Cechy zastosowania kondensatorów tlenkowych w mikroprocesorowych obwodach mocy

Encyklopedia radioelektroniki i elektrotechniki / Komputery

 Komentarze do artykułu

Aby zwiększyć niezawodność komputera, mocno nagrzane komponenty (procesory, chipset, tranzystory zasilające) są wyposażone w radiatory, dodatkowe wentylatory są instalowane w jednostce systemowej i na dyskach twardych. Okazuje się jednak, że kondensatory tlenkowe filtrów mocy tych jednostek są również elementami paliwowymi. Dlaczego tak się dzieje i co należy zrobić, aby zapobiec ich nagrzewaniu, opisano w artykule.

W mikroprocesorze do szyny zasilającej podłączone są miliony tranzystorów węzłów cyfrowych, pracujących według określonych przez programy algorytmów, o łącznym poborze mocy sięgającym kilkudziesięciu watów. W pierwszym przybliżeniu ich połączenia z szyną zasilającą są losowe, dlatego w przyszłości dla uproszczenia prezentacji będziemy je nazywać szumem [1].

Czas trwania frontu zmiany stanu klucza w mikroprocesorze nie przekracza 10-8 s, zatem nieco zaniżając szerokość widma generowanego szumu (prądów) można określić jego górną granicę frp jako większą niż 100 MHz ( frp > 1/τf [2]), a częstotliwości pasma - od 0 do ponad 100 MHz. W tym zakresie skoncentrowane jest 90% generowanej mocy akustycznej. Biorąc pod uwagę przypadkowy (szumowy) charakter procesów, w rzeczywistości zakres ten jest jeszcze szerszy.

Tak więc mikroprocesory są złożonymi obciążeniami dla zasilaczy i generują prądy o szerokim składzie widmowym (setki megaherców) i dużej mocy (do 5 ... 20 W) w obwodach mocy. Maksymalne prądy są generowane przy 100% obciążeniu mikroprocesora.

Jako przykład rozważmy schemat obwodu zasilania rdzenia mikroprocesora (ryc. 1) na płycie głównej Abit BE6-II (ogłoszono ją jako płytę do podkręcania procesora).

Napięcie zasilania 2,05 V poprzez cewkę indukcyjną L1 i filtr trzech kondensatorów tlenkowych C1-C3 o pojemności 1500 mikrofaradów podawane jest na wyjścia mocy procesora. Konstruktywna pojemność Сm ma niską indukcyjność własną i dlatego dobrze bocznikuje składowe mocy o wysokiej częstotliwości (ponad 100 MHz) generowanego szumu.

Jako C1-C3 zastosowano wysokiej jakości kondensatory żelowo-tlenkowe o maksymalnej temperaturze roboczej +105 ° C, zdolne do rozpraszania mocy 0,5 ... 5 W. Być może pozwoliło to producentom zignorować ich tryb działania.

Pomiary wykazały, że podczas długotrwałej pracy komputera, w którym zainstalowano dwa wentylatory obudowy (w zasilaczu i jeden dodatkowy), procesor Celeron z wentylatorem Golden Orb oraz kartę graficzną z wentylatorem, nagrzewa się obudowy wspomnianych kondensatorów osiągały +60...80 °C. Przy wysokich temperaturach zewnętrznych kolejno dwa z trzech kondensatorów filtrujących uległy awarii: najpierw obudowa jednego z nich została mechanicznie zniszczona, po czym komputer zaczął okresowo „zamarzać” podczas pracy, następnie to samo stało się z drugim kondensatorem i system zaczął zawodzić już na etapie przetwarzania BIOS-u. Przyczyną „zamrożenia” jest pojawienie się w obwodach mocy skoków napięcia współmiernych do amplitudy impulsów sygnału sterującego. Takie usterki przenikają do obwodów sterowania lub danych i zagrażają wydajności procesora oraz integralności danych.

Na podstawie temperatury obudowy kondensatorów tlenkowych można stwierdzić, że rozpraszają one moc około 3 ... 5 W. Jakie są przyczyny nagrzewania? Jak wiadomo, o nagrzewaniu się kondensatora tlenkowego decyduje moc uwalniana w jego objętości, czyli straty w elementach dielektrycznych i metalowych. Straty są opisane tangensem kąta strat: tg δc = Rp/P = (Pm + Rd)/P = tg δM + tg δD, gdzie Pp jest mocą strat; Pm - strata mocy w metalu; Rd to strata mocy w dielektryku; tg δM i tg δD - tangens kąta straty odpowiednio dla metalu i dielektryka. Typowa wartość tg δС kondensatora tlenkowego wynosi (1000...2000)-10-4 przy częstotliwości 50 Hz. Przy takich wartościach od 10 do 20% mocy prądów o niskiej częstotliwości zamienia się w ciepło, a biorąc pod uwagę, że spektrum filtrowanych prądów (napięć) rozciąga się do dziesiątek megaherców, a tg δС wzrasta wraz ze wzrostem częstotliwości (tg δM = Rп2πfС) , ponad 80% przechodzi na energię szumów cieplnych generowaną przez procesor i filtrowaną przez obwody zasilania.

