プロセッサー電源回路のフィルター部品の加熱を減らします。スキーム、説明

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プロセッサ電源回路のフィルター部品の発熱を軽減します。無線エレクトロニクスと電気工学の百科事典

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ATHLON AMD K7-600プロセッサとGIGABYTE GA-7IXEマザーボードを搭載したコンピュータを「復活」させたとき、この記事の著者は、酸化物コンデンサとプロセッサのパワーフィルタチョークの強い加熱に不愉快なことに驚きました - 温度は明らかに許容値を超えていました。しかし、ボードは新品で保証期間内だったので、この事実を受け入れる必要がありました。その後の定期検査中に、コンデンサとチョークの明らかな過熱が確認され、この問題も解決する必要があることがわかりました。しかし、人生でよくあることですが、この仕事をするための十分な「開始衝動」がありませんでした。著者が書いているように、それらは、Radio、2003、No.1に掲載されたA. Sorokinによる記事「マイクロプロセッサ電源回路における酸化物コンデンサの使用の特徴」となった。

酸化アルミニウムコンデンサは、静電容量に比例して自己インダクタンスが大きく、高周波 (HF) では正常に動作できないことが知られています。したがって、広帯域信号を扱う回路では、ほぼ無誘導のセラミックコンデンサを並列に取り付ける必要があります。これは、ラジオやテレビの電源回路のフィルターがどのように作られるのかということですが、開発者にとって、これは長い間自明の理となってきました。

改訂が行われたボードのプロセッサ電源回路に関する具体的なデータを示しましょう。この情報は、読者が加えられた変更の本質をよりよく理解するのに役立つだけでなく、他のタイプのマザーボードで同様の作業を実行するときのガイドとしても役立ちます。

1,6 V プロセッサのパワーフィルタは、並列接続された 1200 つの 6,3 uF x 5 V 酸化物コンデンサと、同様に並列接続された XNUMX つのインダクタで構成され、XNUMX V 電圧フィルタは、XNUMX つのそのようなコンデンサと XNUMX つのインダクタで構成されます。基板には酸化物コンデンサを分路する表面実装セラミックコンデンサがありますが、効果がないようです。

作業の最初の段階の目的は、酸化物コンデンサを RF コンポーネントから「アンロード」することでした。マイクロプロセッサが実装されているプリント基板にセラミックコンデンサを直接取り付けるのが最善の方法ですが、作業が煩雑になるだけでなく、破損の危険性もあります。したがって、私は、酸化リードにリードレスコンデンサを取り付けるという、あまり効果の低い手段に限定する必要がありました。公称電圧2,2Vの容量16μFのコンデンサを合計1,6個設置しました:5V供給回路に0,5個、0,6V供給回路にXNUMX個酸化物コンデンサの端子間の距離はセラミックコンデンサの長さより大きいため、後者の一端は酸化物端子に直接はんだ付けされ、もう一端は直径XNUMX～XNUMXmmの半分に曲げられた錫メッキ線のインサートを介してはんだ付けされました。

改訂後、酸化物コンデンサの発熱は大幅に減少し、少し後に追加した XNUMX つのリードレスコンデンサ (残りの酸化物コンデンサごとに XNUMX つ) を追加しても、状況はほとんど変わりませんでした。

次のタスクは、チョークの発熱を軽減することです。 1,6 V 電源回路では、外径 1,7 mm のリングコアに直径 12,7 mm のエナメル線が 5 回巻かれ、1,4 V 電源回路では、同じコアに直径 XNUMX mm のエナメル線が XNUMX 回巻かれていました。コアの材質は不明ですが、おそらくフェライトだと思われます。

チョークが加熱する理由はよく知られています。これは、巻線のアクティブ抵抗 (ジュール熱) といわゆる表皮効果による電力の放出であり、RF コンポーネントのこの抵抗の増加を引き起こします。

