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ENZYKLOPÄDIE DER FUNKELEKTRONIK UND ELEKTROTECHNIK Reduzierung der Erwärmung von Filterteilen in den Prozessorstromkreisen. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik
Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Computer Bei der „Wiederbelebung“ eines Computers mit einem ATHLON AMD K7-600-Prozessor und einem GIGABYTE GA-7IXE-Motherboard war der Autor des Artikels unangenehm überrascht von der starken Erwärmung von Oxidkondensatoren und Prozessor-Leistungsfilterdrosseln – die Temperatur überschritt deutlich einen akzeptablen Wert . Aber das Board war neu, mit Garantie, und ich musste mich mit dieser Tatsache abfinden. Bei den anschließenden regelmäßigen Kontrollen zeigte sich eine deutliche Überhitzung der Kondensatoren und Drosseln und erinnerte daran, dass auch dieses Problem behoben werden sollte. Aber wie so oft im Leben fehlte der „Startimpuls“ für diese Arbeit. Sie wurden, wie der Autor schreibt, der Artikel von A. Sorokin „Merkmale der Verwendung von Oxidkondensatoren in Mikroprozessor-Leistungsschaltungen“, veröffentlicht in Radio, 2003, Nr. 1. Es ist bekannt, dass Aluminiumoxidkondensatoren eine große Selbstinduktivität haben, die proportional zu ihrer Kapazität ist, und bei hohen Frequenzen (HF) nicht normal funktionieren können. Daher müssen in Schaltungen mit Breitbandsignal parallel dazu nahezu nichtinduktive Keramikkondensatoren eingebaut werden. So werden die Filter in den Stromkreisen von Radios und Fernsehern hergestellt, und für Entwickler ist das alles längst zur Binsenweisheit geworden. Geben wir konkrete Daten zu den Prozessorstromkreisen für die Platine an, auf der die Revision durchgeführt wurde. Diese Informationen helfen dem Leser nicht nur, das Wesentliche der vorgenommenen Änderungen besser zu verstehen, sondern dienen auch als Leitfaden für die Durchführung ähnlicher Arbeiten an anderen Motherboard-Typen. Der 1,6-V-Prozessor-Leistungsfilter besteht aus fünf parallel geschalteten Oxidkondensatoren mit 1200 uF x 6,3 V und zwei ebenfalls parallel geschalteten Induktivitäten, und ein 5-V-Spannungsfilter besteht aus vier solchen Kondensatoren und einer Induktivität. Die Platine verfügt über oberflächenmontierte Keramikkondensatoren, die Oxidkondensatoren überbrücken, diese scheinen jedoch wirkungslos zu sein. Der Zweck der ersten Arbeitsstufe bestand darin, Oxidkondensatoren aus der HF-Komponente zu „entladen“. Die beste Möglichkeit besteht darin, Keramikkondensatoren direkt auf der Leiterplatte zu installieren, auf der der Mikroprozessor montiert ist. Dies erschwert jedoch die Arbeit und es besteht die Gefahr einer Beschädigung. Deshalb musste ich mich auf eine etwas weniger wirksame Maßnahme beschränken – die Montage von bleifreien Kondensatoren auf Oxidleitungen. Insgesamt wurden sechs Kondensatoren mit einer Kapazität von 2,2 μF und einer Nennspannung von 16 V verbaut: vier im 1,6-V-Versorgungskreis und zwei im 5-V-Versorgungskreis. Da der Abstand zwischen den Anschlüssen des Oxidkondensators größer ist als Die Länge der Keramik beträgt eins, ein Ende des letzteren wurde direkt an den Ausgang des Oxids gelötet und das andere durch einen Einsatz aus einem in zwei Hälften gebogenen Stück verzinnten Drahtes mit einem Durchmesser von 0,5 ... 0,6 mm. Nach der Überarbeitung ging die Erwärmung der Oxidkondensatoren deutlich zurück, und drei weitere bleifreie Kondensatoren, die wenig später hinzugefügt wurden (einer für jeden verbleibenden Oxidkondensator), veränderten das Bild praktisch nicht. Die nächste Aufgabe besteht darin, die Erwärmung der Drosseln zu reduzieren. Im 1,6-V-Stromkreis verfügten sie über drei Windungen Lackdraht mit einem Durchmesser von 1,7 mm, gewickelt auf einen Ringkern mit einem Außendurchmesser von 12,7 mm, und im 5-V-Stromkreis über fünf Drahtwindungen mit einem Durchmesser von 1,4 mm auf dem gleichen Kern. Das Material der Kerne ist unbekannt, man kann jedoch davon ausgehen, dass es sich um Ferrit handelt. Die Gründe für die Erwärmung von Drosseln sind bekannt. Hierbei handelt es sich um die Freisetzung von Leistung auf den Wirkwiderstand des Wickeldrahtes (Joule'sche Wärme) und den sogenannten Skin-Effekt, der zu einer Erhöhung dieses Widerstandes für die HF-Komponenten führt. Da der Wirkwiderstand der Wicklung einen Bruchteil eines Ohms nicht überschreitet (mit herkömmlichen Instrumenten