ولتاژ گیری مادربرد در حالت های خاموش و روشن
ولتاژ گیری مادربرد(ولتاژهای قطعات مادربرد در حالت های خاموش و روشن)
مدار تنظیم کننده ولتاژ مادربرد PWM
وظیفه این مدار دریافت ولتاژ فراهم شده توسط منبع تغذیه ( +12 ولت) و تبدیل آن به ولتاژ مورد نیاز برای پردازنده ، حافظه ها و چیپست و دیگر مدارات بکار رفته بر روی مادربرد است. در اینجا قصد داریم شما را با نحوه طراحی مدار , چگونگی کارکرد ، طرح های معمول و نحوه شناسایی کیفیت قطعات آشنا کنیم.
یکی از بهترین راه هایی که می توان از طریق آن به کیفیت کلی مادربرد و طول عمر آن پی برد.
یک تنظیم کننده ولتاژ خوب در خروجی ولتاژ خود نویز و نوسانات ولتاژی نخواهد داشت و با فراهم سازی ولتاژی ثابت و پایدار کارکرد صحیح پردازنده و سایر قطعات را سبب می شود. و همین طور ولتاژ نامناسب همراه با نوسان و نویز , موجب عملکرد ناپایدار سیستم ، Crash ، ریست شدن و نمایش صفحه مرگ یاBlue Death Screen در ویندوز می شود.
اگر در مدار تنظیم کننده ولتاژ از خازن های الکترولیتی با کیفیت پایین استفاده شود , در مدت زمان کوتاهی خراب و در بعضی موارد باد کرده و یا منفجر می شوند. در اکثر مواقع که یک مادربرد از کار افتاده و معیوب می شود دلیل اصلی به عملکرد نادرست مدار های ولتاژ آن برمی گردد. در نتیجه با داشتن یک مدار تنظیم کننده ولتاژ با کیفیت می توانید مطمئن باشید که برای سالها یک سیستم پایدار خواهید داشت.
تشخیص این مدار بسیار آسان است ، تنها مداری است که در مادربرد از چوک استفاده می کند. به دنبال چوک ها بر روی مادربرد بگردید تا مدار تنظیم کننده ولتاژ را بیابید. معمولا این مدار در اطراف سوکت پردازنده است اما چوک های دیگری نیز پیدا خواهید کرد که در سطح مادربرد پخش شده اند ، معمولا اطراف اسلات هایRAM و اطراف چیپ پل جنوبی South Bridge که ولتاژ مناسب برای این قطعات را فراهم می کنند.
آشنایی با قطعات اصلی :
اجزاء اصلی یک مدار تنظیم کننده ولتاژ عبارتند از : چوک ( که می تواند از جنس آهن یا فریت باشد ) ، ترانزیستور و خازنهای الکترولیتی ( مادربرد های با کیفیت از خازن های جامد آلومینیومی بهره می برند ، که کارآیی و کیفیت مناسب تری دارند ) . ترازیستورهایی که در مدار تنظیم کننده ولتاژ استفاده می شوند MOSFET نامیده می شوند. بعضی از مادربردها همراه با هیت سینکPassive بر روی این ترانزیستورها و به منظور خنک سازی آنها تولید می شوند ، که این ویژگی بسیار مناسبی در یک مادربرد است . اجزاء مهم دیگری نیز در این مدار وجود دارد مثلPWM controller IC و در برخی محصولات IC کوچکی با نام MOSFET Driver جهت راه اندازیMOSFET هم وجود دارد
نکته : چوک ها فریت ، ویژگی های بهتری دارند ، اتلاف توان کمتر در مقایسه با چوک های آهنی ، تداخل مغناطسی پایین و مقاومت بیشتر در برابر زنگ زدگی
تشخیص این چوک ها ساده است : چوک های آهنی معمولا رو باز هستند و می توانید درون آن سیمی ضخیم از جنس مس را ببینید ، درحالی که چوک های فریت سربسته هستند و معمولا علامتی که با “R” شروع می شود را بر روی خود دارند . اگرچه یک استثنا وجود دارد. برخی چوک های فریت ظاهری بزرگ , گرد و رو باز دارند. شناسایی این نوع از چوک های فریت بسیار آسان است . شکل ظاهری آنها دایره ای شکل است.
در مدار تنظیم کننده ولتاژ به ازای هر فاز ( یا کانال ) یک چوک وجود دارد.
