|
Arabic
Bengali
Chinese
English
French
German
Hebrew
Hindi
Italian
Japanese
Korean
Malay
Polish
Portuguese
Spanish
Turkish
Ukrainian
Vietnamese|
ENCICLOPEDIA DE RADIOELECTRÓNICA E INGENIERÍA ELÉCTRICA Características del uso de condensadores de óxido en circuitos de potencia de microprocesadores.
Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica. / Компьютеры Para aumentar la confiabilidad de la computadora, los componentes altamente calentados (procesadores, chipset, transistores de fuente de alimentación) cuentan con disipadores de calor, se instalan ventiladores adicionales en la unidad del sistema y en los discos duros. Pero resulta que los condensadores de óxido de los filtros de potencia de estas unidades también son elementos combustibles. En el artículo se describe por qué sucede esto y qué se debe hacer para evitar su calentamiento. En el microprocesador, millones de transistores de nodos digitales están conectados al bus de energía, operando de acuerdo con los algoritmos especificados por los programas, con un consumo de energía total que alcanza varias decenas de vatios. En una primera aproximación, sus conexiones al bus de potencia son aleatorias, por lo que en el futuro, para simplificar la presentación, los llamaremos ruido [1]. La duración del flanco de cambio de estado clave en el microprocesador no supera los 10-8 s, por lo tanto, al subestimar un poco el ancho del espectro del ruido generado (corrientes), es posible determinar su límite superior frp en más de 100 MHz (frp > 1/τf [2]) y la banda de frecuencia, de 0 a más de 100 MHz. En este rango se concentra el 90% de la potencia de ruido generada. Dada la naturaleza aleatoria (similar al ruido) de los procesos, en realidad este rango es aún más amplio. Así, los microprocesadores son cargas complejas para las fuentes de alimentación y generan corrientes de amplia composición espectral (cientos de megahercios) y alta potencia (hasta 5...20 W) en los circuitos de potencia. Las corrientes máximas se generan al 100% de la carga del microprocesador. Como ejemplo, consideremos el diagrama del circuito de alimentación del núcleo del microprocesador (Fig. 1) en la placa base Abit BE6-II (se anunció como una placa de overclocking del procesador).
La tensión de alimentación de 2,05 V a través del inductor L1 y un filtro de tres condensadores de óxido C1-C3 con una capacidad de 1500 microfaradios se suministra a las salidas de potencia del procesador. La capacitancia constructiva Сm tiene una autoinductancia baja y, por lo tanto, desvía bien los componentes de potencia de alta frecuencia (más de 100 MHz) del ruido generado. Como C1-C3, se utilizan condensadores de óxido de gel de alta calidad con una temperatura máxima de funcionamiento de +105 ° C, capaces de disipar una potencia de 0,5 ... 5 W. Quizás esto permitió a los fabricantes ignorar su modo de operación. Las mediciones mostraron que durante el funcionamiento a largo plazo de una computadora en la que están instalados dos ventiladores de caja (en la fuente de alimentación y uno adicional), un procesador Celeron con ventilador Golden Orb y una tarjeta de video con ventilador, el calentamiento de las cajas de los condensadores mencionados alcanzó +60...80 °C. A altas temperaturas exteriores, dos de los tres capacitores de filtro fallaron sucesivamente: primero, la carcasa de uno de ellos se destruyó mecánicamente, luego de lo cual la computadora comenzó a "congelarse" periódicamente durante el funcionamiento, luego sucedió lo mismo con el segundo capacitor y el sistema comenzó a fallar ya en la etapa de procesamiento del BIOS. El motivo de los "congelamientos" es la aparición en los circuitos de potencia de picos de tensión acordes con la amplitud de los pulsos de la señal de control. Estos fallos penetran en los circuitos de control o de datos y comprometen el rendimiento del procesador y la integridad de los datos. De acuerdo con la temperatura de las carcasas de los condensadores de óxido, se puede concluir que disipan una potencia de aproximadamente 3 ... 5 W. ¿Cuáles son las causas del calentamiento? Como es sabido, el calentamiento de un capacitor de óxido está determinado por la potencia liberada en su volumen, es decir, las pérdidas en los elementos dieléctricos y metálicos. Las pérdidas se describen mediante la tangente del ángulo de pérdida: tg δc = Rp/P = (Pm + Rd)/P = tg δM + tg δD, donde Pp es la potencia de pérdida; Pm - pérdida de potencia en el metal; Rd es la pérdida de potencia en el dieléctrico; tg δM y tg δD - ángulo de pérdida tangente para metal y dieléctrico, respectivamente. El valor típico de tg δС de un condensador de óxido es (1000...2000)-10-4 a una frecuencia de 50 Hz. Con tales valores, del 10 al 20% de la potencia de las corrientes de baja frecuencia se convierten en calor, y dado que el espectro de corrientes filtradas (voltajes) se extiende a decenas de megahercios y tg δС aumenta con el aumento de la frecuencia (tg δМ = Rп2πfС), más del 80% de la energía de ruido generada por el procesador y filtrada por los circuitos de potencia se convierte en calor. ¿Cómo afecta un aumento de temperatura al funcionamiento de un condensador de óxido? La resistencia de aislamiento con un aumento de temperatura de 10 °C cae 1,26 ... 2 veces, y cuando la temperatura sube al límite de +105 °C, 7 ... 350 veces (los valores mínimos corresponden a dieléctricos inorgánicos y el máximo - orgánico). La rigidez eléctrica del capacitor disminuye tres veces con un aumento en la frecuencia del voltaje aplicado por un factor de 10 (a la pérdida de potencia nominal) [3]. Todo lo anterior sugiere que es inaceptable usar capacitores de óxido en los circuitos de potencia del procesador sin tomar medidas especiales. El incumplimiento de esta condición conduce a una disminución de la confiabilidad de la placa base y puede provocar su falla incluso en el rango de temperatura de funcionamiento. Se sugiere una solución simple: para evitar la penetración de componentes de alta frecuencia (hasta decenas de megahercios) en los condensadores de óxido, instale un condensador cerámico sin paquete con una capacidad de 0,033 μF en las inmediaciones de los pines del procesador, y como barrera para los componentes de baja frecuencia (hasta cientos de kilohercios), encienda un condensador cerámico con una capacidad de 3,3 ... 4,7 μF. Debido a la pequeña tg δС de tales condensadores, la energía desviada no se convierte en calor. La potencia reactiva total de estos condensadores es de 30 VAr. El esquema modificado del circuito de potencia del núcleo del microprocesador se muestra en la fig. 2.
Se realizó la revisión en esta placa, lo que condujo a una disminución de la temperatura de las cajas de los capacitores de óxido a +20...30°C. La placa superó con éxito las pruebas en el período caluroso del verano de 2002 con una temperatura del aire en la habitación de +40...50 °C. Además, se ha reducido el nivel de ruido emitido por el ordenador. Es recomendable someter a tal refinamiento las placas base de las computadoras utilizadas como servidores, otras computadoras que funcionan con el 100% de carga (por ejemplo, en sistemas de computación distribuida), así como las tarjetas de video, es decir, todos los nodos en los que los procesadores funcionan con carga máxima. También es útil en computadoras que no se usan tan intensamente: una disminución en la disipación de calor en la unidad del sistema de 10 ... 25 W afectará favorablemente la confiabilidad del sistema. Literatura
Autor: A.Sorokin, Raduzhny, región de Vladimir
Solidificación de sustancias a granel.
30.04.2024 Estimulador cerebral implantado
30.04.2024 La percepción del tiempo depende de lo que uno esté mirando.
29.04.2024
▪ Tijeras moleculares eliminarán el virus del sida ▪ Reciclaje de plástico en grafeno con liberación de hidrógeno puro ▪ Las ciencias más necesarias. ▪ Unidades flash USB Strontium On-The-Go para dispositivos móviles
▪ sección del sitio Controles de tono y volumen. Selección de artículos ▪ artículo Anestesiología y reanimación. Cuna ▪ artículo ¿Qué tipo de película muda se expresó el público checo mientras miraba? Respuesta detallada ▪ artículo Perifollo español. Leyendas, cultivo, métodos de aplicación.
Hogar | Biblioteca | Artículos | Mapa del sitio | Revisiones del sitio
www.diagrama.com.ua |
Ver otros artículos sección 
Últimas noticias de ciencia y tecnología, nueva electrónica:
Todos los idiomas de esta página