Стабилизатор 5 вольт на материнской плате

Импульсный свет в фотографии

о накамерных вспышках, студийных моноблоках, генераторах и т.п..

Текущее время: 16 май 2023, 09:53

• Темы без ответов
• |
• Активные темы
• |
• Непрочитанные сообщения

Интегрированные стабилизаторы напряжения

Краткое описание и другие справочные сведения. Обсуждение возможных замен.
Первое новое сообщение • 2 сообщения • Страница 1 из 1

• Автор
• Сообщение

эксперт Сообщения: 10368 Стаж 10 лет 7 месяцев

Интегрированные стабилизаторы напряжения

1. Основные определения
2. Проверка исправности
3. Возможные замены

эксперт Сообщения: 10368 Стаж 10 лет 7 месяцев

Re: Интегрированные стабилизаторы напряжения

Интегрированные стабилизаторы (LDO)

В связи с неопределённостью со стабилизаторами напряжения, применяемыми во вспышках Yongnuo, был выполнен поиск в сети спецификаций на стабилизаторы. Результаты поиска по маркировке «6201A» оказывались неудовлетворительными, как правило, из-за своеобразной цоколёвки выводов интегрированного стабилизатора. Пока я не обратил внимание на логотип производителя этих деталей — что-то вроде запятой, лежащей на боку. В большой коллекции логотипов нашёлся и искомый — me8508_181.jpg и адрес сайта Nanjing Micro One Electronics Inc. .

Дальше — проще, подстановка префикса ME и поиск по «ME6201 pdf» вывел на спецификацию ME6201A — интегральных стабилизаторов (LDO) с напряжениями от 3,0 до 5,0 Вольт и с цоколёвкой, как показано на рисунках выше: первый вывод «земля» (Vss), средний — «вход» (Vin), третий — «выход» (Vout). Цифры во второй строке маркировки на корпусе стабилизатора указывают на напряжение стабилизации . /33″ — это 3,3 В; . /44″ — это 4,4 В; . /50″ — это 5,0 В.

Возможная замена.
Серия стабилизаторов MCP1700 , XC6203 , XC6206 в корпусе SOT-89 — совпадают по цоколёвке выводов и по выходному току I_out. Близкие аналоги стабилизаторов HT7136-1 и HT7150-1 можно применять в случаях, когда I_out < 100 мА.
5-вольтовый ME6201A50 вполне можно заменить на LM78L05, LM2931, L78L в корпусе TO-92, соблюдая максимальный выходной ток и цоколёвку выводов.

Стабилизатор серии XC6201, имеется в корпусах SOT-25 и SOT-89. Максимальный выходной ток до 250 мА.
В схемах вспышек Sigma применяется с выходным напряжением 5 вольт.

Стабилизатор серии XC6202, имеется в корпусах SOT-23, SOT-89, SOT-223, TO-92.
XC6202P332FR, интегрированный стабилизатор в корпусе SOT-223 на выходное напряжение 3,3 В и ток до 150 мА. Подробнее в спецификации на XC6202P332FR: https://pdf1.alldatasheet.com/datasheet . asheet.pdf
1 вывод — OUT, выход, здесь должно быть 3,3 В,
2 вывод — VSS (GND), земля,
3 вывод — IN, вход, здесь допустимо до 20 В.

Программируемый стабилизатор напряжения TL431CDBVR с маркировкой T3CG на корпусе SOT-23-5. При замыкании выводов «вход управления, ВУ» (Ref) и «катод» (cathode) работает как обычный стабилитрон на 2,5 вольта.

На старых материнских платах компьютеров часто встречаются регулируемые стабилизаторы типа LM1117ADJ, AMS1117-ADJ, APL1084, APL1085, LX8117. Определить регулируемую версию можно по двум резисторам около вывода «ADJ/GND». Причем этот вывод прозванивается на землю с сопротивлением около 24 Ом и больше, в отличие от версий с фиксированным напряжением, где этот вывод заземлен.

Стабилизатор 5 вольт на материнской плате

При эксплуатации компьютеров иногда случаются досадные случаи, когда вроде бы исправная материнская плата отказывается работать.

Для выявления проблем, приводящих к невозможности запустить компьютер, стоит разобраться в том, как происходит включение блока питания и материнской платы, а также знать базовые способы поиска ее неисправностей.

Как происходит включение компьютерного блока питания?

Включение большинства современных компьютеров осуществляется с помощью коммутации управляющего сигнала PS-ON на землю (минусовой провод). Аналогичным образом осуществляется и перезагрузка компьютера – путем снижения высокого начального напряжения RST до низкого уровня.

У неработающего (выключенного) компьютера вольтаж PS-ON соответствует высокому уровню и равняется +5 вольт (допускается диапазон значений от 2 до 5.25 вольт), у включенного — низок и должен быть в пределах 0-1 вольт.

Характеристики сигнала PSON согласно спецификациям FSP, фирмы-производителя компьютерных блоков питания:

Зависимость состояния блока питания от величины сигнала PSON#:

В нормальных условиях для включения блока питания компьютера требуется замкнуть выводы PS-ON (обычно это зеленый провод) и землю (GND или COM (Common), обычно это черные провода) у 20 или 24-пинового разъема питания материнской платы.

Контакты PS-ON и GND на коннекторах штекерного разъема блока питания, замыкание которых приводит к его включению:

Двадцатичетырехпиновый штекерный разъем ATX-блока питания:

При замыкании контакта PS ON на землю, ее положительный потенциал (U = 5 вольт) должен снизиться до 0-1V и блок питания перейдет в нормальный режим работы.

Для сохранения включенного состояния блока питания контакты PS-ON и GND в современных блоках питания должны быть постоянно замкнуты (используется так называемый SPST switch или, проще говоря, однополюсный выключатель).

PS ON является активным сигналом низкого уровня, который включает все силовые линии блока питания, включая +3.3V, 5V, -5V, -12V и +12 вольт. При пропадании низкого уровня PS-ON должны выключаться все силовые линии блока питания, кроме постоянно формирующегося дежурного напряжения +5 вольт (VSB).

Диаграмма, иллюстрирующая влияние уровня напряжения PS_ON на работу блока питания:

Блок питания можно включить и без материнской платы. Это лучше делать с нагрузкой по линии +5 вольт, с подключением индикатора сигнала Pwr_Ok согласно следующей схеме (для БП с 20-пиновым разъемом):

Для 24-пиновых разъемов при включении лучше обеспечить нагрузку не менее 20 ватт или 10% от номинала для БП мощностью более 600 ватт. В противном случае блок питания будет работать не стабильно.

Как происходит включение материнской платы компьютера?

Для запуска материнской платы нужно не только включить блок питания путем замыкания контактов PSOn с землей, но и запустить работу ее собственных цепей питания и контроля.

Включение материнской платы производится путем замыкание контактов Power SW (ON-OFF Switch Jumper, PSW,PWR, PWRBTN, PWRSW или ON/OFF) на колодке F_Panel, обычно расположенной в углу материнки, противоположном фазам питания процессора.

Пример расположения коннекторов, отвечающих за включение компьютера, его перезагрузку, а также горение индикаторных светодиодов powerLED, HDD LED на плате AsRock G41M-VS3:

На материнских платах от OEM-производителей иногда отсутствуют надписи, обозначающие предназначение контактов фронтальной колодки

Пример колодки без надписей о предназначении контактов, использующейся на материнской плате Y700-34ISH (F_PANEL) в компьютерах Lenovo IdeaCentre Y700:

Для определения предназначения контактов на материнских платах без буквенных обозначений может использоваться цветовая маркировка. Внимательное изучение надписей на коннекторах и цвет соответствующих проводов поможет решить проблему. Таким образом, с помощью «дедуктивного метода от старины Шерлока Холмса» можно вычислить, что на материнской плате Lenovo 01AJ15 IdeaCentre Y700-34ISH для ее запуска используются контакты голубого цвета:

Большое количество информации по подключению материнских плат от разных производителей к фронтальной панели есть здесь.

На некоторых материнках для удобства пользователей, помимо контактов фронтальной колодки, кнопки управления питанием (включение и перезагрузка) установлены непосредственно на плату.

Материнская плата Asrock H110 Pro Btc+ с 13 слотами PCI-E имеет кнопки перезагрузки (RSTBTN) и включения-выключения (PWRBTN), смонтированные непосредственно на ней:

Для работы материнской платы нет необходимости постоянно удерживать в замкнутом положении ее контакты Power Switch. Для соединения контактов блока питания PSON-GND используется специальная цепь управления. Обычно это электронный ключ, соединяющий контакты PS-ON и GND блока питания при замыкании контактов Switch On на материнской плате.

Как работает схема включения питания материнской платы?

Для работы схемы включения материнской платы используется дежурное напряжение +5VSB, которое преобразуется с помощью линейного регулятора в 3 вольта, а затем подается на чипсет (южный мост), микросхему-контроллер Super I/O, сетевую карту и кнопку включения питания.

Преобразование напряжения +5VSB на материнской плате еще не включенного компьютера:

При включении материнской платы сигналы 5VSB и 3VSB передаются на контроллер SIO, сетевую плату и кнопку включения (Switch Button, SB). Затем контроллер SIO (Super I/O) отправляет разрешающий сигнал высокого уровня RSMRST# на схему включения, что переводит ее в рабочий режим. При низком уровне сигнала RSMRST# материнская плата не будет запускаться (этому мешает запрещающий сигнал Lo-уровня).

Замыкание кнопки включения на материнской плате приводит к снижению уровня напряжения Ps_On до нуля и включению компьютера:

После активации сигнала Power On на материнской плате начинают формироваться питающие напряжения, необходимые для работы процессора, задающего генератора, оперативной памяти, вентиляторов, устройств ввода-вывода, шины PCI-E и других устройств.

Формирование напряжений на материнской плате

Для формирования рабочих напряжений с малым током потребления используют простые схемы с понижающим линейным преобразованием.

Пример схемы питания +VDD_CLK материнской платы ASUS P9X79 Deluxe:

Более мощные потребители (CPU, RAM, интегрированная видеокарта) запитываются многофазными цепями под управлением ШИМ-контроллеров:

Как правило, на современных платах в цепях питания используются мощные полевые транзисторы (MOSFET-ы):

Типовая схема работы одной фазы питания с диаграммами напряжения-тока на входе и выходе:

Критические напряжения, формируемые на материнской плате ASUS P9X79 Deluxe для процессора:

Напряжение +1.5 вольт, формируемое для работы DDR3-памяти (для DDR3L памяти используется вольтаж 1.35V):

Питание контроллера хаба чипсета (Chipset Platform Controller Hub, PCH), используются напряжения +1.1 и 1.5 вольт:

Упрощенная последовательность работы электронных элементов фазы формирования напряжения 1.8 вольт на материнской плате производства компании ASUS:

Для сопряжения работы силовых транзисторов с ШИМ-контроллером используют драйверы. Они могут находиться в одном корпусе с ключевыми полевыми транзисторами, либо монтироваться в отдельном корпусе.

Пример схемы многофазной системы питания под управления ШИМ-контроллера с использованием драйверов:

Как проверить работоспособность схемы включения материнской платы компьютера?

Проверка схемы включения компьютера заключается в проведении следующих шагов (на примере материнских плат производства компании ASUS):

• проверить наличие дежурного напряжения VSB на колодке питания (обычно это фиолетовый провод) у включенного в БП сеть компьютера (кнопку включения нажимать не нужно). Цепь блока питания, отвечающая за формирование вольтажа StandBy, в постоянном режиме формирует напряжение номиналом +5 вольт (допускается разброс от до вольт);
• проверка наличия напряжения +3VSB на южном мосту материнской платы и на контакте Power Button колодки включения питания.

Кроме того, нужно проверить напряжение на батарейке, вставленной в материнскую плату (обычно CR2032). Она питает память CMOS SRAM и Real Time Clock.

Джампер, отвечающий за сброс настроек BIOS (Clear CMOS), должен находиться в нормальной положении (дефолтном):

Нормальное напряжение батарейки, отвечающей за статическую память с произвольным доступом (CMOS SRAM) равно 3 вольтам:

Если у новой батарейки слишком быстро падает заряд, то, возможно, у этой материнской платы слишком большой ток утечки. Для проверки тока утечки измеряют падение напряжения на резисторе возле батарейки.

Резистор R206 на 1 кОм материнской платы ASUS P7P55D PRO, который можно использовать для измерения тока утечки:

Для резистора номиналом 1 кОм падение напряжения должно составлять 1-10 милливольт (ток 1-10 микроампер):

Измерение тока утечки по цепи питания памяти CMOS (падение напряжения на однокилоомном резисторе должно быть порядка 1-15 mV):

Если при исправной батарейке напряжение в цепи питания памяти CMOS слишком мало, нужно проверить все ее элементы. Это может быть диод RB715F или другой компонент, использующий питание от батарейки (к ним относятся схема включения, I/O-контроллер и микросхема BIOS):

Алгоритм проверки утечки напряжения на батарейке CMOS, разработанный экспертами фирмы ASUS:

В некоторых случаях проблемы с запуском материнской платы связаны со сбоями/сбросе микропрограммы BIOS.

Проверка работоспособности цепей питания на материнской плате

Если схема включения материнской платы исправна, в микросхему CMOS залит правильный BIOS, а компьютер не включается, нужно проверять питающие напряжения на материнской плате, а именно:

• напряжения +5 и +12 вольт от блока питания;
• проверить на отсутствие коротких замыканий полевые транзисторы фаз питания;

Проверка MOSFET-ов производится путем выполнения четырех шагов, заключающихся в:

• мультиметр в режиме измерения сопротивлений, производится замыкание щупа «+» на исток (Source), минусового щупа прибора — на затвор (Gate). Так производится перевод полевого транзистора в закрытое состояние;
• мультиметр в режиме прозвонки: соединяется щуп «+» с истоком, «-» со стоком (drain), прямое падение напряжения Vf (forward voltage) должно быть в пределах 0.3-0.6 вольт;
• мультиметр в режиме измерения сопротивлений:

«+» соединить со стоком, «-» – с истоком, должно быть бесконечное сопротивление;

«+» соединить со стоком, «-» – с затвором, должно быть бесконечное сопротивление;

«+» соединить с истоком, «-» – с затвором, должно быть бесконечное сопротивление;

• мультиметр в режиме измерения сопротивлений:

«+» соединить с затвором (гейт), «-» – с истоком (сорс), таким образом полевой транзистор переходит в открытое состояние;

«+» соединить со стоком, «-» – с истоком, должно быть малое сопротивление в пределах 0-10 Ом.

Иллюстрация шагов по проверке MOSFET-ов с помощью омметра:

• уровень сигнала идентификации напряжения (Voltage Identification, VID) на ШИМ-контроллере не должен быть высоким;
• уровень сигнала EN/FS на ШИМ-контроллере не должен быть равен нулю.

Неисправности цепей питания процессора (No Vcore или debug-код 00), как правило, выявляются следующими способами:

• проводится визуальная проверка с целью поиска поврежденных, сбитых, сгоревших электронных элементов;
• проверяются силовые MOSFET-ы, отсутствие коротких замыканий;
• проверяются уровни VID на ШИМ-контроллере;
• проверяется резистор в цепи обратной связи (feedback);
• измеряется вольтаж на полевых транзисторах верхнего (Ugate) и нижнего (Lgate) плеча фаз питания.

Далее в качестве справочной информации приводится алгоритм поиска неисправностей на материнских платах от компании ASUS.

Алгоритм работы по выявлению неисправностей материнской платы, разработанный фирмой ASUS (первая часть):

Алгоритм работы по выявлению неисправностей материнской платы, разработанный фирмой ASUS (вторая часть):

Алгоритм работы по выявлению неисправностей материнской платы, разработанный фирмой ASUS (третья часть):

Проверка фаз питания

При проверке фаз питания в первую очередь стоит проверить наличие сигнала, включающего ШИМ-контроллер в работу (напряжение EN, Enable):

Затем нужно проверить цепи обратной связи, передающие информацию о напряжении на питаемом участке на ШИМ-контроллер (норма или нет):

При выявлении неисправностей материнских плат важно знать последовательность появления питающих напряжений (Power Sequence). Как правило, это закрытая информация, поэтому на практике приходится использовать метод проб и ошибок (опыт), сравнение с известными (раскрытыми) моделями.

Схемотехника питания материнких плат

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.

Наибольший ток потребляется процессором и подается на видеокарту через слот AGP или PCI — Express и через дополнительные разъемы питания на ней. Для стабильности работы всех узлов материнской платы (процессора, слотов памяти, чипсета) необходимо обеспечить стабильность питания, подаваемого на плату, а также преобразовать подаваемые номиналы в необходимые на данном компоненте платы.

Применение VRM

На плате находится разъём для подключения питания, на сегодняшний день стандарт предусматривает установку минимум двух разъемов – 24-контактного ATX и 4-контактного ATX12V для дополнительной линии 12В. Иногда производители материнских плат устанавливают 8-контактный EPS12V вместо ATX12V, через него можно подвести две линии 12В. Питание, подаваемое блоком питания, проходит преобразование, стабилизацию и фильтрацию с помощью силовых полевых транзисторов ( MOSFET , «мосфетов»), дросселей и конденсаторов, составляющих VRM (Voltage Regulation Module, модуль регулирования напряжения). Питание процессора и чипсета осуществляется одним VRM, питание модулей памяти – чаще всего другим. Дополнительно для стабилизации питания, подаваемого через разъёмы PCI Express, иногда устанавливаются стандартные разъёмы Molex.

VRM разработан для того, чтобы существующие системные платы могли поддерживать несколько типов процессоров, а также те, которые появятся в будущем. Ведь каждый процессор имеет свое напряжение питания. При установке процессора в материнскую плату по соответствующим контактам VID (4 или 6 штук) тот определяет модель установленного процессора и подает на его кристалл (ядро) соответствующее напряжение питания. Фактически, комбинация 0 и 1 на выводах VID задает 4 или 6-битный код, по которому VRM «узнает» о модели процессора.

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).

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.

В плате ASUS P5B-E Plus, основанной на чипсете Intel P965 Express, VRM используется 4-канальный, а значит, более приспособленный к надежной поддержке мощных (или сильно разогнанных) процессоров. Дизайном предусмотрено охлаждение половины из ключевых транзисторов, но на данной модели радиатор не установлен. Разъем подачи питания на VRM сделан 8-контактным, чтобы уменьшить вдвое ток, проходящий по линиям +12 В. Впрочем, если у вашего блока питания нет такого разъема, можно подключить плату и через 4-контактный разъем.

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

Практически все современные стабилизаторы строятся на базе того или иного интегрированного ШИМ-контроллера (PWM) — довольно сложной микросхемы с кучей выводов по краям. Одна группа выводов «заведует» выходным напряжением, которое выбирается комбинацией логических «1» и «0», подаваемых на эти ноги. В зависимости от конструктивной реализации эти выводы могут либо сразу идти на перемычки или быть мультиплексированы еще с чем-то другим.

Пару слов о ключевых элементах. Стабилизатор может быть собран либо на двух n-канальных МОП-транзисторах, в этом случае сток (drain) одного транзистора соединен в точке выхода (Vout) с истоком (source) другого. Оставшийся исток идет на массу, а сток — на стабилизируемое напряжение. Это облегчает поиск делителей на неизвестных микросхемах. Находим два мощных транзистора, смотрим — где они соединяются (там еще дроссель будет) и ищем резистор, ведущий к той же точке. Если с другим концом резистора соединен резистор, идущий на массу — делитель найден!

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.

В одних случаях каждый узел питается своим собственным стабилизатором (и вся плата тогда в стабилизаторах), в других — производители путем хитроумных извращений запитывают несколько узлов от одного стабилизатора. В частности, на ASUS P5AD2/P5GD2 один и тот же стабилизатор питает и северный мост, и память, используя кремниевый диод для зарядки обвязывающего конденсатора до нужного напряжения. Поэтому напряжение на выходе стабилизатора будет отличаться от напряжения на чипсете. Увеличивая напряжение на памяти, мы неизбежно увеличиваем напряжение и чипсете, спалить который гораздо страшнее, да и греется он сильно.

Стабилизатор может собираться и на операционном усилителе, и на преобразователе постоянного тока или даже на микроконтроллере. Усилители/преобразователи обычно имеют прямоугольный корпус и небольшое количество ног (порядка 8), а рядом с ними расположены электролитические конденсаторы, дроссели и мощные ключевые транзисторы, иногда подключаемые к микросхеме напрямую, иногда — через дополнительный крохотный транзистор. Микроконтроллеры — это такие небольшие микросхемы в прямоугольном корпусе с кучей ног (от 16 и больше), рядом с которым торчат конденсаторы/дроссели/транзисторы (впрочем, на дешевых платах дроссели часто выкидывают, а количество конденсаторов сводят к минимуму, оставляя в нераспаянных элементах букву L).

Как выделить стабилизаторы среди прочих микросхем? Проще всего действовать так: выписываем маркировку всех мелких тараканов и лезем в сеть за datasheet’ами, в которых указывается их назначение и, как правило, типовая схема включения, на которой где-то должен быть делитель, подключенный к одному из выводов. Делитель — это два резистора, один из которых всегда подключен к выходу стабилизатора (Vout), а другой — к массе (GROUND или, сокращенно, GND). Выход найти легко, во-первых — вольтметром, во-вторых — чаще всего он расположен в точке соединения двух ключевых транзисторов от которой отходит дроссель (если он есть).

Изменяя сопротивление резисторов делителя, мы пропорционально изменяем и выходное напряжение стабилизатора. Уменьшение сопротивление резистора, подключенного в массе, вызывает увеличение выходного напряжения и наоборот. «Выходной» резистор при уменьшении своего сопротивления уменьшает выходное напряжение.

Современные мощные ключевые транзисторы IGBT, MOSFET имеют довольно высокую емкость затвора (>100 пФ) которая не позволяет «быстро» (десятки кГц) переключать ключевой транзистор. Поэтому для быстрого заряда/разряда емкости затвора применяются спец. схемы или готовые ИМС, называемые «драйверами» которые обеспечивают быстрый перезаряд емкости затвора. В нашем случае, драйвером могут быть как сами микросхемы ШИМ-контроллеров, так и внешние каскады — внешние драйверы (обычно в многофазных преобразователях). Формально любой управляющий (например, предоконечный) каскад может быть драйвером.

На картинке выше представлен новый подход с исполнению ШИМ: вместо 3 микросхем — драйвера и двух мосфетов используется одна интегральная микросхема, включающая в себя все эти компоненты. Такие микросхемы с некоторых пор стали использоваться на дорогих платах Gigabyte и других ведущих производителей.

Дизайн подобных решений разработан и расписан в спецификации Intel DrMOS V4.0, которая описывает требования к драйверам по питанию Intel CPU.

Именно в этой спецификации приведены все основные типовые сигналы для такой микросхемы:

Микросхемы памяти в зависимости от своих конструктивных особенностей могут требовать большего или меньшего количества питающих напряжений. Как минимум, необходимо запитать ядро — VDD. Вслед за ним идут входные буфера VDDQ, напряжение питания которых не должно превышать напряжения ядра и обычно равно ему. Термирующие (VTT) и референсные (Vref) напряжения равны половине VDDQ. (Некоторые микросхемы имеют встроенные термирующие цепи и подавать на них VTT не нужно).

Теперь посмотрим на двухфазную схему питания DrMOS на примере платы MSI:

Применяемые микросхемы

Рассмотрим старую добрую ASUS P4800-E на базе чипсета i865PE. Внимательно рассматривая плату, выделяем все микросхемы с не очень большим количеством ног. Возле северного моста мы видим кварц, а рядом с ним — серый прямоугольник ICS CA332435. Это — клокер, то есть тактовый генератор. Процессор, как обычно, окружен кучей конденсаторов, дросселей и других элементов, выдающих близость стабилизатора питания. Остается только найти ШИМ-контроллер, управляющий стабилизатором. Маленькая микросхема с надписью ADP3180 фирмы Analog Devices. Согласно спецификации (http://www.digchip.com/datasheets/download_datasheet.php?id=121932&part-number=ADP3180) это 6-битный программируемый 2-, 3-, 4-фазный контроллер, разработанный специально для питания Pentium-4. Процессор Pentium 4 жрет слишком большой ток и для поддержания напряжения в норме основному контроллеру требуется три вспомогательных стабилизатора ADP3418. Китайцы славятся своим мастерством собирать устройства с минимумом запчастей, но наш ASUS не принадлежит к числу пройдох и все детали присутствуют на плате — такие маленькие квадратные микросхемы, затерявшиеся среди дросселей и ключевых транзисторов.

Комбинация логических уровней на первых четырех ногах основного контроллера задает выходное напряжение (грубо), точная подстройка которого осуществляется резистором, подключенным к 9 выводу (FB). Чем меньше сопротивление — тем ниже напряжение и наоборот. Следовательно, мы должны выпаять резистор с платы и включить в разрыв цепи дополнительный резистор. Тогда мы сможем не только повысить напряжение сверх предельно допустимого, но и плавно его изменять, что очень хорошо!

Материнская плата ASUS P5K-E/WiFi-AP оснащена 8-фазным стабилизатором питания, собранным на дросселях с ферромагнитным сердечником и транзисторах MOSFET NIKOS P0903BDG (25 В, 9,5 мОм, 50 А) и SSM85T03GH (30 В; 6 мОм; 75 А). Четыре канала стабилизатора питания накрыты радиатором, который по большому счету служит для охлаждения северного моста, от которого тепло передается по тепловой трубке.

У ASUS фирменная микросхема управления питанием называется EPU (Energy Processing Unit):

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.

А вот фотография уникальной платы Gigabyte с 10-канальный VRM, который они называли фирменным термином PowerMOS! В нем используется микросхемы фирмы International Rectifier (IR) IR3550, каждая из которых в себя включает мощный синхронный драйвер затвора, упакованный в одном корпусе с управляющим MOSFET и синхронным MOSFET с диодом Шоттки. Максимальный ток — 60 А. Эта микросхема походит как для управления питанием мощных CPU, так и GPU, и многоканальных контроллеров памяти. Эта микросхема, как и аналогичные удовлетворяет спецификации Intel DrMOS V4.0.

Типовая схема включения IR3550 выглядит следующим образом:

Из картинки поднятно, что напряжение питания самой микросхемы Vcc от 4,5 до 7 V (подается с шины 5V), а выходнйо каскад — Vout.

Если вам пробуется найти схему включения любой микросхему. то это легко сделать в интернете по названию микросхемы и слову datasheet.

DrMOS также поддерживается компаниями MSI, Asrock и некоторыми другими. Более бюджетные производители по прежнему используют стандартный дизайн — отдельная микросхема ШИМ-контроллера и набор силовых мосфетов. Например, на свежей плате ECS X79R-AX на чипсете Intel X79 Express используется VRM-контроллер Intersil ISL6366 для управления 6+1 фазным питанием:

Из документации микросхема ISL6366 подддерживает стандарт Intel VR12/IMVP7 и имеет два выхода: одна на 6 фаз питания ядра или памяти, второй — на одну дополнительную фазу питания графики, микросхем мониторинга и отдельно линий I/O процессора. Более того, она имеет встроенные функции термомониторинга и термокмопенсации. Также микросхема непрерывно мониторит выходной ток через отдельный резистор и подстраивает напряжение питания. Сама микросхема используется в паре с драйверами ISL6627, подключаемыми к транзисторам:

По фото видно, что транзисторы здесь тоже упакованы в микросхемы, поэтому занимают очень мало место.

Кроме Analog Devices (микросхемы ADP), ШИМ-контроллеры VRM выпускают также Fairchild Semiconductor (FAN), International Rectifier (IR), Intersil (ISL) — очень популярны, Maxim (MAX), ON Semiconductor (NCP), Semtech (SC), STMicroelectronics (L), Analog Integrarion Corp. (AIC, нарисована корона), Richtek (RT) , количество контактов — от 16 до 24 pin.

На данный момент выпускают 33 модели микросхем, поддерживающие спецификацию VRM 10.1 и только 5 микросхем с поддержкой стандарта VRM 11.0.:

• ON Semiconductor NCP5381MNR2G — 2/3/4 Phase Buck Controller for VR10 and VR11 Pentium IV Processor Applications
• STMicroelectronics L6714 — 4-Phase Controller with Embedded Drivers for Intel VR10, VR11 and AMD 6-Bit CPUs
• Intersil ISL6312CRZ — Four-Phase Buck PWM Controller with Integrated MOSFET Drivers for Intel VR10, VR11, and AMD Applications
• Intersil ISL6312IRZ — Four-Phase Buck PWM Controller with Integrated MOSFET Drivers for Intel VR10, VR11, and AMD Applications
• STMicroelectronics L6713A — 2/3-Phase Controller with Embedded Drivers for Intel VR10, VR11 and AMD 6-Bit CPUs

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.

Это типичный операционный усилитель, причем — двойной. Распиновка приведена на здесь, а схема типового включения — тут, из которой все становится ясно и типовая схема включения уже не нужна. Нужный нам резистор подключен к выходу операционного усилителя (ноги 1 и 7). Да не введет нас в заблуждение делитель на отрицательном входе. Он не имеет обратной связи по стабилизируемому напряжению и потому нас не интересует.

Смотрим на плату — 7-я нога зашунтирована через конденсатор и дальше никуда не идет, а вот за 1-й тянется дорожка печатного проводника. Значит, это и есть тот вывод, который нам нужен! Чтобы увеличить напряжение на памяти, необходимо включить в разрыв между 1-й ногой и резистором RF дополнительный резистор. Чем больше его сопротивление — тем выше выходное напряжение. Как вариант, можно подпаять между 2-й и 4-й ногами свой резистор (4-я нога — масса), чем меньше его сопротивление — тем выше напряжение и ничего разрывать не придется.

Для контроля напряжения можно использовать либо встроенную систему мониторинга напряжения (если она есть), либо мультиметр. Мультиметр надежнее и ему больше веры, встроенный мониторинг — удобнее, тем более что контролировать напряжение после вольтмода приходится постоянно. На холостых оборотах оно одно, под нагрузкой — другое. Весь вопрос в том, куда его подключать? Один из контактов — на массу, другой — на точку соединения двух ключевых транзисторов или транзистора с диодом. Если найти точку соединения не удалось (ничего смешного здесь нет — на вставленной в компьютер печатной плате разводку разглядеть довольно проблематично), можно подключаться к стоку каждого из транзисторов. У одного из них он идет к входному напряжению, у другого — к уже стабилизированному. Сток обычно расположен посередине и «продублирован» на корпус. Внешне он выглядит как «обрезанный» вывод. Соответственно, в схеме «транзистор плюс диод» сток всегда подключен к входному напряжению и тогда нам нужен исток — крайний правый вывод (если смотреть на транзистор в положении «ноги вниз»). Втыкаем сюда щуп вольтметра, медленно вращаем построечный резистор и смотрим. Если напряжение не меняется, значит мы подключили резистор не туда и все необходимо тщательно перепроверить.

Генераторы тактовой частоты

Обычно производители оставляют довольно солидный запас, и материнская плата сваливается в глюки задолго до его исчерпания, однако в некоторых случаях наши возможности очень даже ограничены. Некоторые платы не гонятся вообще! Что тогда? Тактовый генератор (он же «клокер») может быть собран на разных микросхемах (обычно это ICS или RTM), которые можно программировать путем перебора комбинацией логических «0» и «1» на специальных выводах. Внешне это прямоугольная ИМС в корпусе SOP с кол-вом пинов от 20 до 56 в районе кварца. Таблицу частот можно найти в datasheet’е на микросхему. В древние времена, когда конфигурирование осуществлялось через перемычки, производителю было очень сложно «заблокировать» верхние частоты, но при настройке через BIOS setup — это легко! Придется пойти на довольно рискованный и радикальный шаг — отрезаем «комбинаторную» группу выводов от печатной платы и напаиваем на них jumper’ы с резисторами, схему соединения которых можно взять из того же datasheet’а. И тогда все будет в наших руках! Естественно, настраивать частоту через BIOS уже не удастся.

А вот другой путь — замена кварца. В большинстве материнских плат стоит кварц, рассчитанный на частоту 14,318 МГц, если его заменить на более быстрый, то все частоты пропорционально подскочат, однако при этом, возможно, начнется полный глюкодром. Вообще говоря, замена кварца — неисследованная область, еще ждущая своих энтузиастов.

Клокеров на плате несколько — каждый отвечает за генерацию своего диапазона частот — один на процессор, другие на периферийные шины, GPU. Еще больше на плате кварцев — отдельный, например, стоит рядом с микросхемой сетевой карты и генерирует тактирование для передаче по локальной сети.

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.

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!):

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!

[Посещений: 52 931, из них сегодня: 4]

Источник https://impulsite.ru/viewtopic.php?t=1912

Источник https://www.cryptoprofi.info/?p=9952

Источник https://hww.ru/2008/11/sxemotexnika-pitaniya-materinkix-plat/