех, параллельно включенных радиодеталей. Сопротивление, как известно, всегда считается при параллельном соединении, по правилу “меньше меньшего”.
Схема питания процессора
Иначе говоря, общее сопротивление всех подключенных параллельно радиодеталей будет меньше, чем сопротивление детали имеющей самое меньшее сопротивление, стоящей в нашей цепи при параллельном соединении.
Итак, виновник КЗ (короткого замыкания) цепи питания найден, теперь нужно его устранить. Как это сделать, ведь паяльный фен есть в домашней мастерской не у всех начинающих радиолюбителей? Для начала нам потребуется демонтировать, выпаять с платы установленные обычно вплотную электролитические конденсаторы которые будут мешаться нам при демонтаже и к тому очень не любят перегрева.
Паяльник ЭПСН 40 ватт фото
После чего у них обычно резко сокращается срок службы. Сам демонтаж конденсаторов, если учитывать некоторые нюансы, легко выполняется при помощи любого паяльника мощностью 40-65 ватт. Желательно имеющего обработанное, заточенное в конус жало. Сам я имею паяльную станцию Lukey и паяльный фен, но пользуюсь для демонтажа конденсаторов обычным паяльником 40 ватт ЭПСН с жалом заточенным в острый конус.
Паяльный фен фото
Диммер на шнур 220В
ПОС 61 припой с канифолью
Если с конденсаторами эта процедура не имеет никаких сложностей, за исключением одной фишки применяемой для того, чтобы снизить общую температура плавления бессвинцового припоя, имеющего, как известно, более высокую температуру плавления чем припой применяющийся для пайки электроники ПОС-61.
Так вот, мы берем трубчатый припой с флюсом ПОС-61, желательно диаметром не более 1-2 миллиметров, подносим его к контакту конденсатора с обратной стороны платы и прогревая, расплавив его, осаждаем припой на каждом из двух контактов конденсатора. С какой целью, мы производим эти действия?
- Цель первая: путем диффузии сплавов смешения бессвинцового припоя и ПОС-61, мы понижаем общую темперауру плавления образовавшегося сплава.
- Цель вторая: чтобы максимально эффективно передать тепло от жала паяльника к контакту, мы условно говоря, греем контакт небольшой капелькой припоя, передавая тепло при этом намного эффективнее.
- И наконец, цель третья: когда нам требуется очистить после демонтажа конденсатора отверстие в материнской плате для последующего монтажа, не важно при замене конденсатора или монтаже обратно, как в этом случае этого же конденсатора, мы облегчаем этот процесс проткнув отверстие в расплавленном припое предварительно снизив общую температуру сплава внутри нашего контакта.
Здесь нужно сделать еще одно отступление: для этой цели многие радиолюбители применяют различные подручные средства, кто-то деревянную зубочистку, кто-то заостренную спичку, кто-то иные предметы.
Алюминиевый конический пруток
С его помощью нам достаточно прогревая контакт вставить пруток поглубже в отверстие контакта. Причем данное действие следует проводить без фанатизма, всегда помня о том, что материнская плата это многослойная плата, а контакты внутри имеют металлизацию, иначе говоря металлическую фольгу, сорвав которую если вы недостаточно прогрели контакт или резко вставили предмет которым прочищали отверстие в контакте, вы можете привести материнскую плату или любое другое устройство имеющее подобную сложную конструкцию печатной платы в устройство, уже не подлежащее ремонту.
Итак, все трудности преодолены, конденсаторы успешно демонтированы, переходим наконец к замене наших мосфетов, то есть цели нашей статьи. Собственно любая процедура замены детали подразумевает собой три этапа: сначала демонтаж, затем подготовка платы к последующему монтажу, и наконец сам монтаж новой детали или ранее демонтированной с донорской платы этим или другим способом.
Ни в коем случае нельзя использовать паяльники с мощностью 40-65 ватт, особенно дедушкины в виде топора для монтажа мосфетов на плату (по крайней мере при отсутствии диммера с помощью которого мы сможем понизить температуру жала паяльника). В начале статьи было упоминание о варианте демонтажа мосфетов для начинающих не имеющих в мастерской паяльного фена, сейчас разберем этот вариант подробнее.
Сплав Вуда фото
Причем со стороны Стока, среднего контакта имеющего большую площадь соприкосновения с платой, мы наносим значительно больше данного сплава. Цель данной операции? Также как и в случае с нанесением сплава ПОС-61, мы снижаем, причем на этот раз значительно существеннее, общую температуру плавления припоя, облегчая тем самым условия демонтажа.
Демонтаж микросхем без фена
Данная операция требует аккуратности от исполнителя для того чтобы при демонтаже не оторвать пятаки контактов с платы, поэтому если чувствуем что прогрели недостаточно, а греть требуется попеременно быстро меняя жало паяльника у этих трех контактов, немного покачивая пинцетом деталь, разумеется без фанатизма. Произведя данную операцию 3-5 раз уже будешь машинально чувствовать когда контакты детали достаточно прогреты, а когда еще нет.
Демонтаж с помощью оплетки
У данного способа демонтажа есть один минус, но при наличии опыта это не становится проблемой: перегрев при демонтаже мосфетов с плат доноров. В случае если же вы приобрели новый мосфет в радиомагазине и уверены в том, что демонтируете пробитый мосфет, перегрев становится не очень критичен. После демонтажа следует обязательно убедиться в том, пропало ли замыкание на контактах мосфета на плате, редко но к сожалению иногда случается и так, что наш якобы пробитый мосфет был ни при чем, а влияли драйвер или ШИМ контроллер на результаты измерений, которые и пришли в негодность. В данном случае без помощи паяльного фена будет не обойтись.
Корпус SO-8 микросхема
Лично демонтировал много раз данным способом микросхемы в корпусе SO-8, применяя на контактах с полигонами иногда паяльник мощностью 65 ватт и немного убавив его мощность диммером. Результат при аккуратности исполнителя практически 100% успешный. Для микросхем в SMD исполнении, имеющим большее количество ног, данный способ к сожалению бесполезен, потому что прогреть большее количество ножек без специальных насадок проблематично и очень высока вероятность оторвать пятаки контактов на плате.
Затем нужно дать раствору – флюсу настояться двое-трое суток до растворении канифоли в спирте, периодически многократно взбалтывая, не давая выпасть в осадок. Данный флюс наношу с помощью кисточки от лака для ногтей, соответственно налив получившийся флюс в очищенную от следов лака 646 растворителем бутылочку. Грязи на плате остается при использовании этого флюса в разы меньше, чем от всяких китайских флюсов, типа BAKU или RMA-223.
Делаем спиртоканифольный флюс
Ту же, которая все-таки останется, мы убираем с платы с помощью 646 растворителя и обычной кисточки для уроков труда. Данный способ по сравнению с удалением следов флюса даже с помощью 97% спирта имеет ряд преимуществ: быстро сохнет, лучше растворяет и оставляет меньше грязи. Рекомендую всем как отличное бюджетное решение.
646 растворитель фото
Единственное замечу: будьте аккуратнее с пластмассовыми деталями, не наносите на графитовые контакты, типа как встречаются на платах пультов и потенциметров, и никогда не торопитесь, дайте хорошенько просохнуть плате, особенно если есть риск затекания растворителя под стоящие рядом SMD и тем более BGA микросхемы.
Графитовые контакты платы пульта
Допустим на электростанциях специально выводят линии высокого напряжения, чтобы передавать большие мощности малыми токами. И уже только вблизи потребителя устанавливаются трансформаторные подстанции понижающие напряжение до бытовых 230 Вольт на фазу, если говорить про российские стандарты.
Именно для того чтобы так это всё работало и не приходилось вести толщенные медные кабели от электростанций и существуют все эти преобразования. По этой же причине мы используем переменный ток. Законы природы подарили нам прекрасное свойство электромагнитных излучений, при котором наведённые ЭДС сильно зависят от того чем они наводятся и на что они наводятся. Поэтому достаточно просто подобрать катушки с нужным числом витков и почти без потери мощности можно трансформировать питание изменяя как нам удобно ток и напряжение. Собственно эти устройства для преобразования переменного тока называются трансформаторами. А нужно нам преобразования чтобы получить нужное питание.
В общем проблема точно такая же как и с электростанциями. Поэтому требуются компромиссы при которых часть задач по преобразованию отводится в блок питания, а часть остаётся за материнской платой (более того часть отводится сейчас самим процессорам, которые одно входное напряжение трансформируют в несколько более низких уже внутри себя).
Если нам надо использовать VRM, почему весь блок питания нельзя разместить на материнской плате?
Как преобразовать напряжение в более низкое?
И тут возникает главное НО. Дело в том, что переменный ток трансформировать с малыми потерями в мощности довольно просто. Надо намотать катушки с нужными пропорциями витков и поместить их в общий замкнутый магнитный контур и всё. С постоянным напряжением, выходящим из блока питания, трансформатор будет работать только как кипятильник, ничего преобразовывать он не будет.
И тут на помощь приходит импульсный понижающий преобразователь напряжения. Чаще всего мы все эту область называем как VRM.
А характеризуются VRM возможным преобразуемым током и создаваемыми пульсациями. Но эти цифры никто не указывает, а указывают как правило только число фаз питания или число цепей питания. А максимальный ток вообще производители не указывают, потому что иногда меняют элементы в VRM на получше, если первые версии показали проблемы и выходы из строя или на похуже, если производитель хочет сэкономить в ущерб запасу по передаваемой мощности. И чтобы понять что такое фазы, а что такое цепи или линии питания и в чём разница между цепями и фазами нужно для начала понять общий смысл работы импульсного преобразователя напряжения.
Представьте, что у вас есть питание в 12 Вольт, а вам надо 2 вольта.
Кто хорошо помнит школьный курс физики тот может вспомнить, что можно разбить нагрузками цепь так, что в нужных частях вы получите меньшее напряжение. В таком случае альтернативная ветвь либо должна выполнять какую-то другую полезную работу, либо просто рассеивать мощность в тепло.
Данных вид понижающих преобразователей существует и называется линейным регулятором напряжения и бывают случаи когда применяют именно такой метод, но у нас с вами значительная мощностная нагрузка и нам надо очень сильно снизить напряжение, то есть мы берём малую долю от исходных 12 Вольт. В случае использования линейного преобразователя напряжения КПД такого снижения был бы очень низким. Вдобавок у нас процессор и видеокарта потребляют всегда разное количество мощности, а значит и другая нагрузка должна постоянно меняться чтобы напряжение всегда создавалось правильное. То есть это не будут просто резисторы как на схеме, нужна управляемая нагрузка, которую, как правило, ещё и тоже нельзя перегревать, то есть создаётся много проблем.
Этот метод нам не подходит.
В нашем случае куда лучше подойдёт импульсный преобразователь, чтобы понять общий смысл его работы приведу пример. Допустим если у нас за секунду первую 1/6 времени будет 12 Вольт, а оставшихся ⅚ секунды 0 Вольт, то в среднем у нас будет 2 Вольта, которые нам и надо получить.
Данная конструкция не даёт происходить любым изменениям очень резко, то есть все переходные процессы становятся заторможенными во времени. В том числе размываются и наши включения/выключения.
И в итоге на выходе мы получаем некое подобие постоянного напряжения и некое подобие относительно высокого КПД. Естественно это не 100%, но куда выше, чем в линейном преобразователе.
Проблема только в том, что мы всё равно не получаем постоянное напряжение как в линейном преобразователе потому что есть пульсации напряжения.
Но проблема эта не единственная. Есть вторая сложность, которая заключается в том, что процессор потребляет довольно много энергии.
Как работает VRM?
В классическом исполнении мы для подачи импульсного питания ставим сборку из двух MOSFETов которые в данном случае чаще называют ключом (по русски мосфетами в данном случае называются МДП транзисторы с изолированным каналом N типа).
Суть таких транзисторов заключается в том, что он состоит из трёх областей кремния с разным лигированием, так что заряды просто так не могут преодолеть центральную часть, то есть центральная часть отталкивает от себя заряды подаваемые в крайние области. То есть по умолчанию он работает как диэлектрик не пропуская ток. Но если чуть-чуть помочь зарядам преодолеть малую область пространства центральной части, то заряд пройдёт. Собственно если подать напряжение на затвор, то есть к электроду у центральной части, то создаваемое электромагнитное поле поможет подровнять в центральной области потенциальную яму, которую не могут преодолеть заряды, и образуется в центральной области переход по которому между крайними частями начинает идти ток, а если с центрального электрода опять убрать заряд, то ток опять перестаёт идти через центральную часть.
И эти переключения режимов могут происходить часто и быстро.
Но сами по себе транзисторы не могут открываться и закрываться, затворами нужно управлять. Для того чтобы это происходило правильно нужен драйвер который и отвечает за управление базой.
Но проблема в том, что в задачи драйвера входит только управление затворами. Он не знает на сколько их надо открывать по времени. Нагрузка, то есть потребление процессором, постоянно меняется, и это проблема, потому что от увеличения нагрузки может происходить просадка напряжения и эти драйверы должны не бездумно включать и выключать течение тока, а делать это на необходимое время. И это необходимое время включения драйверу сообщает контроллер.
Контроллер в режиме реального времени отслеживает состояние питания и быстро корректирует требуемые изменения скважности импульсов, этим требованиям подчиняется драйвер который уже управляет затворами транзисторов.
Начнём с высоких токов.
Решается вопрос с недостатком пропускной способности по току довольно просто. Ставится просто несколько цепей питания (не путать с фазами питания, об этом будет чуть позже).