巻線の有効抵抗は数分のXNUMXオームを超えないため(従来の機器で測定することは不可能)、最初の成分の影響は小さく、最初の近似として無視できます。最大の「貢献」は XNUMX 番目のコンポーネントによって行われます。さらに、大電流によるコアの飽和のため、インダクタのインダクタンスは可変成分を良好にフィルタリングするには不十分です。

スロットルの最も単純な改良は、コアにギャップを導入することです。これを行うには、インダクタを基板からはんだ付けし、ワイヤに影響を与えない場所にダイヤモンドソーを使用して幅約 1 mm の切り込みを入れます。この場合、インダクタのインダクタンスは若干減少しますが、巻き数を増やすことで回復することは難しくありません。

表皮効果の影響を軽減するには、巻線をより細いワイヤを撚り合わせた同じ断面積の束に置き換える必要があるため、より困難な作業になります。薄ければ薄いほど表皮効果が少なくなり、(フィルファクターが高くなるため) 束の直径が小さくなり、さらに柔らかくなり、巻きやすくなります。ただし、ワイヤの数が多いとバンドルの製造が複雑になるため、ワイヤ PEV-2 0,35 が選択されました。 +5 V 電源回路のインダクターとコア電源回路のチョークを巻くために、長さ 16 mm の 180 本のワイヤからなる 25 本のワイヤの束が使用されました。

ハーネスの製作は、非常に手間がかかりますが、難しくはありません。まず、各ワイヤの一方の端を 5 ～ 8 mm の長さにわたって絶縁体から剥がして錫メッキし、次に錫メッキした端を合わせてワイヤを折り、端を揃えてねじって束にします。いずれの場合でも、その直径は交換するワイヤの直径よりも大きいことが判明するため、後者のセグメント（事前に皮を剥いて錫メッキしたもの）を束の端に挿入し、接合部を細い錫メッキワイヤで包み、慎重にはんだ付けします。次に、止血帯をプレカットされたコアに巻き付けます。ギャップの導入によるインダクタンスの減少を補うために、巻数をそれぞれ 9 回と 5 回に増やし、巻いた後、束のもう一方の端を必要な長さに短縮し、上記と同じ方法で設置の準備をします。

新しいチョークは、未改造のチョークと同じようにボードの近くに取り付けることはできませんが、隙間ができることでボードとチョーク自体の冷却状態が改善されるため、さらに優れています。その結果、チョークの温度の低下と冷却条件の改善という二重の効果が得られます。

改造したパワーフィルターを確認したところ、以下のことが分かりました。コンピュータの電源を入れてオペレーティングシステムをロードした後、コンデンサとチョークの発熱はほとんど目立ちません。プロセッサに大きな負荷がかかると（複雑な問題を解決する場合）、インダクタの発熱が顕著になりますが、再加工前よりも大幅に減少します。

結論として、この記事を読んだ後、コンピューターの信頼性の向上を検討する人のためのいくつかのヒントがあります。まず第一に、説明されている改良の実際の必要性を見つける必要があります。 ATHLON 1700 などの最新のプロセッサでは、マイクロプロセッサが取り付けられているボードにデカップリングセラミックコンデンサが直接取り付けられています。さらに、多くの場合 (Word エディターでの入力時など) 高い計算能力により、プロセッサーは実際には「休んでいる」ため、プロセッサーとパワーフィルターエレメントはあまり発熱しません。プロセッサに複雑な数学的問題がロードされると、発熱が大幅に増加する可能性があります（ちなみに、3Dシューティングゲームのようなゲームもそれに属します）。このモードでコンピューターを長時間使用する場合は、コンピューターを変更するのが合理的です。いずれの場合も、酸化物コンデンサをセラミックコンデンサとシャントすることをお勧めします。チョークでは、コアの切断に限定するようにしてください。これで十分でない場合は、単線を束に置き換えます。

著者: A. グリシン、モスクワ

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