Привет друзья!
Скорее всего, вы либо слышали, либо сами сталкивались с проблемой подгорания разъемов питания на материнских платах и видеокартах.
Современные компьютерные узлы потребляют такую мощность, что эта проблема становится едва ли не основной как для производителей, так и для тех, кто собирает ПК своими руками.
В сегодняшнем материале я постараюсь подробно разобрать причины такого подгорания и дать рекомендации по их профилактике и устранению.
Также, вас ждут интересные открытия, связанные с компьютерными аксессуарами, купленными на Али.
Введение
Мы сталкивались с подгоранием разъемов уже неоднократно. Вот так, например, могут гореть и оплавляться разъемы китайских преобразователей PicoPSU.
А так выгорел разъем и оплавились провода у одного из наших подписчиков группы ВКонтакте. В данном случае это 4-пиновый разъем питания на хорошо нам известной материнской плате DFI SD106-Q170.
Ну а про горящие разъемы видеокарт Nvidia я полагаю слышали уже все.
Почему так происходит?
Для начала немного общей теории.
Теория
Цепь питания любого электронного устройства можно представить в упрощенном виде. В этом случае, в цепи можно выделить следующие основные компоненты.
Источник питания, который формирует напряжение, необходимое для работы устройства. Линия передачи тока, по которой ток передается от источника к самому устройству. И нагрузка, в качестве которой может выступать любой потребитель тока. Например процессор или видеокарта.
Явления, происходящие в подобной цепи описываются хорошо известным со школы законом Ома.
Сила тока в замкнутой цепи прямо пропорциональна напряжению источника и обратно пропорционально сопротивлению нагрузки. Или, по-простому, ток, проходящий через все компоненты цепи одинаков и равен напряжению источника деленному на сопротивление нагрузки.
При этом предполагается, что проводники линии передачи обладают сопротивлением, которым можно пренебречь. Например, если напряжение источника составляет 12 Вольт, а сопротивление нагрузки равно 1 Ому, то ток, который потечет по цепи будет равен 12 Амперам.
При этом мощность, которая будет выделяться в нагрузке равна квадрату напряжения источника деленному на сопротивление нагрузки. В нашем случае получается 144 Ватта. Примерно столько потребляет процессор компьютера под нагрузкой или видеокарта среднего уровня.
К сожалению, в реальности при таких мощных нагрузках и больших токах пренебрегать сопротивлением линии передачи становится нельзя!
Давайте представим, что от блока питания к процессору идет провод 18AWG (а именно такой используется в современных блоках питания) суммарной длиной в 1 метр (0,5 метра до нагрузки и 0,5 метра назад).
Сопротивление такой линии составит вроде бы небольшие 0,02 Ома. Это всего лишь 2% от сопротивления нагрузки. Но, давайте посмотрим к чему это приведет.
Сопротивление линии добавляется к сопротивлению нагрузки, что приводит к снижению тока в цепи. Вместо 12 Ампер получается 11,75 !
Ненулевое сопротивление линии приведет к падению напряжения на ней. Величина падения напряжения составит 0,235 Вольта. Именно на это значение уменьшится напряжение, приложенное к нагрузке.
Но раз к линии приложено напряжение, значит на ней будет выделяться и мощность. В нашем случае мощность выделяемая на проводах линии будет равна 2,76 Ватта!
Это довольно большая величина, которая приведет к нагреву проводов. Но, поскольку эта мощность будет распределена по всей длине провода, нагрев может быть не слишком значительным.
Теперь представим, что линия подключается к нагрузке через разъем.
Если все хорошо, а именно, разъем качественный, контакты чистые и пятно контакта большое, то сопротивлением разъема можно пренебречь. Но в реальных условиях есть много факторов, которые не позволяют это сделать. Например, контакты могут окислятся, разъем может быть неплотно вставлен, или изготовлен из несоответствующих материалов.
Это приводит к значительному увеличению его сопротивления.
Предположим, что сопротивление разъема составило 10% от сопротивления нагрузки. Тогда ток в цепи менее 11 Ампер.
Раз ток меньше, вроде бы ничего страшного! Нет, это не так! Давайте посмотрим какое напряжение упадет на разъеме.
Более одного вольта!
А мощность, которая будет выделена в месте контакта разъема составит почти 12 Ватт.
