Всем привет!
Представился мне интересный случай восстановить материнскую плату с неисправным преобразователем питания процессора. Изначально БП уходил в защиту так как был пробит верхний ключ.
Ремонт преобразователя питания процессора
Я нашел аналогичный полевик на плате видеокарты. После замены мосфета плата запустилась, но проработала недолго. БП снова ушел в защиту - проверка показала, что сгорел тот же верхний ключ. Я посмотрел на мелкий монтаж в обвязке ШИМ и мне стало лениво. В это время был разобран мой микроскоп. Пришлось наконец выделить время и собрать его :) О ремонте микроскопа МБС9 я писал здесь.
Картинка в окулярах микроскопа стала выше всяких похвал. Я заменил конденсаторы бутстрапа около ШИМ-ки и прозвонил обвязку вокруг ключей. Мною был выявлен и резистор в обрыве в цепи затвора сгоревшего верхнего ключа.
Как работает VRM преобразователь
Мне не хотелось палить тестовый проц при повторном включении платы, желательно было бы проверить работоспособность платы в холостую. Эта материнская плата без проца подает питание Vcore, но кратковременно всего на 5 секунд, далее идет перезагрузка и так по-кругу. Но как проверить что плата работает корректно? В этом помогли бы осциллограммы на затворах и истоках полевых транзисторов VRM. Как оказалось, найти эту информацию в интернете непросто.
На схеме напряжение питания процессора обозначено как V_INcpu. Писать Vcore было бы технически неправильно, т.к. Vcore формируется в самом процессоре. Да, внутри современных процессоров есть многофазный преобразователь питания.
Я взял плату платформы 775 и посмотрел сигналы аналоговым осциллографом в VRM на ней. Аналоговый эту задачу не берет - сигналы неразличимы. Цифровой осциллограф - приставка решил делему.
Так как же работает преобразователь напряжения из которого состоит каждый канал VRM? Как и повсеместно в современной электронной технике здесь применен ШИМ преобразователь, где регулируется количество энергии запасаемой в дросселе посредством переменной длительности импульсов и скважности между ними.
В данном случае у нас Step Down конвертер (мы понижаем напряжение), поэтому импульсы будут короткими, а промежутки между ними длительными. По этой причине, кстати, в нижнем ключе устанавливают 2 транзистора, а не 1. Нижние мосфеты открыты дольше, чем верхний ключ - ток через них идет дольше и греются они больше.
Силовая часть преобразователя напряжения включает в себя 2 или 3 мосфет транзистора, дроссель, фильтрующие конденсаторы (в том числе оксидный и керамические) и токоограничивающие резисторы.
На рисунке показаны сигналы, прямоугольные импульсы, которые подаются на затворы транзисторов двухтактного преобразователя напряжения.
Время deadtime исключает возможность сквозного тока через оба плеча в то время когда 1 транзистор уже открылся а второй еще не успел закрыться. Сквозной ток привел бы к пробою обоих ключей.
Почему импульсы по амплитуде отличаются? Это связано с особенностью при открытии N канального полевого транзистора - напряжение на затворе должно быть выше чем на истоке этого транзистора. Когда у нас преобразователь на 1-м транзисторе проблем нет, т.к. исток "сидит" на общей шине 0В ( GND ) .
В 2-х тактном же преобразователе на истоке верхнего транзистора будет далеко не нулевой потенциал. Поэтому применяют бутстрапную схему и увеличенное напряжение подают на затвор транзистора. Внутри в микросхеме ШИМ есть специальный диод и резистор, через которые заряжается конденсатор, распаянный рядом с микросхемой. Напряжение на конденсаторе будет выше чем напряжение питания микросхемы (преобразователя). Заряжается этот конденсатор когда открыты нижние ключи, а разряжается при открытии верхнего.
Кстати, уменьшение емкости bootstrap конденсатора ведет к нестабильной работе верхнего ключа, его перегреву и пробою.
Величина его емкости критически важна, при его замене надо быть внимательным. К примеру, его большая емкость не позволит быстро набирать заряд.
Ранее в VRM преобразователях применялись P канальные транзисторы в качестве верхнего плеча, однако у N канальных транзисторов лучше токовые характеристики и сейчас повсеместно применяются N канальные ключи.
Привожу осциллограммы снятые осциллографом ОСА103 для неисправной и исправной фаз. Показания для значений напряжений следует умножить на 10 т..к. я использовал делитель 1:10. Замеры проводились при снятом верхнем ключе в неисправной фазе.
На рисунке мы видим одиночные импульсы более высокой амплитуды в сравнении с рабочим каналом. Резистор затвора то в обрыве)
А вот и сигнал на затворе верхнего ключа исправного канала (плеча, фазы) VRM.
Нижние ключи во всех фазах исправны, поэтому и сигналы на их затворах не отличаются.
На слайде ниже мы можем наблюдать сигналы на дросселе в неисправной фазе. Обратите внимание что идут одиночные импульсы. Для рабочего каналы их будет 2 (импульса).
Исправный канал, наблюдаем 2 импульса или пачку из 2-х импульсов ) Тут и амплитуда импульсов по-меньше.
Оно и не удивительно, ведь работают оба транзистора - подтягивающий питание к дросселю и подключающий дроссель к общей шине.
Фактически на экране хорошего и дорогого осциллографа будет такая картина:
Сначала формируется импульс в одном канале, затем в другом, далее в 3 -м и 4-м. На Осе четких прямоугольников не видно, зато видна четкая закономерность в различиях между импульсами, их амплитудой или периодом следования.
А вы каким осциллографом починяете технику? Ваш осциллограф хорошо рисует импульсы?
Спасибо за то что прочитали статью.
Смотрите также :
Как за 5 минут найти неисправный компонент в блоке питания
Последствия неисправности вентилятора в БП АТХ
Как смазать вентилятор БП (видео)
Как отремонтировать нетбук если нет кнопки
Простая схема защиты от переполюсовки
Как правильно проверять радиостанции
Маломощные высокочастотные разъемы
Зачем хорошему инженеру ESR метр
Напишите свой отзыв в комментариях. Понравилась статья - поделись с другом в соцсетях!
Ставьте лайк, подписывайся на канал , будет много интересных публикаций