Стенды для ремонта блоков питания. При ремонте и тестировании блоков питания, работающих от сети переменного тока 220В для предотвращения серьезных повреждений при некорректной работе исследуемых блоков питания предпочтительнее иметь не просто защиту по току, а возможность плавного пуска (наращивания напряжения от нуля до номинала с постоянным контролем потребляемого тока).
PMIC TPS650830 может обеспечить полное решение проблемы питания систем на основе процессоров Skylake. Из состава кристалла процессоров с архитектурой Skylake был исключен интегрированный регулятор напряжения (FVIR). Шестое поколение многоядерных процессоров Intel Core с рабочим названием Skylake с полным на то правом можно назвать одним из наиболее масштабируемых и революционных за всю историю архитектуры Core. В этом заявлении нет ни малейшего преувеличения. Так, масштабируемость подтверждает ассортимент из почти 50 наименований Xeon, Core i3/5/7, Core M3/5/7, Pentium и Celeron с впечатляющим разбросом характеристик: от крохотных (20 х 16,5 мм) чипов в компактной корпусировке BGA1515 с TDP 4,5 Вт до мощных разблокированных десктопных LGA1151 процессоров вроде Core i7-6700K с габаритами 37,5 x 37,5 мм и TDP порядка 91 Вт. То есть, 20-кратная масштабируемость по энергопотреблению и 4-кратная по размерам чипа. Кроме того, процессоры с архитектурой Skylake, выпускаемые с соблюдением норм 14-нм техпроцесса Intel, появятся для всех сегментов вычислительной техники – от мобильных устройств до серверов. Контроллер питания PMIC TPS650830 может обеспечить полное решение проблемы питания систем на основе процессоров Skylake (рис.1, 2).
Технология Speed Shift. На дизайн процессоров Skylake сильно повлияло стремление к экономии электроэнергии. Здесь получили развитие как традиционные подходы, так и некоторые принципиально новые идеи. Теперь процессорный дизайн не включает в себя интегрированный преобразователь питания (он был убран именно из соображений экономичности – в наиболее энергоэффективных CPU с тепловым пакетом порядка 4,5 Вт). В будущих микроархитектурах Intel собирается опять вернуть преобразователь обратно в процессор, но не во всех версиях дизайна, а только в тех, которые рассчитаны на достаточно либеральные тепловые пакеты. Инженеры Intel разбили процессор на большее, чем раньше, число энергетических доменов, способных независимо отключаться от линий питания в случае их бездействия. Теперь дело дошло даже до отдельных исполнительных устройств. В Skylake могут независимо обесточиваться в случае простоя даже 256-битные исполнительные устройства, отвечающие за исполнение AVX2-команд. Подобные технологии в том или ином виде используются уже очень давно, но в Skylake есть действительно революционное нововведение – технология Speed Shift, суть которой заключается в том, что процессору теперь даётся куда большая свобода действий в управлении собственными энергосберегающими состояниями.
PSI# - процессорный сигнал индикатора статуса питания и сигнал PECI. PSI# - процессорный сигнал индикатора статуса питания. Этот сигнал устанавливается, когда текущее максимально допустимое потребление ядра процессора меньше 20А. Установка этого сигнала индицирует, что контроллер VR не требует в данный момент значения ICC более, чем 20 А, и VR-контроллер может использовать эту информацию, чтобы передать ее в рабочие (оперативные) точки. Этот сигнал будет сброшен менее чем через 3,3 мкс после того, как текущее потребление превысит 20 А. Минимальное время установки и сброса сигнала – 1 BCLK. В основу новой схемотехники модулей питания процессора положен принцип динамического выбора числа активных фаз в зависимости от потребностей процессора. Задача измерения тока, потребляемого процессором, возложена на ШИМ-контроллер (или на внешнюю схему – по желанию разработчиков). Регулировка подачи питания на процессор производится по сигналу PSI (Power Status Indicator) процессора, который генерируется, когда процессор находится в режиме Deeper Sleep. Сигнал о величине тока поступает на процессор, а тот, в свою очередь, определяет, в каком состоянии находится – в стандартном или с низкой нагрузкой. В случае низкой нагрузки сигнал PSI # поступает обратно на ШИМ-контроллер, который может отключить часть фаз за ненадобностью и тем самым снизить энергопотребление всей схемы питания. Сигнал PSI позволяет повысить эффективность регулятора напряжения питания процессора и улучшить тем самым энергоэкономичность компьютеров. Системные платы GIGABYTE с технологией DES Advanced, поддерживающие новый стандарт VRD 11.1, позволяют дополнительно повысить энергоэффективность благодаря уменьшению количества фаз питания в режиме Deeper Sleep до одной (в этом режиме на системной плате горит только один светодиодный индикатор). Данное решение является стандартным для всех, кто реализует поддержку схемы VRD 11.1 на своих материнских платах.
Цифровая система питания. Цифровой стабилизатор питания DIGI+. Одним из ключевых узлов любой материнской платы является стабилизатор питания центрального процессора. Цифровой стабилизатор питания DIGI+, реализуемый на новых материнских платах ASUS, не только соответствует стандарту Intel VRD 12, но и значительно превосходит его по своим параметрам. Преимуществом цифровой системы питания DIGI+ (в отличие от предыдущих версий стандарта Intel VRD) в 12-й версии используются цифровые управляющие сигналы. Стабилизатор напряжения DIGI+ полностью соответствует новому стандарту Intel: - высокая скорость реакции: будучи цифровым контролером, стабилизатор напряжения DIGI+ способен обрабатывать цифровые управляющие сигналы процессора без цифроаналоговых преобразований, что устраняет нежелательные задержки в его работе; - улучшенное охлаждение: оригинальная электронная схема с использованием двойных драйверов и силовых транзисторов и распределение отдельных компонентов системы питания по большой площади обеспечивают эффективное охлаждение; - двойное питание процессора: благодаря схеме с двойными драйверами и силовыми транзисторами стабилизатор напряжения включает в себя два полноценных силовых каскада, которые обеспечивают бесперебойную подачу энергии процессору, повышая его стабильность и разгонный потенциал (рис. 1).
Цифровая система питания. Цифровой стабилизатор питания DIGI+. Одним из ключевых узлов любой материнской платы является стабилизатор питания центрального процессора. Цифровой стабилизатор питания DIGI+, реализуемый на новых материнских платах ASUS, не только соответствует стандарту Intel VRD 12, но и значительно превосходит его по своим параметрам. Преимуществом цифровой системы питания DIGI+ (в отличие от предыдущих версий стандарта Intel VRD) в 12-й версии используются цифровые управляющие сигналы. Стабилизатор напряжения DIGI+ полностью соответствует новому стандарту Intel: - высокая скорость реакции: будучи цифровым контролером, стабилизатор напряжения DIGI+ способен обрабатывать цифровые управляющие сигналы процессора без цифроаналоговых преобразований, что устраняет нежелательные задержки в его работе; - улучшенное охлаждение: оригинальная электронная схема с использованием двойных драйверов и силовых транзисторов и распределение отдельных компонентов системы питания по большой площади обеспечивают эффективное охлаждение; - двойное питание процессора: благодаря схеме с двойными драйверами и силовыми транзисторами стабилизатор напряжения включает в себя два полноценных силовых каскада, которые обеспечивают бесперебойную подачу энергии процессору, повышая его стабильность и разгонный потенциал (рис. 2).
Технология стабилизации UPS фирмы PowerCom KIN-625AP. В линейно-интерактивных UPS силовой трансформатор инвертора всегда соединен с выходом и работает параллельно со схемой стабилизации входного переменного напряжения подаваемого в нагрузку. Переход на режим работы от АКБ выполняется только тогда, когда входное напряжение электросети полностью будет отсутствовать. Из-за такого взаимодействия ("interaction") с входным сетевым напряжением ("линией", "line") эта архитектура и берет свое название. Линейно-интерактивная топология подразумевает, что инвертор UPS включен параллельно электросети и работает в двустороннем режиме: осуществляет мониторинг линии электропитания и в определенных пределах обеспечивает регулирование и стабилизацию выходного напряжения UPS, а режиме работы от сети производится зарядка аккумуляторных батарей. Переход на работу от аккумуляторных батарей осуществляется UPS только при пропадании сети или выходе ее за допустимые пределы рабочих параметров, и как правило, такие UPS имеют расширенный диапазон входного напряжения, при котором они на работу от АКБ не переходит. Такой диапазон достигается за счет использования в схеме источника автотрансформатора, с переключаемыми обмотками для поддержания на выходе заданного диапазона напряжений. Для более детального рассмотрения режимов работы ступенчатой стабилизации, рассмотрим ее работу на конкретной схеме, в качестве которой будем рассматривать входные цепи UPS фирмы PowerCom KIN-625AP, которые выполняют функцию стабилизации выходного напряжения в заданных пределах. Схемотехнически такие схемы выполнены практически одинаково, отличие наблюдается только в величине компенсационного напряжения, которое определяется дополнительной интерактивной обмоткой силового трансформатора, т.е. величиной ЭДС, наведенной на данной обмотке. Стабилизация выходного напряжения также выполняется с помощью дополнительной автотрансформаторной обмотки силового трансформатора. Величина компенсационного напряжения, как и в предыдущем UPS, определяется величиной ЭДС, наведенной в ней. Коммутация обмотки выполняется с помощью специальных реле во входных цепях UPS. В зависимости от того, в каком направлении протекает ток через компенсационную обмотку, ЭДС, наведенная в этой ней, либо добавляется к входному напряжению, либо вычитается из него. Конфигурация обмоток силового трансформатора, схема его включения, и возможные варианты коммутации реле представлены на рис. 1-3.
Маркировки, используемые для обозначения аккумуляторов. Маркировки, используемые для обозначения аккумуляторов учитывают, что в настоящее время применяются аккумуляторы 5-и различных электрохимических систем: - герметичные свинцово-кислотные аккумуляторы (сокращенно SLA); - никель-кадмиевые аккумуляторы ( сокращенно NiCd) ; - никель-металл-гидридные аккумуляторы (сокращенно NiMH); - литий-ионные аккумуляторы ( сокращенно Li-ion); - литий-полимерные аккумуляторы (сокращенно Li-Pol). Современный аккумулятор построен из большого количества элементов. Один элемент состоит из двух электродов (положительного и отрицательного), электролита и корпуса. Накопление энергии в аккумуляторе происходит при протекании химической реакции окисления-восстановления электродов. При разряде аккумулятора происходят обратные процессы. Напряжение аккумулятора – это разность потенциалов между полюсами аккумулятора при фиксированной нагрузке. Для получения достаточно больших значений напряжений или заряда отдельные элементы аккумулятора соединяются между собой последовательно или параллельно. Существует ряд общепринятых напряжений для аккумуляторных батарей: 2; 4; 6; 12; 24 В. Расчетное напряжение одного элемента составляет 2 В. Номинальное напряжение аккумуляторной батареи равно числу элементов, умноженному на 2 В. Реальное напряжение может колебаться от 2,5 В до 1,2 В.
Проверка полевых транзисторов (MOSFET-транзисторов). В современной электронной аппаратуре, в блоках питания, мониторах, системных платах ПК и другой аппаратуре все чаще находят применение полевые транзисторы. При проведении ремонта мы очень часто сталкивается с необходимостью проверки исправности мощных полевых транзисторов. Полевые транзисторы (MOSFET-транзисторы). Полевые транзисторы (ПТ), благодаря ряду уникальных параметров, в том числе высокому входному сопротивлению, находят широкое применение в блоках питания ПК, телевизоров, мониторов, видеомагнитофонов и другой радиоэлектронной аппаратуры. В качестве электронного ключа импульсных преобразователей напряжения питания компонентов материнских плат всегда используется пара полевых n-канальных МОП-транзисторов (MOSFET-транзисторы). Обозначение этого типа транзисторов показано на рис. 1 (для сокращения числа внешних компонентов в транзистор может быть встроен мощный высокочастотный демпферный диод). MOSFET - это аббревиатура от английского словосочетания Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor (Металл- Оксидные Полупроводниковые Полевые Транзисторы). Данный класс транзисторов отличается, прежде всего, минимальной мощностью управления при значительной выходной мощности (сотни ватт). В открытом состоянии ПТ имеют чрезвычайно малые значения сопротивления (десятые доли Ома при выходном токе в десятки ампер), а следовательно, минимальную мощность, выделяющуюся на транзисторе в виде тепла. К неоспоримым преимуществам MOSFET транзисторов перед биполярными можно отнести следующие: - минимальная мощность управления и большой коэффициент усиления по току обеспечивает простоту схем управления (есть даже разновидность MOSFET, управляемых логическими уровнями); - большая скорость переключения (при этом минимальны задержки выключения, обеспечивается широкая область безопасной работы); - возможность простого параллельного включения транзисторов для увеличения выходной мощности; - устойчивость транзисторов к большим импульсам напряжения (dv/dt). Поэтому данные приборы находят широкое применение и в устройствах управления мощной нагрузкой, импульсных источниках питания (до 1000 В). MOSFET с N-каналом наиболее популярны для коммутации силовых цепей. Напряжение управления или напряжение, приложенное между затвором и истоком для включения MOSFET, должно превышать порог UT 4В, фактически необходимо 10-12В для надежного включения MOSFET. Снижение напряжения управления до нижнего порога UT приведет к выключению MOSFET. Силовые MOSFET выпускают различные производители: - HEXFET (фирма NATIONAL); - VMOS (фирма PHILLIPS); - SIPMOS (фирма SIEMENS). При ремонте аппаратов, в которых применены полевые транзисторы, у ремонтников очень часто возникает задача проверки целостности и работоспособности этих транзисторов. Чаще всего приходится иметь дело с вышедшими из строя мощными полевыми транзисторами импульсных блоков питания.
Источники питания для отлаживаемых устройств. Во время ремонта и отладки различных устройств или узлов с питанием от постоянного источника тока, по целому ряду причин их питание приходится осуществлять от внешнего источника (например, необходимость защиты штатного источника от выхода из строя при первом подключении отремонтированного узла). Часто необходимо осуществить проверку работоспособности устройства во всем диапазоне питающих напряжений. Кроме того, гальваническая развязка от сети питания будет не лишней в целях свободного использования заземленных измерительных приборов во время работ. В связи с этим, лабораторные источники питания должны предусматривать возможность установки нужного напряжения и регулятор потребляемого тока, а многоканальные источники должны иметь триггерную защиту с одновременным отключением всех каналов. (гальваническую развязку обеспечивают все лабораторные источники питания). При выполнении большого объема тестовых работ удобнее блоки питания с программным управлением. При ремонте и тестировании блоков питания, работающих от сети переменного тока 220 ля предотвращения серьезных повреждений при некорректной работе исследуемых блоков питания предпочтительнее иметь не просто защиту по току, а возможность плавного пуска (наращивания напряжения от нуля до номинала с постоянным контролем потребляемого тока).
Рекомендации по ремонту источников питания персональных компьютеров. Практика показывает, из всех элементов системного блока персонального компьютера (ПК) наибольшее число отказов приходится на блоки питания. Наибольшее число отказов блоков питания обычно связано с «человеческим фактором». Поэтому перед первым включением источника питания обратите внимание на положение переключателя типа питающей сети (рекомендуется сразу адаптировать аппарат под нашу сеть, исключив (методом выпаивания) все элементы, влекущие возможность ошибочного включения источника). Всегда любой ремонт начинается с очень внимательного предварительного внешнего осмотра ремонтируемого объекта. Во время пробных включений источника питания (во время ремонта и после проведения его ремонта) рекомендуется вместо предохранителя включить лампу накаливания на 250В/100Вт. Этот прием дает реальный шанс не пожечь силовые транзисторы высокочастотного преобразователя. Если при включении питания лампа будет гореть тускло, то можно установить предохранитель на место, а в случае яркого свечения лампы, питание необходимо выключить и продолжить поиски неисправности. Проявления неисправности блока питания, которые могут иметь место при неисправности блока питания, могут быть очевидными и неочевидные. Неочевидные причины неисправности - для определения неисправного эле¬мента требуют дополнительной диагностики системы, т. к. явно не проявляют себя, но тем не менее они влияют на работоспособность источника питания. Например, мы видим ошибки системы, которые не указывают на неисправность блока питания: - различного рода ошибки и зависания при включении электропитания; - неожиданная перезагрузка системы и периодические зависания во время обычной работы; - хаотически возникающие ошибки четности данных и другие ошибки оперативной памяти; - одновременная остановка жесткого диска и вентилятора, перегрев компьютера из-за выхода из строя вентилятора (из-за того, что нет +12 В); - перезагрузка системы при незначительном снижении напряжения сети 220В; - «удары» электрического тока во время прикосновения рукой к корпусу компьютера или к разъемам; - небольшие статические разряды, нарушающие работу сети. - ранняя подача сигнала «Питание в норме» (из-за неисправности в цепи формирования этого сигнала) может приводить к искажениям CMOS-памяти (наиболее часто встречающиеся типовые неисправности, непосредственно связанные с нарушением работоспособности источника питания системного блока ПК см. в табл. 1). Выходные напряжения желательно проверять цифровым мультиметром, обеспечивающим необходимую точность измерений.
Особенности многофазных регуляторов питания процессоров на новых материнских платах Качество электропитания и обеспечение требуемой подводимой мощности - ключевые факторы для достижения заданной производительности ЦП. Например, система на плате GA-X58A-UD9 оснащена передовой схемой питания, которая способна предоставить в распоряжение процессора до 1500 Вт. Специально для системных плат Gigabyte на базе чипсетов Intel 6-серии был разработан новый дизайн модуля питания ЦП, с учетом требований спецификации Intel VRD 12. Одной из топовых плат на чипсете Intel Z77 является Gigabyte Z77X-UD5H (флагман линейки Gigabyte для LGA1155), в ней использует 12-фазный дизайн VRM-модуля. Создание материнских плат с увеличенным количеством фаз питания процессора постепенно становится своеобразным соревнованием между производителями материнских плат. К примеру, совсем недавно компания Gigabyte производила платы с 12-фазными источниками питания процессоров, но в ныне выпускаемых ею платах количество фаз выросло до 24. Но так ли уж необходимо использовать столь большое количество фаз питания, одни производители их постоянно увеличивают, а другие довольствуются небольшим количеством фаз питания?
Версия сайта для слабовидящих