Железо

Об использовании DC-DC преобразователей International Rectifier в цепях питания видеокарт

При ремонте видеокарт практически невозможно найти их электрических схем и мануалов по ремонту. Наиболее часто у видеокарт выходят из строя элементы фаз питания. В данной статье приводится некоторая информация относительно схем питания видеокарт AMD Radeon и Nvidia GeForce.

В видеокартах AMD Radeon для питания ядра графического процессора (VDDC, VCore of the GPU) обычно используется несколько фаз питания, управляющихся ШИМ-контроллером (обычно производства International Rectifier).

Часто используемыми элементами в силовых цепях видеокарт AMD Radeon является DC-DC преобразователи напряжения фирмы International Rectifier семейства PowIRstages. Обычно это микросхемы IR3550, IR3551, IR3553, IR3556 и другие подобные чипы. Они управляются ШИМ-контроллерами IR3521, IR3567B и т.д. В цепях питания также часто используются драйвера CHL8510 с силовыми полевыми транзисторами и другими деталями.

Типовая фаза питания GPU включает в себя схему управления (например, IR3567B), преобразователь постоянного тока (например, IR3550), драйвер (например, CHL8510), и/или MOSFET-ы, другие элементы.

Интеграция в одном корпусе множества компонентов позволяет уменьшить общее количество электронных элементов и размеры печатной платы видеокарты, а также увеличить надежность ее работы.

Интеграция нескольких компонентов (драйвер и полевые транзисторы верхнего и нижнего плечей) в одном корпусе DC-DC преобразователя IR:

Преобразователи напряжения IR являются практически готовыми силовыми каскадами для понижающих преобразователей постоянного тока на токи порядка 40-60 ампер.

DC-DC преобразователи IR оптимизированы для применения в многофазных преобразователях силовых цепей питания видеокарт, а также материнских платах, коммуникационных системах, серверах и прочих устройствах.

Типовое включение DC-DC преобразователей IR

В качестве примера использования DC-DC buck-преобразователей IR рассмотрим использование микросхем IR3551.

IR3551 обеспечивает выходные напряжения в диапазоне от 0,25 до 2,5 вольт (до 5,5 V при включении без внутреннего Current Sense Amplifier) током до 50 ампер. Рабочая частота импульсов – до 1 Мгц. Эффективность работы — до 94,5% при напряжении 1,2 вольта. Наилучший КПД при эксплуатации с выходным током порядка 10-20 ампер.

Блок-схема функциональных элементов IR3551:

Назначение выводов IR3551:

Распиновка микросхемы IR3551 (вид сверху):

Внутренности микросхемы IR3550 семейства PowIRstage:

Типовая схема включения микросхемы IR3551 при использовании внутреннего усилителя тока (Current Sense Amplifier):

Примеры использования DC-DC преобразователей IR в цепях питания видеокарт

На печатных платах видеокарт обычно можно легко распознать функциональное предназначение ее узлов. Большие токи, потребляемые видеопроцессором, требуют использования нескольких фаз питания, которые легко идентифицируются на плате благодаря наличию нескольких одинаковых компонентов в одном месте платы.

Расположение компонентов подсистемы питания видеокарты Radeon Vega Frontier Edition (лицевая часть платы):

Расположение компонентов подсистемы питания GPU Radeon Vega Frontier Edition (задняя часть платы):

Фазы питания видеокарты AMD Radeon RX 480 на DC-DC преобразователях IR семейства PowIRstages:

Шесть фаз питания на чипах IR3551 у видеокарт AMD Radeon R9 290 производства VisionTek:

Преобразователь IR3551 на плате видеокарты Radeon R9 290 производства VisionTek на фазе питания VDDCI:

Для управления преобразователями постоянного тока нужны ШИМ-контроллеры. Для них часто используют микросхемы IR3567B производства компании International Rectifier. Они имеют сдвоенный выход на 6+2 фаз, чего вполне достаточно для видеокарт уровня Radeon R9 Fury, RX480/580 и других.

ШИМ-контроллер IR3567B на плате Radeon R9 Fury производства компании Sapphire:

Здесь каждая фаза использует по одному силовому полевому транзистору IR6894 и IR6811 в корпусе DirectFET вместе с чипами управления затворами CHL8510, расположенными на обратной стороне платы:

У Radeon R9 290 производства VisionTek также используется ШИМ-контроллер IR3567B, при этом со второго выхода используется только одна фаза для формирования слаботокового напряжения VDDCI (питание шины между GPU и памятью):

В мощных видеокартах шести фаз, управляемых ШИМ-контроллером IR3567B для GPU недостаточно. Поэтому конструкторам приходится прибегать к ухищрениям – удвоению ШИМ.

Например, у видеокарт MSI GeForce GTX 1080 Ti с 14 фазами питания GPU и 3 фазами для памяти используют контроллер ШИМ IR3595A (6+2 фазы) вместе с удвоителями PWM IR3599. Кроме того, на этой ВК применяют микросхемы ШИМ IR3570 для управления Ubiq QM3816N6 с двойным MOSFET через драйвера CHL8510:

Питание памяти видеокарт может организовываться с помощью ШИМ со сдвоенными выходами для GPU и Memory VRM, либо отдельно для этих частей видеокарты.

У видеокарт Radeon RX480 для питания чипами памяти используется шина 3,3 вольта от слота PCI-E.

На Radeon R9 290 производства VisionTek оно организовано с помощью одной отдельной фазы, контролируемой аналоговым ШИМ-контроллером APW8722 с четырьмя МОП-транзисторами (два MOSFET NTMFS4983 – нижнее плечо плюс два NTMFS4C08 – верхнее плечо).

Аналоговый ШИМ-контроллер APW8722 на нереференсной плате Radeon R9 290 (VisionTek):

Полевые транзисторы NTMFS4983 (нижнее плечо) и NTMFS4C08 (верхнее плечо) фазы питания видеопамяти у Radeon R9 290 производства VisionTek:

Линейный регулятор APL5930 для контроля напряжения 0,95 вольт на Radeon R9 290 производства VisionTek:

Чип управления затвором (драйвер) CHL8510 производстваInternational Rectifier, а также FDMC8200 фирмы Fairchild Semiconductor (внутри сдвоенные N-Channel MOSFET-ы для питания VRM) у Radeon R9 290 производства VisionTek:

Похожая схема питания ядра GPU используется у Radeon RX480: в каждой фазе по 2 одноканальных N-МОП-транзистора (MDU1514 (напряжение 30 В, ток 66,3 А, 6 мОм) – на фото ниже справа, и MDU1511 (30 В, ток до 100 А, 2,4 мОм) – на фото ниже слева). Транзисторы управляются чипами управления затвором CHL8510 (на каждый транзистор по одному драйверу):

Драйвера CHL8510 (gate driver) используются в видеокартах AMD и Nvidia уже много лет.

Подсистема питания GeForce GTX 570 (2010 год) с 4 фазами питания на транзисторах RJK0389DPA и RJK0392DPA с драйверами CHL8510:

У видеокарт R9 280/280X производства PowerColor все фазы питания ГПУ, а также фаза питания памяти работают на чипах CHL8228G.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

English EN French FR German DE Russian RU Spanish ES