Jak wzrost temperatury wpływa na działanie kondensatora tlenkowego?

Rezystancja izolacji przy wzroście temperatury o 10°C spada 1,26….2 razy, a przy wzroście temperatury do granicy +105°C – 7…350 razy (wartości minimalne​​​ odpowiadają nieorganicznym dielektrykom, a maksimum - organicznym) . Wytrzymałość elektryczna kondensatora maleje trzykrotnie wraz ze wzrostem częstotliwości przyłożonego napięcia o współczynnik 10 (przy znamionowej stracie mocy) [3].

Wszystko to sugeruje, że niedopuszczalne jest stosowanie kondensatorów tlenkowych w obwodach mocy procesora bez podejmowania specjalnych środków. Niespełnienie tego warunku prowadzi do obniżenia niezawodności płyt głównych i może spowodować ich awarię nawet w zakresie temperatur pracy.

Nasuwa się proste rozwiązanie: aby zapobiec przenikaniu składowych o wysokiej częstotliwości (do kilkudziesięciu megaherców) do kondensatorów tlenkowych, zainstaluj bezopakowaniowy kondensator ceramiczny o pojemności 0,033 μF w bezpośrednim sąsiedztwie pinów procesora i, jak przeszkoda dla komponentów o niskiej częstotliwości (do setek kiloherców), włącz kondensator ceramiczny o pojemności 3,3 ... 4,7 uF. Ze względu na mały tg δС takich kondensatorów bocznikowana energia nie zamienia się w ciepło. Całkowita moc bierna tych kondensatorów wynosi 30 VAr.

Zmodyfikowany schemat obwodu mocy rdzenia mikroprocesora pokazano na ryc. 2.

Na tej płytce przeprowadzono rewizję, która doprowadziła do obniżenia temperatury obudów kondensatorów tlenkowych do +20...30°C. Płyta pomyślnie przeszła testy w upalnym okresie lata 2002 roku przy temperaturze powietrza w pomieszczeniu +40...50 °C. Dodatkowo obniżono poziom hałasu emitowanego przez komputer.

Zaleca się poddawanie płyt systemowych komputerów pełniących rolę serwerów, innych komputerów pracujących ze 100% obciążeniem (np. w rozproszonych systemach obliczeniowych), a także kart graficznych, czyli wszystkich węzłów, w których procesory pracują z maksymalnym obciążeniem wyrafinowanie. . Przydaje się również w komputerach, które nie są tak intensywnie używane: zmniejszenie rozpraszania ciepła w jednostce systemowej o 10 ... 25 W korzystnie wpłynie na niezawodność systemu.

literatura

1. Ott Henry W. Techniki redukcji szumów w układach elektronicznych. - John Wiley & Sons, Nowy Jork 1976.
2. Gonorovskiy IS Obwody i sygnały inżynierii radiowej. 4.1. - M.: Radio radzieckie, 1967.
3. Dulin V. Zh., Zhuk M.S. Podręcznik elementów radioelektronicznych urządzeń. - M.: Energia, 1977.

Autor: A.Sorokin, Radużny, obwód włodzimierski

Zobacz inne artykuły Sekcja Komputery.

Czytaj i pisz przydatne komentarze do tego artykułu.

<< Wstecz

Najnowsze wiadomości o nauce i technologii, nowa elektronika:

Sztuczna skóra do emulacji dotyku 15.04.2024

W świecie nowoczesnych technologii, w którym dystans staje się coraz bardziej powszechny, ważne jest utrzymywanie kontaktu i poczucia bliskości. Niedawne odkrycia w dziedzinie sztucznej skóry dokonane przez niemieckich naukowców z Uniwersytetu Saary wyznaczają nową erę wirtualnych interakcji. Niemieccy naukowcy z Uniwersytetu Saary opracowali ultracienkie folie, które mogą przenosić wrażenie dotyku na odległość. Ta najnowocześniejsza technologia zapewnia nowe możliwości wirtualnej komunikacji, szczególnie tym, którzy znajdują się daleko od swoich bliskich. Ultracienkie folie opracowane przez naukowców, o grubości zaledwie 50 mikrometrów, można wkomponować w tekstylia i nosić jak drugą skórę. Folie te działają jak czujniki rozpoznające sygnały dotykowe od mamy lub taty oraz jako elementy uruchamiające, które przekazują te ruchy dziecku. Dotyk rodziców do tkaniny aktywuje czujniki, które reagują na nacisk i odkształcają ultracienką warstwę. Ten ... >>

Żwirek dla kota Petgugu Global 15.04.2024

Opieka nad zwierzętami często może być wyzwaniem, szczególnie jeśli chodzi o utrzymanie domu w czystości. Zaprezentowano nowe, ciekawe rozwiązanie od startupu Petgugu Global, które ułatwi życie właścicielom kotów i pomoże im utrzymać w domu idealną czystość i porządek. Startup Petgugu Global zaprezentował wyjątkową toaletę dla kotów, która automatycznie spłukuje odchody, utrzymując Twój dom w czystości i świeżości. To innowacyjne urządzenie jest wyposażone w różne inteligentne czujniki, które monitorują aktywność Twojego zwierzaka w toalecie i aktywują automatyczne czyszczenie po użyciu. Urządzenie podłącza się do sieci kanalizacyjnej i zapewnia sprawne usuwanie nieczystości bez konieczności ingerencji właściciela. Dodatkowo toaleta ma dużą pojemność do spłukiwania, co czyni ją idealną dla gospodarstw domowych, w których mieszka więcej kotów. Miska na kuwetę Petgugu jest przeznaczona do stosowania z żwirkami rozpuszczalnymi w wodzie i oferuje szereg dodatkowych funkcji ... >>

Atrakcyjność troskliwych mężczyzn 14.04.2024

Od dawna panuje stereotyp, że kobiety wolą „złych chłopców”. Jednak najnowsze badania przeprowadzone przez brytyjskich naukowców z Monash University oferują nowe spojrzenie na tę kwestię. Przyjrzeli się, jak kobiety reagowały na emocjonalną odpowiedzialność mężczyzn i chęć pomagania innym. Wyniki badania mogą zmienić nasze rozumienie tego, co sprawia, że ​​mężczyźni są atrakcyjni dla kobiet. Badanie przeprowadzone przez naukowców z Monash University prowadzi do nowych odkryć na temat atrakcyjności mężczyzn w oczach kobiet. W eksperymencie kobietom pokazywano zdjęcia mężczyzn z krótkimi historiami dotyczącymi ich zachowania w różnych sytuacjach, w tym reakcji na spotkanie z bezdomnym. Część mężczyzn ignorowała bezdomnego, inni natomiast pomagali mu, kupując mu jedzenie. Badanie wykazało, że mężczyźni, którzy okazali empatię i życzliwość, byli bardziej atrakcyjni dla kobiet w porównaniu z mężczyznami, którzy okazali empatię i życzliwość. ... >>

Przypadkowe wiadomości z Archiwum Przenośna przenośna stacja radarowa 19.03.2000 Aby zwiększyć efektywność pracy specjalistów w ratowaniu ofiar klęsk żywiołowych i katastrof spowodowanych przez człowieka, naukowcy z Instytutu Radiofizyki i Elektroniki Narodowej Akademii Nauk Ukrainy stworzyli przenośną przenośną stację radarową. Pomaga ratownikom odnaleźć żywych ludzi w gruzach powstałych podczas niszczenia budynków, wśród kamieni i odłamków skalnych. Zasięg radaru wynosi 10 m.

Inne ciekawe wiadomości:

▪ Elastyczny nano-cienki ekran dotykowy

▪ Ogłoszenie PCI Express 5.0

▪ Chrząszcze to najbardziej wytrwałe stworzenia

▪ MAX14851 - uniwersalny 6-kanałowy izolator cyfrowy 600V

▪ Podwójny procesor graficzny Nvidia Tesla K80

Wiadomości o nauce i technologii, nowa elektronika

Ciekawe materiały z bezpłatnej biblioteki technicznej:

▪ część serwisu Elektryk w domu. Wybór artykułów

▪ artykuł Palec Boży. Popularne wyrażenie

▪ artykuł Jak mówią papugi? Szczegółowa odpowiedź

▪ artykuł Zaparcia. Opieka zdrowotna

▪ artykuł Uniwersalne urządzenie dopasowujące. Encyklopedia elektroniki radiowej i elektrotechniki

▪ artykuł Flagi wszystkich narodów. Sekret ostrości

Zostaw swój komentarz do tego artykułu:

Wszystkie języki tej strony

Arabic	Hebrew	Polish
Bengali	Hindi	Portuguese
Chinese	Italian	Spanish
English	Japanese	Turkish
French	Korean	Ukrainian
German	Malay	Vietnamese

Strona główna | biblioteka | Artykuły | Mapa stony | Recenzje witryn

www.diagram.com.ua
2000-2024