Железо

Поиск неисправного MosFET-транзистора в многофазных цепях питания с помощью ESR-измерителя

В большинстве современных мощных материнских плат и видеокарт для питания центрального процессора/GPU, а также памяти используются импульсные многофазные цепи, понижающие питающее напряжение +12 вольт до нужного номинала (около одного вольта).

Они формируют мощный постоянный ток для потребителей в лице сотен миллионов полупроводниковых транзисторов, которые выполняют работу по проведению вычислений в интересах пользователя компьютера.

В большинстве схем VRM используется отбор электрической энергии от источника питания с помощью поочередной коммутации каждой фазы ключами на мощных полевых транзисторах:

Управление работой ключей чаще всего осуществляется ШИМ-контроллером путем изменения длительности импульсов, во время которых производится отбор энергии каждой фазой питания:

Работа многофазной системы питания в VRM материнских плат и видеокарт схожа с функционированием многоствольного пулемета: поочередное использование стволов создает мощный суммарный огневой вал:

Каждая из фаз содержит индуктивные и емкостные элементы, которые производят накопление/отдачу энергии за счет накопленного магнитного/электрического поля. Наличие этих реактивных элементов позволяет использовать в диагностических целях измеритель ESR (Equivalent Series Resistance, русски эквивалентное последовательное сопротивление) — параметр, характеризующий активные потери на конденсаторе в цепи переменного тока. Они могут достаточно точно измерять низкие сопротивления, что позволяет провести диагностику в цепях с малой разницей в показателях.

Для чего нужна высокая точность при измерениях сопротивления во время поиска неисправностей фаз питания?

Причиной короткого замыкания в цепи питания +12 вольт в многофазных цепях VRM обычно является пробитый транзистор верхнего плеча. При его пробое значительно снижается сопротивление в зоне VRM между контактом +12 вольт и массой, так как сопротивление току оказывают только нагрузка и катушка индуктивности с относительно малым суммарным сопротивлением:

В многофазной схеме нахождение «виновника торжества» осложняется тем, что параллельно работающие фазы имеют общую точку в месте соединения стоков транзисторов верхнего плеча.

Пробитый транзистор верхнего плеча одной из фаз приводит к появлению пониженного сопротивления других фазах, например (протекание тока через пробитый транзистор показано красным и зеленым цветом):

В этом случае один из транзисторов (Phase 1) пробит, поэтому стоки-истоки остальных MOSFET-ов верхнего плеча 2 и 3-й фаз оказываются соединены между собой по цепи: Vin — транзистор с коротким замыканием — катушка индуктивности L фазы — катушка пробитой фазы.

Таким образом, при прозвонке сопротивления сток-исток любого транзистора верхней фазы, прибор будет показывать очень малое суммарное активное сопротивление двух катушек, которое они оказывают постоянному току. Разница в их активном сопротивлении настолько мала, что даже очень точный омметр ее не увидит, так как она будет соизмерима с погрешностью, вызванной сопротивлением щупов. Чтобы корректно проверить каждую из фаз, нужно отпаять эти катушки, что не всегда удобно.

Как можно схитрить в этом случае, чтобы найти неисправную фазу/транзистор?

Нахождение неисправного транзистора верхнего плеча одной из фаз VRM с помощью измерителя ESR конденсаторов

Для поиска проблемной фазы можно воспользоваться измерителем ESR конденсаторов, который будет определять сопротивление на участке сток-исток каждого проверяемого транзистора верхнего плеча:

ESR-измерители обычно имеются в арсенале каждой более-менее уважающей себя мастерской или у подкованного радиолюбителя. В них используется сигнал высокой частоты (до нескольких сотен килогерц), поэтому катушка индуктивности будет оказывать ему значительное сопротивление (чем больше частота, тем больше реактивное сопротивление катушки).

Этот способ очень просто применить на практике, так как выводы катушек индуктивности на платах видеокарт и материнских плат обычно имеют довольно большой размер и хороший доступ.

Выводы катушек индуктивности на задней части платы референсной GeForce GTX 1060:

При использовании этого способа прибор нужно установить на самый маленький предел измерения. Это обеспечит необходимую разрешающую способность для того, чтобы увидеть разницу в несколько десятых долей Ома.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

English English Русский Русский