Причем нужно учесть, что площадь, на которой будет выделена эта мощность, условно меньше миллиметра. 12 Ватт на один миллиметр. Этот миллиметр будет очень быстро нагрет до температуры плавления пластмассы. Разъем начнет плавится или даже гореть!
На практике, для того, чтобы снизить ток, проходящий по одному проводу, используют параллельное включение нескольких линий и соответственно, параллельно включенные разъемы.
В идеальном случае, когда контакты в разъеме хорошие, это снижает нагрев проводов и разъема. Но, теперь давайте представим, что произойдет если один контакт будет неплотным или загрязненным.
Его сопротивление резко увеличится и ток пойдет по проводу с хорошим контактом. Если провод и разъем не рассчитаны на двойной ток, провод и разъем начнет перегреваться, что опять таки приведет к негативным последствиям.
Таким образом, исходя из теории нам требуются провода с низким сопротивлением и разъемы высокого качества, то есть неокисленные, с большим пятном контакта, толстым материалом ламелей, правильно установленные.
Но на практике, это еще не все!
Разбор практического случая
Вернемся к случаю подгорания разъема у нашего подписчика. Если присмотреться, то станет заметно, что разъем оплавился не в месте контакта, а в месте соединения провода и контактной ламели.
Мы попробовали разобраться в причинах подобного прогара. Для этого были проанализированы разъемы питания двух различных производителей, купленные на АлиЭкспресс. В обеих разъемах использованы провода 18AWG, что должно гарантировать их работу с токами более 20 Ампер при напряжении 12 Вольт.
Первый производитель — компания YOUCHUANG
Второй производитель — компания SHUNPAI
Попробуем зачистить провода и проанализировать количество и сечение проводников в жилах.
Даже невооруженным глазом заметна разница в структуре проводов от разных производителей. В первом случае количество проводов и общая толщина жилы заметно меньше чем у второго производителя! Кроме того провода в случае второго производителя облужены, хотя для нас это не столь принципиально.
Подсчет проводов в жиле дал следующий результат:
YOUCHUANG — 12 проводков
SHUNPAI — 34.
Может быть разница в диаметре провода? Измеряем диаметр.
Первый производитель — 0,12 мм. Второй — то же значение.
Вот это действительно сюрприз! Как могут провода с одинаковой маркировкой настолько отличаться?
Несложные вычисления показывают, что суммарная площадь сечения жилы для первого производителя составляет 0,135 квадратных миллиметра. Для второго — 0,385. Это ни как не соответствует сечению 18AWG, которое должно составлять 0,82 квадратных миллиметра!
Теперь посмотрим на качество обжима ламелей. Для этого извлечем провода с ламелями из разъема и рассмотрим их под сильным увеличением.
Видно, что обжимка луженого провода (это второй производитель) достаточно качественная. Жила полностью охвачена металлической скобой.
А вот первый производитель явно не смог обеспечить хороший обжим. Диаметр жилы попросту недостаточен для плотного обхвата скобой. Проводки обречены болтаться в пустом пространстве ухудшая контакт разъема.
Именно в этой точке произошло оплавление. Явно, что виной этому несоответствующие характеристики провода.
Исправляем ситуацию
Для исправления проблемы нашего подписчика мы решили заменить провода у нового разъема на отечественные, ГОСТ-овские, позаимствовав их из шнура ШВВП 2 на 0,75.
Предварительно мы проконтролировали количество проводков в нем и их диаметр. Проводков оказалось — 23, а их диаметр составил 0,2 миллиметра, что дает близкие к номиналу 0,72 квадратных миллиметра.
Провод мы вручную обжали и пропаяли, дополнительно зафиксировав места пайки при помощи термоусадки. Получилась вот такая конструкция.
Вот так разъем выглядит после установки. Чрезмерного нагрева узла больше нет!
Заключение
Друзья, надеюсь мы помогли вам достаточно глубоко разобраться с сутью проблемы. Если мы что-то упустили — обязательно спрашивайте в комментариях.
Напишите также исследования каких проблем вы хотели бы увидеть в будущем.
Будем признательны за ваши подписки и лайки! До новых встреч на канале Террабайт!
Материал в видеоформате: https://youtu.be/rb_79-rykdU
Наша группа ВК: https://vk.com/terrabyte
Наши мини-компьютеры: