Особливості застосування оксидних конденсаторів у ланцюгах живлення мікропроцесорів

Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки / Комп'ютери

 Коментарі до статті

Для підвищення надійності роботи комп'ютера вузли, що сильно нагріваються (процесори, чіпсет, транзистори блоку живлення) забезпечують тепловідведеннями, встановлюють додаткові вентилятори в системний блок і на вінчестери. Але виявляється, тепловиділяючі елементи є і оксидні конденсатори фільтрів живлення цих вузлів. Чому це відбувається і що треба зробити, щоб запобігти їхньому нагріванню, розповідається в статті.

У мікропропроцесорі до шини живлення підключені мільйони транзисторів цифрових вузлів, що працюють за заданими програмами алгоритмами, із сумарним споживанням потужності, що досягає кількох десятків ват. У першому наближенні їх підключення до шини живлення є випадковими, тому надалі для спрощення викладу називатимемо їх шумами [1].

Тривалість фронту зміни стану ключів у мікропроцесорі не перевищує 10-8 с, тому, дещо занижуючи ширину спектра шумів (струмів, що генеруються), можна визначити його верхню межу frp, як більше 100 МГц (frp > 1/τф [2]), а смугу частот - від 0 до більш як 100 МГц. У цьому діапазоні зосереджено 90% потужності шумів, що генеруються. Зважаючи на випадковий (шумоподібний) характер процесів, реально цей діапазон ще ширший.

Таким чином, мікропроцесори є складними навантаженнями для джерел живлення та генерують у ланцюгах живлення струми широкого спектрального складу (сотні мегагерц) та великої потужності (до 5...20 Вт). Максимальні струми генеруються при 100% завантаженні мікропроцесора.

Розглянемо для прикладу схему ланцюга живлення ядра мікропроцесора (рис. 1) у системній платі BE6-II фірми Abit (вона анонсована як плата для розгону процесорів).

Напруга живлення 2,05 через дросель L1 і фільтр з трьох оксидних конденсаторів С1-C3 ємністю 1500 мкФ подається на висновки живлення процесора. Конструктивна ємність См має малу власну індуктивність і тому добре шунтує високочастотні (понад 100 МГц) складові потужності шумів, що генеруються.

Як С1-C3 застосовані високоякісні оксидні гелеві конденсатори з граничною робочою температурою +105 °С, здатні розсіювати потужність 0,5...5 Вт. Можливо, це й дозволило виробникам не зважати на режим їхньої роботи.

Вимірювання показали, що в процесі тривалої роботи комп'ютера, в якому встановлені два корпусні вентилятори (у блоці живлення та додатковий), процесор Celeron з вентилятором Golden Orb та відеокарта з вентилятором, нагрівання корпусів згаданих конденсаторів сягало +60...80 °С. При високих температурах зовнішнього повітря послідовно вийшли з ладу два з трьох конденсаторів фільтра: спочатку відбулося механічне руйнування корпусу одного з них, після чого комп'ютер почав періодично "зависати" під час роботи, потім те саме сталося з другим конденсатором і система почала відмовляти вже на етапі обробки BIOS Причина "зависань" - поява в ланцюгах живлення викидів напруги, порівнянних з амплітудою імпульсів сигналів, що управляють. Такі викиди проникають у ланцюги управління чи даних і порушують роботу процесора та цілісність даних.

По температурі корпусів оксидних конденсаторів можна зробити висновок, що вони розсіюють потужність близько 3...5 Вт У чому причини нагрівання? Як відомо, нагрівання оксидного конденсатора визначається потужністю, що виділяється в його обсязі, тобто втратами в діелектриці та металевих елементах. Втрати описуються тангенсом кута втрат: tg δс = Рп/Р = (Рм + Рд)/Р = tg δМ + tg δД, де Рп - потужність втрат; Рм – потужність втрат у металі; Рд – потужність втрат у діелектриці; tg δМ і tg δД - тангенс кута втрат для металу та діелектрика відповідно. Типове значення tg δС оксидного конденсатора - (1000...2000)-10-4 на частоті 50 Гц. При таких його значеннях від 10 до 20 % потужності низькочастотних струмів переходять у тепло, а враховуючи, що спектр струмів (напруг, що фільтруються) простягається до десятків мегагерц і tg δС збільшується зі зростанням частоти (tg δМ = Rп2πfС), в тепло переходить більше 80% енергії шуму, що генерується процесором та фільтрується ланцюгами живлення.

Як впливає роботу оксидного конденсатора підвищення температури?

Опір ізоляції зі зростанням температури на 10 °С падає в 1,26...2 рази, а при підвищенні температури до граничної +105 °С - у 7...350 разів (мінімальні значення відповідають неорганічним діелектрикам, а максимальні - органічним) . Електрична міцність конденсатора знижується втричі при підвищенні частоти напруги в 10 разів (при номінальній потужності втрат) [3].

Все сказане вище свідчить, що використовувати оксидні конденсатори в ланцюгах живлення процесорів без вживання спеціальних заходів неприпустимо. Недотримання цієї умови призводить до зниження надійності системної плати і може спровокувати їх вихід із ладу навіть у робочому інтервалі температур.

Напрошується просте рішення: для запобігання проникненню в оксидні конденсатори високочастотних складових ( 0,033 ...3,3 мкф. Через малий tg δС таких конденсаторів шунтована енергія не переходить у тепло. Сумарна реактивна потужність цих конденсаторів – 4,7 ВАр.

Змінена схема ланцюга живлення ядра мікропроцесора показано на рис. 2.

Доробка була виконана на цій платі, що призвело до зниження температури корпусів оксидних конденсаторів до +20...30°С. Плата успішно витримала випробування у спекотний період літа 2002 р. за температури повітря в приміщенні +40...50 °С. Крім того, знизився рівень випромінюваних комп'ютером перешкод.

Подібному доопрацюванню доцільно піддати системні плати комп'ютерів, що використовуються як сервери, інших комп'ютерів, що працюють зі 100% навантаженням (наприклад, в системах розподілених обчислень), а також відеокарти, тобто всі вузли, в яких процесори працюють з граничним навантаженням . Корисна вона і в комп'ютерах, що використовуються не настільки інтенсивно: зниження тепловиділення в системному блоці на 10...25 Вт сприятливо позначиться на надійності роботи системи.

література

1. Ott Henry W. Noise змінення технологій в електросистемі. - John Wiley & Sons, NY 1976.
2. Гоноровський І. С. Радіотехнічні ланцюги та сигнали. 4.1. - М: Радянське радіо, 1967.
3. Дулін В. Ж., Жук М. С. Довідник з елементів радіоелектронних пристроїв. - М: Енергія, 1977.

Автор: О.Сорокін, м.Райдужний Володимирської обл.

Дивіться інші статті розділу Комп'ютери.

Читайте та пишіть корисні коментарі до цієї статті.

<< Назад

Останні новини науки та техніки, новинки електроніки:

Штучна шкіра для емуляції дотиків 15.04.2024

У світі сучасних технологій, де віддаленість стає дедалі більш повсякденною, збереження зв'язку й почуття близькості грають значної ролі. Нещодавні розробки німецьких учених із Саарського університету в галузі штучної шкіри становлять нову еру у віртуальних взаємодіях. Німецькі дослідники з університету Саарського розробили ультратонкі плівки, які можуть передавати відчуття дотику на відстані. Ця передова технологія надає нові можливості для віртуального спілкування, особливо для тих, хто виявився далеко від своїх близьких. Ультратонкі плівки, розроблені дослідниками, товщиною всього 50 мікрометрів, можуть бути інтегровані в текстильні вироби та носитися як друга шкіра. Ці плівки діють як датчики, що розпізнають тактильні сигнали від мами чи тата, і як виконавчі механізми, що передають ці рухи дитині. Дотики батьків до тканини активують датчики, які реагують на тиск та деформують ультратонку плівку. Ця ...>>

Котячий унітаз Petgugu Global 15.04.2024

Турбота про домашніх тварин часто може бути викликом, особливо коли йдеться про підтримку чистоти в будинку. Представлено нове цікаве рішення стартапу Petgugu Global, яке полегшить життя власникам кішок та допоможе їм тримати свій будинок в ідеальній чистоті та порядку. Стартап Petgugu Global представив унікальний котячий унітаз, здатний автоматично змивати фекалії, забезпечуючи чистоту та свіжість у вашому будинку. Цей інноваційний пристрій оснащений різними розумними датчиками, які стежать за активністю вашого вихованця в туалеті та активуються для автоматичного очищення після його використання. Пристрій підключається до каналізаційної системи та забезпечує ефективне видалення відходів без необхідності втручання з боку власника. Крім того, унітаз має великий обсяг сховища, що змивається, що робить його ідеальним для домашніх, де живуть кілька кішок. Котячий унітаз Petgugu розроблений для використання з водорозчинними наповнювачами та пропонує ряд додаткових матеріалів. ...>>

Привабливість дбайливих чоловіків 14.04.2024

Стереотип про те, що жінки віддають перевагу "поганим хлопцям", довгий час був широко поширений. Однак нещодавні дослідження, проведені британськими вченими з Університету Монаша, пропонують новий погляд на це питання. Вони розглянули, як жінки реагують на емоційну відповідальність та готовність допомагати іншим у чоловіків. Результати дослідження можуть змінити наше уявлення, що робить чоловіків привабливими в очах жінок. Дослідження, проведене вченими з Університету Монаша, призводить до нових висновків щодо привабливості чоловіків для жінок. В рамках експерименту жінкам показували фотографії чоловіків з короткими історіями про їхню поведінку в різних ситуаціях, включаючи їхню реакцію на зіткнення з бездомною людиною. Деякі з чоловіків ігнорували безпритульного, тоді як інші надавали йому допомогу, наприклад, купуючи їжу. Дослідження показало, що чоловіки, які виявляють співчуття і доброту, виявилися більш привабливими для жінок порівняно з т ...>>

Випадкова новина з Архіву Лазер переможе пухлину 07.08.2012 Оригінальна лазерна установка, розроблена в Університеті Теннессі, здатна самостійно виконати місію "знайти та знищити": за допомогою лазерного випромінювання складається карта злоякісної пухлини, а потім ракові клітини руйнуються лазерним імпульсом. Нова медична технологія використовує фемтосекундний лазер із тривалістю імпульсу близько однієї квадрильйонної частки секунди. Це дозволяє лазеру швидко обстежити певний регіон тіла та скласти карту пухлини. Як тільки пухлина виявлена, потужність лазерного променя підвищується і спалює ракові клітини. Оскільки випромінювання фемтосекундного лазера можна суворо контролювати у просторі та часі, вдається уникнути перегріву сусідніх, здорових, клітин. До цих пір експерименти проводилися зі звичайними лазерами, проте їх тривалі імпульси викликали надмірне пошкодження тканин, що оточують пухлину. Новий метод виявлення та знищення ракових клітин має великий потенціал: він набагато точніший, ніж сучасне хірургічне втручання, і може застосовуватись для знищення пухлин мозку. Фемтосекундний лазерний промінь здатний навіть проникати крізь тонкі кістки черепа і позбавляє лікаря необхідності проводити складну і небезпечну операцію на мозку. Фемтосекундний лазер особливо нагоді у важких випадках неоперабельного раку, а також для швидкого неінвазивного знищення невеликих пухлин, через які сьогодні часто доводиться вдаватися до надзвичайно токсичної процедури хіміотерапії.

Інші цікаві новини:

▪ Наслідки вибуху передбачить комп'ютер

▪ Під поверхнею супутника Плутона міг ховатися океан

▪ Фотоелемент на основі графену

▪ Мікросхема (трифазний лічильник електроенергії) ADE7752

▪ Найяскравіший OLED-дисплей для смартфонів

Стрічка новин науки та техніки, новинок електроніки

Цікаві матеріали Безкоштовної технічної бібліотеки:

▪ розділ сайту Медицина. Добірка статей

▪ стаття Писати треба лише тоді, коли не можеш не писати. Крилатий вислів

▪ стаття Як подорожує світло? Детальна відповідь

▪ стаття Цукрова тростина. Легенди, вирощування, способи застосування

▪ стаття SE підсилювач на лампі 6П36С Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки

▪ стаття Прилад для перевірки трансформаторів. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки

Залишіть свій коментар до цієї статті:

All languages ​​of this page

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

Головна сторінка | Бібліотека | Статті | Карта сайту | Відгуки про сайт

www.diagram.com.ua
2000-2024