Но и тут есть целых два варианта уменьшения пульсаций.
И этот метод отлично работает и применяется довольно широко, особенно в оверклокерских материнских платах. Проблема только в том, что режим переключения далеко не самый любимый для транзисторов. То есть при увеличении частоты увеличивается нагрев и падает КПД VRM. Но метод этот всё равно применяется очень активно. Допустим лет 5 назад оверклокерские платы давали возможность делать переключения в лучшем случае по 500 тыс раз в секунду, то есть 500 КГц. Сейчас уже вполне себе средние платы имеют частоту 500 КГц, есть множество видеокарт с частотой даже выше. А топовые оверклокерские материнские платы имеют частоту переключений в 1 МГц. Но это всегда был метод в тупую и вспомогательный. Он работает и очень хорош, но имеет минусы в ухудшении эффективности.
Есть методы и не в тупую. Не в тупую потому что не приносят ухудшений в КПД и в разы снижают пульсации.
В реальности, я напомню, у нас цепей питания не одна, а больше. И это важно не только для того чтобы увеличить максимальный преобразуемый ток.
В теории возможно одновременное управление этими цепями питания, то есть управление таким образом, что все импульсы включения будут совпадать во всех цепях.
Но если промежутки включения в каждой из цепей сместить, равномерно распределив по всему периоду времени, то пульсаций станет меньше, при этом мы не получаем никаких отрицательных эффектов, виртуально частично имитируя более высокую частоту. Цепи питания со смещением импульсов друг относительно друга называются уже не просто цепями питания, они называются фазами питания.
Каждый из драйверов управляется контроллером со смещением.
Теперь разберёмся кто же отвечает за смещение фаз.
И тут не всё просто.
Напомню, что у нас есть контроллер, есть драйвер и пара транзисторов с фильтром.
В текущий момент драйвера уже умеют разбивать одну фазу на свои 4 подфазы, но в процессорных VRM используется сейчас либо фазы с чистым управлением от контроллера либо фазы полученные драйверами удвоителями, называемых даблерами, квадреры, то есть драйвера делящие одну фазу на 4 до материнских плат ещё не добрались, а вот в видеокартах они периодически встречаются.
Выводы
Теперь вы уже должны понимать разницу между цепями и фазами. Ну и то что количество цепей и максимальный ток на транзисторах описывает возможный передаваемый ток, а количество фаз описывает как хорошо происходит борьба с пульсациями.
Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.
В самом нагретом месте, над мостом, ребер нет, зато красуется логотип фирмы. У меня сразу возникла мысль пластину с логотипом вырезать, и установить игольчатый радиатор, по прикидкам прекрасно подходил радиатор от старой видеокарты:
Прикинул, как буду делать, чертеж радиатора южного моста:
Верхняя пластина выпиливается ножовкой, остатки выравниваются напильником. Нижняя пластина в месте, предназначеном для установки дополнительного радиатора, также выравнивается напильником (там то ли остатки, то ли зачатки ребер 0,2-0,3мм).
Чертеж радиатора видеокарты:
У радиатора отпиливается ножовкой крайний ряд иголок с ушком, выравнивается напильником. Второе ушко спиливается, сторона так-же выравнивается напильником.
Теперь по углам необходимо просверлить отверстия для винтов, а значит радиаторы необходимо зафиксировать относительно друг друга. К сожалению у меня такой струбцинки нет, я сделал по другому. Тщательно выставив боковые зазоры радиаторов, сверлом 1.0мм со стороны иголок я просверлил первое отверстие между иглами. Сверлил на станке, предварительно ничего не размечал. В отверстие загнал обрезок провода 1.0мм, прекрасно подошел вывод резистора МЛТ-2.
Повернул радиаторы на 180, опять тщательно выставил зазоры, проверлил второе отвестие по диагонали, зафиксировал обрезком провода 1.0мм. Третье отверстие тоже фиксировал, четвертое фиксировать не к чему.
После того, как все четыре отверстия просверлены, снимаем фиксаторы, разьединяем радиаторы. Подбираем четыре винтика, я нашел М3х8 с головками впотай. В переделываемом радиаторе ASYS рассверливаем отверстия до 3,5мм. С нижней стороны зенкуем для головок впотай. Совсем впотай не получилось, надо контролировать еще и толщину заглубления в радиатор. Заглубился примерно на 1мм (и 1мм остался), шляпки винтов выступают
0,3-0,4мм, вполне допустимо. Отверстия в радиаторе от видеокарты рассверливаем до 2,3-2,4мм, нарезаем резьбу М3.
Предварительно скручиваем, проверяем как совпало, при необходимости устраняем огрехи. Если все нормально, разбираем, наносим термопасту между радиаторами, собираем, скручиваем. Я использовал термопасту AEROCOOL Baraf-S, брал в 3,5г тюбике, еще и удобную лопатку приложили. Рекомендую перед использованием подержать пакетик с пастой минут 5-10 в кипятке, наносить будет легче. По тактильным ощущениям вес радиатора увеличился раза в два, более точных измерений произвести до переделки не догадался.
Вместо нее нанесена термопаста (без фанатизма), перед этим и чип и радиатор желательно обезжирить. Одеколоном, водкой, спиртом, можно и растворителем, чип с лазерной гравировкой, ничего не не должно стереться (не пробовал растворителем). Южный мост в BGA исполнении, даже если немного термопасты вылезет за габарит, на контакты не попадет, да и примененная термопаста заявлена как неэлектропроводная. Но лучше подстраховаться, наносим термопасту тонким слоем и на чип и на радиатор, совмещаем, сдавливаем, снимаем радиатор. Осматриваем место соприкосновения, любые потеки и вылезы за габарит снимаем лопаткой (с небольшим запасом), ставим на место. Штатные подпружиненные пластмассовые клипсы заменены винтами М3х20. Надета изолирующая шайба, винты вставлены снизу, на винты одет радиатор, пружинки от пластиковых клипс, металлические шайбы, гайки М3. Такое крепление позволяет в некоторых пределах менять усилие прижима радиатора.
По результатам мониторинга в BIOS температура южного моста в состоянии ожидания стала
36-37 градусов, тактильно температура радиатора почти не изменилась (хотя тут все субьективно, ранее тыльную сторону ладони клал на ровную поверхность, теперь на игольчатый радиатор). Я доволен переделкой, и дополнительный радиатор к месту, и замена терможвачки на тонкий слой термопасты много значит.
Замена радиаторов мосфетов.
После доработки радиатора южного моста осмотрел радиаторы мосфетов, вид не понравился, хилая прижимная пластина и «петушиный хвост» над ней. Пластина с хвостом соединена только тонкой перемычкой, теплопередача сомнительная. Термопрокладки на радиаторах мосфетов 1,0мм, меньше ширины основания радиатора, судя по отпечаткам больше охлаждают драйвера чем мосфеты.
Сравнил с радиаторами мосфетов на материнке классом повыше (ASYS PRIME X370-PRO), число мосфетов и регулируемых каналов одинаково:
Все логично, более толстая опорная пластина, ширина основания «петушиного хвоста» побольше, максимальная над мосфетами, далее толщина ребер снижается, прижимное крепление винтами. Понятно, что имеющиеся радиаторы не переделать, надо искать заготовку для новых.
Такая заготовка, радиатор на 7 транзисторов в метало-стеклянном корпусе родом из 90-х годов была найдена в старом барахле. Кусок сзади-слева вырезан для переделки.
Чертежи были сделаны, но в основном подгонка производилась по месту.
Достаточно много слесарных работ ножовкой и напильником с промежуточной проверкой, заглаживание шкуркой и надфилем. Результат:
Новые радиаторы ощутимо тяжелее, крепление винтовое, в лапках радиатора нарезана резьба М3. Из-за большей ширины радиатора для мосфетов процессора и расположения его разьема (процессора) дополнительного 12V питания, пришлось в задней части подрезать крайнее ребро.
Термопрокладки были заменены на новые, купил GELID 0,5мм, 80x40мм, вырезал по размеру основания радиаторов. Про защитную пленку термопрокладки, с одной стороны она голубая и ясно видна, с другой прозрачная и ее как бы нет. Отдирать надо обе, термопрокладка должна быть матовая.
Про эффект от замены ничего не скажу, наверное есть, замерить и сравнить нечем, разгоном не увлекаюсь.
Правда частоту памяти выставил на 3200 (номинальное 2400), напряжение не повышал, старый радиатор мосфетов ОЗУ был еле теплый, новый возможно холоднее, но палец не термометр.
Радиатор мосфетов питания процессора вообще находится на выхлопе башенного кулера процессора с PWM и 120мм вентилятором, а датчика мониторинга у него нет.
Я прикидывал возможность установить на радиаторы датчики мониторинга. Примерил PT-100:
Если до формирования лапок в радиаторах просверлить для датчиков отверстия с торца диамметром 4мм, должны встать. Но ведь сигнал от них (от датчиков) еще нужно обработать и завести на плату.
Вовремя себя одернул, не стал заморачиваться.
Читайте также: