Ремонт материнской платы: питание процессора. Фазы питания — количество, практическая польза от количества. Фазы питания для процессора на материнской плате — сколько нужно? ⇡ Какая мощность необходима современным игровым ПК
Самостоятельно опознать, сколько линий в том или ином БП можно по его этикетке - если линий больше одной, то максимальная нагрузка в амперах отдельно указана для каждой цепи +12В, которые обозначаются как "+12V1, +12V2 и т.п.". Собственно выходные линии по английски именуются "rails", и, соответственно, БП с одной выходной линией будет называть "single rail PSU", а с несколькими - "multiple rails PSU".
БП с одной линией +12В
БП с несколькими линиями +12В
Существуют несколько моделей БП, которые на самом деле имеют два источника напряжения +12В, но это, как правило, БП очень большой мощности (от 1000Вт). И в большинстве случаев, эти два выхода снова делятся на четыре, пять или шесть линий по соображениям безопасности. (А вот, например, у не делятся, и это не есть так уж плохо, о чём дальше и пойдёт речь)
В некоторых ещё более редких случаях две изначальных линии +12В могут быть объединены в один мощный выход.
Так зачем на самом деле надо разделять линии +12В?
Безопасность. По той же причине в домах, как правило, больше одного выключателя-предохранителя (получивших народное название "пакетники"). Конечная - цель ограничить ток по одной цепи величиной в 20A, чтобы температура несущего его проводника не стала опасной.
Защита от короткого замыкания срабатывает только при практически полном отсутствии сопротивления в закороченной цепи (т.е. например, когда оголённый провод попадает на "массу"), а в более сложных случаях, когда замыкание происходит на печатной плате или в электродвигателе, сопротивление в цепи остаётся достаточным, чтобы не сработала защита от короткого замыкания. В таком случае возникает очень большая нагрузка на цепь и быстрый рост силы тока в проводниках приводит, в первую очередь, к расплавлению изоляции и в дальнейшем - к пожару. Ограничение по току в каждой линии снимает эту проблему, т.е. вот чем объясняется необходимость деления выходов на отдельные линии с индивидуальными ограничителями.
Правда ли, что в некоторых БП с заявленными множественными линиями +12В не происходит никакого разделения линий вообще?
Да, это так. К счастью, это исключение из правил, а не норма. Делается это для сокращения расходов на разработку и производство. Зачем при этом заявляется что линий несколько - чтобы до конца соответствовать спецификации ATX12V, потому что в остальных характеристиках она соблюдается.
Почему такие БП остаются на рынке, а производители не имеют проблем с их сертификацией?
Да, потому что корпорация Intel недавно удалила требование разделения линий +12В из спецификации, но не стала широко анонсировать этот факт. Там лишь поменяли "требуется" на "рекомендуется", оставив производителей слегка озадаченными.
Даёт ли разделение линий +12В "чистые и более стабильные напряжения"?
Правда в том, что маркетологи постоянно подчёркивают этот факт, но обычно это не так, просто такое утверждение кажется более благозвучным, чем "Это БП вряд ли вызовет возгорание". А поскольку, как уже говорилось выше, все линии в большинстве случаев берут начало от одного источника, и при этом никакой дополнительной фильтрации не производится, то напряжения остаются такими же, если бы даже никакого деления не было.
Почему некоторые люди берутся утверждать, что БП с единым выходом +12В лучше? (просто замечательный пример - )
Было несколько компаний, производивших БП с четырьмя линиями 12В, которые в теории должны были выдавать более чем достаточный ток для high-end игровой станции и наткнувшихся на массу проблем. Делая БП в соответствии с серверной спецификацией EPS12V, все PCI-E 6-pin коннекторы выводились из общих линий +12В с нагрузочной способностью 18A, вместо отдельной. Эта линия легко перегружалась двумя мощными видеокартами вместе с другими возможными потребителями, что приводило к отключению ПК. Вместо "цивилизованного" решения проблемы эти производители вообще отказались от деления +12В выходов.
Сейчас БП "для энтузиастов" с несколькими линиями +12В имеют либо завышенную максимальную нагрузочную способностью линии, предназначенную для PCI-E коннекторов (и больше ничего к ней не подключается), либо две такие линии распределяются по четырём или даже шести коннекторам. А сертификация БП для SLI в любом случае требует наличия минимум отдельной линии +12В для PCI-E коннекторов.
Сделать БП с разделением линий стоит на 1,5 - 3 доллара США дороже для производителя, и в большинстве случаев эта сумма не перекладывается на покупателя, что уже принуждает маркетологов выдвигать теории, что БП с без разделения линий +12В ничем не хуже и даже лучше.
Но тем не менее, встречаются утверждения, что, например, БП с одной линией +12В лучше пригодны для оверклокинга и т.п. Но это больше похоже на плацебо-эффект, возникший из-за того, что, например, их предыдущий БП был неисправен, был недостаточно мощным или нагрузка была неправильно распределена по линиям.
Так получается, что у БП с распределением нагрузки +12В по нескольким линиям нет каких-то специфических недостатков?
Нет, вообще-то, это не так. Рассмотрим два примера:
Пример №1:
Одна модель БП номиналом 700Вт формально имеет достаточную мощность для любой SLI-системы из двух одночиповых видеокарт. Но у этого БП только два PCI-E коннектора, каждый из которых висит на собственной линии +12В. Проблема в том, что эти линии способы выдавать ток в 18 ампер, что почти в три раза больше, чем максимальный ток, на который рассчитан 6-pin PCI-E коннектор для видеокарт. Соответственно, при попытке установить две видеокарты, требующие по два таких коннектора, начинаются проблемы.
Было бы идеально, если бы на каждую из линий было подпаяно по два коннектора, но вместо этого приходится использовать переходники с "обычного" 4-pin Molex на PCI-E 6-pin, что приводит к перегрузке цепей, от которых питается весь остальной системный блок, при этом собственно "видеокарточные" цепи остаются сильно недозагруженными. Проблему мог бы решить переходник 6-pin PCI-E -> 2x 6-pin PCI-E в двух экземплярах, но распространённым его назвать нельзя. Так что в подобной ситуации самым лучшим решением проблемы (помимо замены БП) остаётся самостоятельная подпайка двух PCI-E коннекторов к двум соответствующим линиям.
Пример №2:
Термо-электрические кулеры (также называемые кулерами на основе элемента Пельтье) потребляют достаточно много энергии и обычно запитываются от коннекторов типа Molex. Некоторые модели вообще используют свой отдельный БП.
Так вот, если вы используете БП с разделением линий и запитали ваш элемент Пельтье от одного из молексов, то он оказывается на одной линии с накопителями, вентиляторами и т.д., то также возможна перегрузка этой линии, поскольку пересадить его на другие линии, предназначенные для питания видеокарт невозможно без существенных ухищрений. Естественно, что БП с одной линией +12В был бы лишён каких-либо проблем в такой ситуации.
Типичные конфигурации для нескольких линий +12В:
- 2 x 12В линии, пример -
Это оригинальная спецификация ATX12V для деления +12В линий. Одна - для процессора, другая - для всего остального. Очень маловероятно, что в число "всего остального" сможет уместиться современная high-end видеокарта с высоким энергопотреблением. Такое деление можно было увидеть только на БП мощностью меньше 600Вт. - 3 x 12В линии, пример -
Модифицирования спецификация ATX12V с учётом использования PCI-E коннекторов для питания видеокарт. Одна линия на процессор, одна - для PCI-E коннекторов и третья - для всего остального. Прекрасно работает даже с некоторым SLI-конфигурациями, но не рекомендуется для двух видеокарт, требующих четыре PCI-E коннектора в сумме. - 4 x 12В линии (EPS12V), пример -
В оригинале такая конфигурация требовалась спецификацией EPS12V. Поскольку типичные применения таких БП подразумевают их использование в двухпроцессорных системах, две линии +12В предназначены исключительно для питания процессоров через 8-pin коннекторы. Всё остальное, включая накопители и видеокарты, приходится на две оставшиеся линии. В настоящее время nVidia не сертифицирует такие БП для SLI, поскольку отдельной +12В линии для видеокарт в таких БП нет. В сегменте БП, не предназначенных для серверов таких БП больше не будет, несколько 700-850Вт моделей, сделанных по такой архитектуре для рынка игровых ПК, уже сняты с производства. - 4 x 12В линии (Наиболее популярная раскладка в сегменте "ПК для энтузиастов"), пример -
"Модернизированный" ATX12V, похожий на 3 x 12В, кроме того факта, что от двух до шести PCI-E коннекторов распределены между двумя дополнительными линиями +12В. Такая схема наиболее часто встречается в БП мощностью от 700 до 1000Ватт, хотя при мощности 800Ватт и более на некоторые из линий могут приходиться гораздо больше, чем 20Ампер, что не совсем стандартно, но, похоже, уже стало общепринятой практикой, пример - - 5 x 12В линий, например -
Такие БП можно назвать гибридом EPS12V/ATX12V. Два процессора с собственными линиями питания, также две линии достаются PCI-E коннекторам. Мощность таких БП обычно составляет от 850 до 1000Ватт. - 6 x 12В линий, пример -
Наиболее привлекательный и универсальный вариант, поскольку он, соответствуя требованиям спецификации EPS12V может иметь четыре-шесть PCI-E коннекторов без превышения тока в 20A ни по одной из линий (хотя на практике это ограничение, как вы уже видели, трактуется весьма вольно). Две линии достаются процессорам, две - видеокартам, две - всему остальному. Такую конфигурацию можно увидеть в БП мощностью 1000Ватт и более.
В качестве вывода можно заметить тот факт, что 99% пользователей никогда не задумаются о том, общую или раздельные линии +12В имеет их БП. Возможно, маркетологи и далее будут расхваливать достоинства обоих вариантов, а критерии для покупки БП все равно останутся прежними:
- Достаточная мощность для выбранной конфигурации.
- Достаточное количество подходящих коннекторов для выбранной конфигурации.
- Сертификация SLI или CrossFire при использовании соотвествующей MultiGPU конфигурации.
Фазы питания процессора (processor power phase)-количественная характеристика, указывающая число питающих фаз на материнской плате, предназначенных для процессора (этотакже затрагивает и , но в том случае печатная плата – не материнская).
Зачем?
Теоретически, чем больше количество на каждую из фаз, меньше нагрев и стабильнее питание в бросках нагрузки, а также выше долговечность. То есть для разгона процессора, большое количество фаз – просто необходимо . Ведь нагрузка на фазы значительно увеличивается и требуется высокая стабильность для достижения максимальных результатов.
Как определить визуально количество фаз?
Количество фаз питания процессора или видеокарты, можно определить по надписи на коробке изделия или печатной плате, либо по количеству на плате.
Дроссели выглядят как обмотанные вокруг феррита или просто медные провода, скрученные в катушки, имеющие довольно толстое сечение. Чаще они бывают запакованы в небольшие коробочки в виде прямоугольного параллелепипеда для уменьшения количества потерь , помех и ЭМИ . Две или одна из этих коробочек, должны находиться немного в стороне – это фазы для питания , их считать не нужно. Катушки стоят либо группами, либо вместе.
Подвох
Не всегда количество дросселей и слова на коробке отображают реально количество настоящих фаз . Бывает, что производитель использует удвоители и формирует половину виртуальных фаз (в лучшем случае).
Чтобы с точностью определить количество фаз, нужно взглянуть на характеристики VRM модуля и -контроллёра . Фазы виртуальные , в лучшем случае обеспечивают 30% тех характеристик, что дают настоящие. Часто бывает так, что фаз питания к примеру 24 , но на самом деле настоящих 12 или 6 , но с использованием удвоителей и утроителей. То есть их можно считать как «улучшенные» 12 или 6 фаз, но не 24.
Какое количество фаз питания на МП можно считать оптимальным?
Подразделение по производству материнских плат Intel утверждает, что для работы 4-х ядерного процессора без разгона достаточно 4-х фаз . Также по их словам, правильно спроектированные 4 фазы питания с качественными компонентами, часто выигрывают по стабильности питания, у неправильно спроектированных 16-ти фаз питания. Для разогнанного многоядерного процессора, вполне достаточно 8-ми полноценных фаз питания процессора, либо 16 фаз , в которых используется метод деления на 2, получая 8 полноценных улучшенных фаз. Также следует, что по количеству выходов из строя , многофазные схемы в лидерах из-за сложности конструкции и большому количеству используемых компонентов.
Технологии переключения фаз
(power phase switching )
Данные технологии, построенные на специальных контроллёрах, измеряют какое количество питания требуется процессору в данный момент, и включают или отключают блоки с фазами. Это позволяет увеличить долговечность работы оборудования, уменьшить энергопотребление и ЭМИ . Очень часто реализована индикация включенных фаз на материнской плате и даже степень нагрузки на них (как на изображении выше).
Разъёмы питания CPU
Питание CPU поступает от устройства, называемого Voltage Regulator Module (VRM), который имеется в большинстве материнских плат. Данное устройство обеспечивает питанием процессор (как правило, через контакты на сокете процессора) и производит самокалибровку, чтобы подавать на процессор надлежащее напряжение. Конструкция модуля VRM позволяет ему питаться как от входящего напряжения +5 В, так и от напряжения +12 В.
Долгие годы использовался только +5 В, но, начиная с 2000 года, большинство VRM перешли на +12 В из-за более низких требований для работы с таким напряжением на входе. Кроме того, другие компоненты ПК также могут использовать напряжение +5 В, поступающий через общий контакт на гнезде материнской платы, в то время как на линию +12 В "повешены" только дисковые накопители (во всяком случае, так было до 2000 года).
Использует ли VRM на вашей плате напряжение +5 В или +12 В, зависит от конкретной модели платы и конструкции регулятора напряжения. Многие современные VRM устроены таким образом, чтобы принимать на входе напряжения от +4 В до +26 В, так что конечную конфигурацию определяет уже производитель материнской платы.
Например, как-то в наши руки попала материнская плата FIC (First International Computer) SD-11, оснащённая регулятором напряжения Semtech SC1144ABCSW.
Данная плата использует напряжение +5 В, преобразуя его в более низкое в соответствии с потребностями CPU. В большинстве материнских плат используются VRM двух производителей - Semtech либо Linear Technology. Вы можете посетить сайты данных компаний и более подробно изучить спецификации их чипов.
Материнская плата, о которой идёт речь, использовала процессор Athlon 1 ГГц Model 2 в версии со щелевым слотом (Slot A) и по спецификации требовала питания 65 Вт при номинальном напряжении 1,8 В. 65 Вт при напряжении 1,8 В соответствуют току 36,1 А.
При использовании VRM со входящим напряжением +5 В мощности 65 Вт соответствует сила тока всего 13 А. Но такой расклад получается лишь при условии 100% КПД регулятора напряжения, что невозможно. Обычно же эффективность VRM составляет около 80%, таким образом, для обеспечения работы процессора вместе с регулятором напряжения сила тока должна быть примерно равна 16,25 А.
Если учесть, что другие потребители энергии на материнской плате также используют линию +5 В - помните, что карты ISA или PCI также используют это напряжение - можно убедиться, насколько легко можно перегрузить линии +5 В на блоке питания.
Хотя большинство конструктивных решений VRM на материнских платах унаследовано от процессоров Pentium III и Athlon/Duron, использующих регуляторы +5 В, большинство современных систем используют VRM, рассчитанные на напряжение +12 В. Связано это с тем, что более высокие напряжения снижают уровень тока. Мы можем убедиться в этом на примере AMD Athlon 1 ГГц, о которым уже упоминали выше:
Как можно видеть, использование линии +12 В для питания чипа требует ток силой всего 5,4 А или же 6,8 А, с учетом эффективности VRM.
Таким образом, подключив модуль VRM на материнской плате к линии питания +12 В, мы могли бы извлечь немало пользы. Но, как вы уже знаете, спецификация ATX 2.03 предполагает лишь одну линию +12 В, которая передаётся через основной кабель питания материнской платы.
Даже проживший недолгую жизнь вспомогательный 6-контактный коннектор был лишён контакта с напряжением +12 В, так что он не смог бы нам помочь. Ток силой более 8 А по одному проводу 18-го калибра от линии +12 В на блоке питания - это весьма действенный способ расплавить контакты разъёма ATX, которые по спецификации рассчитаны на ток не выше 6 А при использовании стандартных контактов Molex. Таким образом, требовалось принципиально иное решение.
Platform Compatibility Guide (PCG)
Процессор напрямую управляет силой тока, проходящей через контакт +12 В. Современные материнские платы разработаны таким образом, чтобы обеспечить поддержку как можно большего количества процессоров, однако, цепи VRM некоторых платах могут не обеспечивать достаточного питания для всех процессоров, которые могут быть установлены в сокет на материнской плате.
Чтобы исключить потенциальные проблемы с совместимостью, которые могут привести к нестабильной работе ПК или даже выходу из строя отдельных компонентов, компания Intel разработала стандарт питания, называющийся Platform Compatibility Guide (PCG).
PCG упоминается на большинстве боксовых процессоров Intel и материнских платах, выпускавшихся с 2004 по 2009 год. Он создавался для сборщиков ПК и системных интеграторов, чтобы донести до них информацию о том, какие требования предъявляет процессор к питанию, а также соответствует ли данным требованиям материнская плата.
PCG представляет собой двузначное либо трёхзначное обозначение (например, 05А), где первые две цифры означают год, когда был представлен продукт, а дополнительная третья буква соответствует сегменту рынка.
Маркировки PCG, включающие третий знак А, соответствуют процессорам и материнским платам, относящимся к low-end решениям (требуют меньше энергии), в то время как буква B относится к процессорам и материнским платам, относящимся к сегменту high-end рынка (требуют больше энергии).
Материнские платы, которые поддерживают процессоры high-end класса, по умолчанию, также могут работать и с менее производительными процессорами, но не наоборот.
Например, вы можете установить процессор с PCG маркировкой 05A в материнскую плату, имеющую маркировку 05B, но если вы попробуете установить процессор 05B в плату, имеющую маркировку 05A, то вполне можете столкнуться с нестабильной работы системы или иными, более тяжёлыми последствиями.
Иными словами, всегда есть возможность установить менее производительный процессор в дорогую материнскую плату, но не наоборот.
4-контактный разъём питания процессора +12 В
Чтобы увеличить ток по линии +12 В, Intel создала новую спецификацию БП ATX12V. Это привело к появлению третьего разъёма питания, который получил название ATX +12 В и использовался для подведения дополнительного напряжения +12 В к материнской плате.
Данный 4-контактный разъём питания является стандартным для всех материнских плат, соответствующих спецификации ATX12V, и содержит контакты Molex Mini-Fit Jr. с вилками типа "мама". Согласно спецификации, разъём соответствует стандарту Molex 39-01-2040, тип конектора - Molex 5556. Это тот же самый тип контактов, что используется в основном разъёме питания материнской платы ATX.
Данный разъём имеет два контакта +12 В, каждый из которых рассчитан на ток до 8 А (либо до 11 А при использовании контактов HCS). Это обеспечивает силу тока 16 А дополнительно к контакту на материнской плате, а в сумме оба разъёма обеспечивают ток до 22 А по линии +12 В. Расположение контактов данного разъёма изображено на следующей схеме:
Используя стандартные контакты Molex, каждый контакт в разъёме +12 В может проводить ток силой до 8 А, 11 А с контактами HCS, либо до 12 А с контактами Plus HCS. Даже при том, что в данном разъёме используются те же самые контакты, что и в основном, ток по этому разъёму может достигать более высоких значений, так как используется меньшее количество контактов. Умножив количество контактов на напряжение, можно определить предельную мощность тока по данному разъёму:
Стандартные контакты Molex рассчитаны на ток 8 А.
Контакты Molex HCS рассчитаны на ток 11 А.
Контакты Molex Plus HCS рассчитаны на ток 12 А.
Все значения указаны для связки 4-6 контактов Mini-Fit Jr. при использовании проводов 18-го калибра и стандартной температуре.
Таким образом, в случае использования стандартных контактов мощность может достигать 192 Вт, что, в большинстве случаев, достаточно даже для современных производительных CPU. Потребление большей мощности может привести к перегреву и оплавлению контактов, поэтому в случае использования более "прожорливых" моделей процессоров вилка +12 В для питания процессора должна включать контакты Molex HCS либо Plus HCS.
20-контактный основной разъём питания и коннектор питания процессора +12 В вместе обеспечивают максимальный уровень мощности тока 443 Вт (при использовании стандартных контактов). Важно заметить, что добавление разъёма +12 В позволяет задействовать полную мощность блока питания на 500 Вт, не рискуя столкнуться с перегревом или оплавлением контактов.
Переходник на разъём +12 В питания процессора
Если блок питания не имеет стандартного разъёма +12 В для питания процессора, а на материнской плате предусмотрено соответствующее гнездо, существует простой выход из проблемы - использовать переходник. С какими нюансами мы может столкнуться в таком случае?
Переходник подключается к разъёму для периферийных устройств, который имеется почти во всех БП. Проблема в данном случае заключается в том, что разъём для периферийных устройств имеет всего один контакт +12 В, а 4-контактный разъём питания CPU - два таких контакта.
Таким образом, если переходник предполагает использование всего одного разъёма для периферийных устройств, используя его для обеспечения напряжения сразу на двух контактах разъёма +12 В для процессора, то мы в этом случае видим серьёзное несоответствие между требованиями к силе тока.
Поскольку контакты на разъёме для периферийных устройств рассчитаны на ток только в 11 А, нагрузка, превышающая это значение, может привести к перегреву и оплавлению контактов на этом разъёме. Но 11 А - это ниже пиковых значений тока, на которые должны быть рассчитаны контакты разъёма в соответствии с рекомендациями Intel PCG. Это означает, что подобные переходники не соответствуют последним стандартам.
Мы произвели следующие расчёты: учитывая эффективность VRM на уровне 80%, для среднего по нынешним меркам процессора, потребляющего 105 Вт, уровень тока составит примерно 11 А, что является максимумам для периферийного разъёма питания.
Многие современные процессоры имеют TDP свыше 105 Вт. Но мы бы не рекомендовали пользоваться переходниками, которые используют только один разъём для периферийных устройств, с процессорами, имеющими TDP свыше 75 Вт. Пример такого переходника приведён на следующем рисунке:
8-контактный разъём питания процессора +12 V
В материнских платах high-end класса часто используется несколько VRM для питания процессора. Чтобы распределить нагрузку между дополнительными регуляторами напряжения, такие платы оснащены двумя гнёздами для 4-контактного разъёма +12 В, но физически они объединены в один 8-контактный коннектор, как показано на рисунке ниже.
Данный тип разъёма был впервые представлен в спецификации EPS12V версии 1.6, вышедшей в 2000 году. Хотя изначально данная спецификация была ориентирована на файл-серверы, увеличившиеся запросы к питанию некоторых высокопроизводительных процессоров для настольных ПК привели к тому, что этот 8-контактный разъём появился в мире ПК.
Некоторые материнские платы, где используется 8-контактный разъём питания CPU, для обеспечения корректной работы должны получать напряжение на все контакты разъёма, в то время, как большинство материнских плат такого типа могут работать, даже если вы используете всего один 4-контактный разъём питания. В последнем случае, на гнезде материнской платы останется четыре свободных контакта.
Но прежде чем запускать компьютер с такой конфигурацией разъёмов, необходимо ознакомиться с руководством пользователя материнской платы - скорее всего, там будет отражено, можно ли подключать один 4-контактный разъём питания к 8-жильному гнезду на плате, либо нет.
Если вы используете процессор, который потребляет больше энергии, чем может обеспечить один 4-контактный разъём питания, вам, тем не менее, придётся найти БП, оснащённый 8-контактным разъёмом.
Переходник 4-pin -> 8-pin разъёма питания CPU +12 В
Если материнская плата требует наличие напряжения на всех восьми контактах, но при этом вы используете не слишком "прожорливый" процессор и ваш блок питания не имеет 8-контактного коннектора, то на помощь может прийти переходник с 4-контактного на 8-контактный разъём. Выглядит он следующим образом:
Существуют адаптеры, которые работают в обратном направлении - то есть преобразуют сигнал с 8-контактного разъёма на 4-контактный.
Но требуются они редко, поскольку вы можете поступить проще, подсоединив вилку 8-контактного разъёма к четырём гнёздам на материнской плате.
Для этого потребуется просто сместить коннектор в одну из сторон. Без переходника не обойтись, если физическая компоновка платы не позволяет установить вилку 8-контактного коннектора со смещением.
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.
Недавно решил перебрать материнские платы, которых скопилось приличное количество, ремонт которых не был выполнен сходу и которые были отложены до лучших времен. Насчитал из них четыре штуки и все с аналогичными поломками - мосфетами с коротким замыканием или иначе говоря, пробитыми транзисторами в цепях питания процессора. Это те самые всем известные квадратики, полевые транзисторы в планарном исполнении SMD, находящиеся обычно на плате слева от процессора.
Мосфеты цепи питания процессора
В связи с тем, что процессор потребляет довольно большое количество энергии, которую рассеивает в виде тепла в окружающее пространство, тем самым нагревая материнскую плату и установленные на ней детали, ему требуется хорошее охлаждение. Для процессоров 2 ядра тепловой пакет обычно составляет 65-89 ватт, для 4 ядерных - 95 ватт и выше.
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.
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.
Взорвавшийся мосфет
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
Но как определить какой из мосфетов, какой фазы питания у нас пробит, ведь мосфеты всех фаз питания процессора будут звониться как будто они все находятся в коротком замыкании - посмотрите схему, ведь они стоят параллельно и будут звониться при пробитии через низкоомные дроссели питания? В данном случае, проще всего выпаять одну ножку дросселя или если дроссель в корпусе, да и мне лично было бы так намного удобнее, дроссель целиком.
Питание - схема
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.
Полевой транзистор - изображение на схеме
Так вот, как мы видим по схеме, если у нас один из мосфетов пробит - он будет своим низкоомным сопротивлением, шунтировать и все остальные фазы питания. А выпаяв все дросселя мы тем самым разъединяем все параллельные цепочки на отдельные цепи, при которых остальные фазы перестают влиять на результаты измерений в проверяемой цепи.
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
Правда тут есть один нюанс - для удобства работы применяю покупной диммер на шнуре, который выпускается для ламп накаливания но отлично подходит и для регулирования мощности паяльника. Осталось лишь подцепить к нему розетку для удлинителя, идущую с креплением на шнур и походный диммер готов.
Диммер на шнур 220В
Стоимость данного диммера была довольно скромной, всего порядка 130 рублей, также подобные диммеры видел и на Али экспресс - это для тех, кто не имеет доступа к радиомагазинам с хорошим выбором радиотоваров. Но вернемся к демонтажу сначала конденсаторов, а затем и мосфетов.
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
Мне в этом отношении повезло больше - остался с советских времен от одной из монтажниц конический алюминиевый пруток, который значительно облегчает выполнение данной работы.
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.
Если у вас есть паяльный фен - здесь все просто, устанавливаем температуру, рекомендуемую в Даташите для демонтажа нашей детали, которую она легко перенесет и не придет при этом в негодность, наносим флюс и выпаиваем деталь. Монтаж при наличии фена возможен также с его помощью нанеся предварительно флюс. Также возможен монтаж и с помощью паяльника, либо от паяльной станции, либо при отсутствии ее при помощи паяльника 25 ватт ЭПСН с остро заточенным жалом, я пользуюсь обычно паяльником для монтажа.
Дедушкин паяльник)
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
Есть такое замечательное изобретение - сплавы Розе и Вуда, особенно это касается сплава Вуда имеющего более низкую температуру плавления, чем сплав Розе. Эти сплавы имеют очень низкую температуру плавления, порядка 100 градусов, плюс - минус уточнять не буду, не суть так важно. Так вот, откусив бокорезами небольшую капельку любого из этих сплавов и разумеется нанеся флюс, мы кладем данную капельку на контакты нашего мосфета и прогревая жалом паяльника осаждаем его на контактах.
Площадка мосфет
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 , 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.
Имел такую возможность, один раз был срочный ремонт ЖК телевизора в небольшой мастерской не имеющей паяльного оборудования, микросхема в корпусе SO-14 была демонтирована, но к сожалению вместе с двумя пятаками контактов. Проблемой это не стало - недостающие связи были брошены проводом МГТФ от ближайших контактов имеющих соединение дорожками с оторванными контактами. Телевизор был возвращен к жизни, жалоб от клиента не было.
При подобном способе демонтажа на плате всегда остаются “сопли” - бугорки припоя, которые легко убираются с платы сначала с помощью оловоотсоса, затем следует пройтись демонтажной оплеткой по контактам, смоченной во флюсе. Я всегда использую при монтаже и демонтаже самостоятельно приготовленный насыщенный , получаемый путем растворения в 97 % аптечном спирте-денатурате Асептолин, мелко растолченной в порошок канифоли.
Асептолин фото
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
Таким образом процесс монтажа-демонтажа мосфетов на материнских платах не является чем-то сверх трудным, при наличии более-менее прямых рук и доступен для выполнения любому радиолюбителю, имеющему небольшой опыт ремонтов. Всем удачных ремонтов - AKV.