lässt er sich nicht messen), ist der Einfluss der ersten Komponente gering und kann in erster Näherung vernachlässigt werden. Den größten „Beitrag“ leistet die zweite Komponente. Darüber hinaus reicht die Induktivität des Induktors aufgrund der Sättigung des Kerns mit einem großen Strom nicht aus, um den variablen Anteil gut zu filtern. Die einfachste Ausgestaltung der Drossel ist das Einbringen einer Lücke im Kern. Dazu wird der Induktor von der Platine abgelötet und mit einer Diamantsäge an der Stelle, an der er den Draht nicht beeinträchtigt, ein ca. 1 mm breiter Schnitt vorgenommen. In diesem Fall nimmt die Induktivität des Induktors etwas ab, es ist jedoch nicht schwierig, sie durch Erhöhen der Windungszahl wiederherzustellen. Die Reduzierung des Einflusses des Skin-Effekts ist eine schwierigere Aufgabe, da der Wickeldraht durch ein aus dünneren Drähten verdrilltes Bündel mit gleicher Querschnittsfläche ersetzt werden muss. Je dünner sie sind, desto geringer ist der Skin-Effekt, desto kleiner ist der Durchmesser des Bündels (aufgrund des höheren Füllfaktors) und außerdem wird es weicher und lässt sich leichter wickeln. Eine große Anzahl von Drähten erschwert jedoch die Herstellung des Bündels, daher wurde der Draht PEV-2 0,35 gewählt. Ein Bündel aus 5 Drähten mit einer Länge von 16 mm wurde verwendet, um den Induktor im +180-V-Stromkreis und Drosseln im Kernstromkreis zu wickeln - aus 25 Drähten mit einer Länge von 160 mm. Die Herstellung von Geschirren ist nicht schwierig, wenn auch sehr mühsam. Zuerst wird eines der Enden jedes Drahtes auf einer Länge von 5 ... 8 mm von der Isolierung befreit und verzinnt, dann werden die Drähte mit den verzinnten Enden zusammengefaltet und nach Ausrichtung der Enden zu einem Bündel verdrillt. Da sich herausstellt, dass sein Durchmesser in jedem Fall größer ist als der Durchmesser des auszutauschenden Drahtes, wird ein (zuvor abisoliertes und verzinntes) Segment des letzteren in das Ende des Bündels eingeführt und die Verbindungsstelle mit einem dünnen verzinnten Draht umwickelt und sorgfältig verlötet. Anschließend wird das Tourniquet mit einem Vorschnitt auf einen Kern gewickelt. Um den Rückgang der Induktivität durch die Einführung einer Lücke auszugleichen, wird die Windungszahl auf 9 bzw. 5 erhöht. Nach dem Wickeln wird das zweite Ende des Bündels auf die erforderliche Länge gekürzt und für den Einbau in dasselbe vorbereitet Weg wie oben beschrieben. Neue Drosseln können nicht wie die unveränderten in der Nähe der Platine eingebaut werden, dies ist jedoch noch besser, da der entstandene Spalt die Kühlbedingungen für die Platine und die Drosseln selbst verbessert. Dadurch wird ein doppelter Effekt erzielt – eine Senkung der Temperatur der Drosseln und eine Verbesserung der Bedingungen für deren Kühlung. Die Überprüfung der modifizierten Leistungsfilter ergab Folgendes. Nach dem Einschalten des Computers und dem Laden des Betriebssystems ist die Erwärmung von Kondensatoren und Drosseln kaum spürbar. Bei starker Auslastung des Prozessors (Lösung eines komplexen Problems) macht sich die Erwärmung der Drosseln bemerkbar, diese ist jedoch deutlich geringer als vor der Überarbeitung. Abschließend noch ein paar Tipps für diejenigen, die nach der Lektüre dieses Artikels darüber nachdenken, die Zuverlässigkeit ihres Computers zu verbessern. Zunächst ist es notwendig, den tatsächlichen Bedarf für die beschriebene Verfeinerung herauszufinden. Bei modernen Prozessoren wie dem ATHLON 1700 sind entkoppelnde Keramikkondensatoren direkt auf der Platine montiert, auf der der Mikroprozessor installiert ist. Zudem „ruht“ der Prozessor aufgrund der hohen Rechenleistung in vielen Fällen (z. B. beim Tippen im Word-Editor) tatsächlich, er und die Leistungsfilterelemente erwärmen sich also nicht stark. Die Erwärmung kann deutlich ansteigen, wenn der Prozessor mit komplexen mathematischen Aufgaben belastet wird (dazu gehören übrigens auch Spiele wie 3D-Shooter). Und wenn der Computer in diesem Modus längere Zeit verwendet wird, ist es sinnvoll, ihn zu ändern. In jedem Fall empfiehlt es sich, Oxidkondensatoren mit Keramikkondensatoren zu überbrücken. Versuchen Sie bei Drosseln, sich darauf zu beschränken, den Kern abzuschneiden. Wenn dies nicht ausreicht, ersetzen Sie den einzelnen Draht durch ein Bündel. Autor: A. Grishin, Moskau
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