اگر چه همه مادربردها از تراتزیستورهایMOSFET در مدار تنظیم کننده ولتاژ استفاده می کنند ، اما برخی ترانزیستورها از بقیه مناسب تر می باشند. بهترین ترانزیستورها آنهایی هستند که دارای حداقل مقاومت در سوئیچینگ (روشن و خاموش شدن) باشند (پارامتری که با نام RDS (on) شناخته می شود). این ترانزیستورها حرارت کمتری تولید می کنند و از لحاظ ظاهری از ترانزیستورهای مرسوم کوچکتر هستند. یک راه ساده برای تشخیص این دو نوع از یکدیگر بوسیله شمارش ترمینالهای (پایانه های ترانزیستور) موجود بر روی آنهاست. ترانزیستورهای قدیمی دارای سه پایه هستند (معمولا پایه وسطی قطع شده است) در حالیکه ترانزیستورهای باRDS(on) دارای 4 پایه یا بیشتر هستند و تمام آنها به مادربرد متصل شده است.
مدار تنظیم کننده ولتاژ برای هر فاز یا کانال دو ترانزیستور خواهد داشت. مادربردهای ارزان قیمت به جای استفاده از یکMOSFET Driver در هر فاز ، از یک ترانزیستور اضافی در هر فاز برای انجام این وظیفه استفاده می کنند و بنابراین اینگونه مادربرد ها در هر فاز بجای دو ترانزیستور از سه ترانزیستور بهره می برند. به همین دلیل بهترین راه برای شمارش و شناسایی فازها شمارش تعداد چوکها (Chokes) خواهد بود. ( و نه تعداد ترانزیستورها )
خازنهای استفاده شده در مدار تنظیم کننده ولتاژ می تواند یکی از دو نوع الکترولیتی قدیمی و یا انواع آلومینیومی جامد باشد ، خازنهای آلومینیومی جامد بهتر از انواع معمولی هستند چراکه دچار بادکردگی و نشتی نمی شوند.
هر خروجی ولتاژ بوسیله یکIC با نام کنترلرPWM کنترل می شود. در هر مادربرد و برای هر سطح ولتاژی از یک کنترلرPWM استفاده می شود ، بعنوان مثال یکی برای CPU، یکی برای حافظه ها، یکی برای چیپست و غیره (اکثر کنترلرهایPWM می توانند2 سطح ولتاژ مستقل را کنترل کنند). اگر به اطراف سوکتCPU نگاه کنید می توانید کنترلرPWM را برای ولتاژCPU پیدا کنید.
در نهایت یکIC کوچکتر نیز داریم که با نام راه اندازMOSFET ، مدار تنظیم کننده ولتاژ از یک راه اندازMOSFET برای هر فاز استفاده می کند ، بنابراین هرIC دوMOSFET را راه اندازی خواهد کرد. مادربردهای ارزان ازMOSFET دیگری به جای اینIC استفاده می کنند، لذا در مادربردهای که اینگونه طراحی شده اند شما نمی توانید اینIC را پیدا کنید و هر فاز بجای دو ترانزیستور از سه ترانزیستور استفاده می کند.
فاز ها ( کانال ها )
تنظیم کننده ولتاژ دارای چندین مدار تغذیه است که به صورت موازی و به منظور فراهم آوری ولتاژ خروجی مشابه فعالیت می کنند. این مدار های تغذیه به صورت همزمان کار نمی کنند بلکه ، به صورت غیر هم فاز عمل می کنند و به همین جهت است که از کلمه ” ” Phase برای تشریح هر یک از این مدار ها استفاده می کنیم . بحثی که در اینجا مطرح می شود چگونگی کارکرد این مدار هاست
به سراغ مدار تنظیم کننده ولتاژ پردازنده می رویم . اگر این مدار دارای دو فاز یا کانال باشد ، هر فاز 50% زمان کاری را برای تولید ولتاژ پردازنده به خود اختصاص می دهد. و اگر مدار با سه فاز ساخته شود ، هر فاز 33.3% زمان کاری در حال فعالیت است و به همین ترتیب با افزایش تعداد فاز ها زمانی که هر فاز کار می کند کمتر می شود .
داشتن مدار تنظیم کننده ولتاژ با تعداد فازهای زیاد چندین مزیت خواهد داشت. واضح ترین آنها این است که ترانزیستور ها بار کاری کمتری خواهند داشت که سبب کاهش دمای ایجاد شده و افزایش طول عمر قطعات مدار می شود . مزیت دیگر داشتن فاز های بیشتر این است که معمولا ولتاژ خروجی پایدار تر بوده و میزان پارازیت (Noise ) آن کاهش می یابد .
افزایش فاز ها در مدار تنظیم کننده سبب استفاده از قطعات بیشتر است که در نهایت به گران تر شدن مادربرد می انجامد . از این رو معمولا مادربرد های ارزان قیمت دارای تعداد فاز کمتری نسبت به مادربرد های گران قیمت هستند.
وقتی تولید کننده ای در مورد مادربردی با 6 فاز صحبت می کند , این تعداد فاز تنها مربوط به مدار تنظیم کننده ولتاژ پردازنده است. بعبارت دیگر در معرفی یک مادربرد از سوی سازنده , معرفی تعداد فاز های مدار تنظیم کننده ولتاژ پردازنده بعنوان یکی از نقاط قوت مادربرد مورد توجه واقع می شود.
هر فاز یا کانال ولتاژ دارای یک چوک ( Choke ) ، دو یا سه ترانزیستور ، یک یا چند خازن الکترولیتی و یکIC راه اندازMOSFET (Driver MOSFET ) می باشد . البته همان طور که در بسیاری از مادربرد هایLow-End می بینیم قطعه آخر می تواند با یک ترانزیستور عوض شود .
همان گونه که مشاهده می کنید تعداد دقیق قطعات ثابت نیست و تنها قطعه ای که همیشه با تعداد یکسان وجود دارد چوک می باشد . بنابراین بهترین راه برای شمارش تعداد فاز های یک مدار تنظیم کننده ولتاژ , شمارش تعداد چوک های آن است (توجه کنید که چندین استثناء وجود دارد که بعدا توضیح خواهیم داد ) اما نکته قابل توجه این است که در بعضی از مادربرد ها فاز هایی که ولتاژ حافظه یا چیپست را کنترل می کنند در نزدیکی سایر فاز ها قرار گرفته اند. بنابراین اگر شما تنها تعداد چوک های نزدیک سوکت پردازنده را بشمارید دچار اشتباه خواهید شد .
آنچه که در تصویر قبل دیده می شود این است که این مادربرد دارای 4 فاز است ، در حالیکه مادربردی با 3 فاز محسوب می شود ! چراکه تنها 3 فاز از 4 فاز جهت تولید ولتاژ پردازنده استفاده می شود ; فاز چهارم ولتاژ حافظه را تولید می کند .
مسئله دیگری که لازم است بدان توجه کنید ، اشتباه بودن شمارش چوک هایی است که تنها در بالای مادربرد وجود دارد. ( نادیده گرفتن چوک های موجود در کناره ) همان گونه که در تصویر مشاهده کردید چوک هایی مربوط به مدار تنظیم کننده ولتاژ پردازنده می توانند در کنار سوکت پردازنده ( در کناره مادربرد ) قرار گیرند.
از آنجایی که تمام چوک هایی که ولتاژ خروجی یکسانی را تولید می کنند خروجی های متصل به هم دارند , لذا تنها چوک هایی که خروجی های متصل بهم دارند باید شمارش شوند . این کار با دنبال کردن خروجی هر چوک در طرف لحیم شده مادربرد ( پشت مادربرد ) امکان پذیر است . همان گونه که مشاهده می کنید سه چوک در طرف لحیم شده مادربرد به یکدیگر متصل هستند و خروجی چوک چهارم به سمت سوکت های حافظه می رود .
حال می دانید که چگونه تعداد درست فاز های تنظیم کننده ولتاژ را تشخیص دهید. زمان آن رسیده است که چگونگی کارکرد مدار تنظیم کننده ولتاژ را برای شما توضیح دهیم .
مدار تنظیم کننده ولتاژ چگونه کار می کند
مدار تنظیم کننده ولتاژ , ولتاژ فراهم شده توسط کانکتورATX 12V و یاEPS 12V را گرفته و سپس آن را به ولتاژ مورد نیاز برای قطعات مرتبط با مدار تبدیل می کند ( پردازنده , حافظه ها و چیپست و … ) این تبدیل ولتاژی توسط یک مبدلDC-DC انجام می شود که تحت عنوانSMPS (Switching Mode Power Supply ) نام برده شده است. ساختاری مشابه این را در منابع تغذیه ملاحظه کرده اید.
نقطه مرکزی و بعبارتی قلب این پروسه در واقع کنترلرPWM است. این مدار یک سیگنال موج مربعی تولید می کند که هر فاز را راه اندازی خواهد کرد. البته باید توجه داشت که سیکل وظیفه این موج مربعی با توجه به ولتاژ تولید شده توسط مدار تنظیم کننده ولتاژ , متغیر خواهد بود. ( سیکل وظیفه یاDuty Cycle مدت زمانی است که یک موج در وضعیتHigh قرار گرفته است. برای مثال یک سیگنال با 50% سیکل وظیفه به موجی اطلاق می شود که نیمی از زمان را در وضعیتLow معمولا مقدار صفر ولت و نیمی دیگر از زمان را در وضعیتHigh در این مبحث 12 ولت پشت سر خواهد گذاشت. )
تصویری از یک مادربرد High-End با مدار تنظیم کننده ولتاژ 10 فاز را مشاهده می کنید. ( این مادربرد دارای یک کولر Passive بوده که برای گرفتن عکس ، از روی مادربرد جدا شده است)
میزان ولتاژ خروجی که لازم است توسط مدار تنظیم کننده ولتاژ تولید شود از طریق پایه هایVoltage ID ( VID ) و توسط پردازنده معین می شود. پایه هایVID حاوی کدی باینری از سوی پردازنده است که میزان دقیق ولتاژ مورد نیاز پردازنده را اعلام خواهد کرد. برخی از مادربرد ها این اجازه را می دهند که بصورت دستی ولتاژ پردازنده را از طریقBIOS تغییر دهید. عملی که درBIOS انجام می گیرد در واقع تغییر کدی است که توسط کنترلرPWM خوانده شده است. بدین ترتیب کنترلرPWM بر اساس آنچه که درBIOS تنظیم شده است ولتاژ پردازنده را تغییر خواهد داد. دقت کنید که روال تشریح شده دقیقا برای دیگر قطعات ( حافظه ها و چیپست ) صدق می کند.
مبدلDC-DC به نوعی یک سیستم حلقوی بسته محسوب می شود. در اینجا سیستم حلقه بسته بدین معنی است که کنترلرPWM دائما خروجی تنظیم کننده ولتاژ را مانیتور می کند. اگر ولتاژ خروجی افزایش یا کاهش داشته باشد آنگاه مدار آن را تعدیل کرده ( این عمل با تغییر در فرکانس سیگنالPWM صورت می گیرد ) و آن را تصحیح می نماید. عملیات مانیتورینگ توسط یک سنسور جریان انجام خواهد شد. در واقع هرگاه مصرف جریان افزایش یابد خروجی ولتاژ به سمت کاهش میل پیدا میکند و بالعکس
در تصویر بلاک دیاگرامی از کنترلرPWM ملاحظه می کنید که معمولا در مدارات تنظیم کننده ولتاژ پردازنده دیده می شود. در این بلاک دیاگرام می توانید براحتی پایه هایVID پایه هایLoopback ( CS سمت چپ ) و خروجی های راه انداز هر فاز ( پایه هایG سمت راست ) را ملاحظه کنید.
همانطور که ملاحظه می شود اینIC می تواند تا 4 فاز را تحت کنترل خود قرار دهد.
هر فاز از دو ترانزیستور و یک چوک تشکیل شده است. کنترلرPWM نمی تواند جریان کافی برای سوئیچ این ترانزیستور ها را فراهم کند به همین دلیل یک راه اندازMOSFET برای هر فاز مورد نیاز است. معمولا وظیفه این راه انداز توسط یکIC انجام خواهد شد که به آنIC راه انداز MOSFET می گویند. اما همانطور که در مطالب قبلی توضیح دادیم برخی تولید کنندگان مادربرد به منظور کاهش هزینه از یک ترانزیستور اضافی بعنوان راه اندازMOSFET استفاده می کنند. این نوع طراحی در مادربرد های ارزان قیمت معمول و شایع است.
در تصویر زیر می توانید شکلی از یک فاز مدار تنظیم کننده ولتاژ را ملاحظه کنید. ( اتصالLoopback در این شماتیک دیده نمی شود ) این فاز توسط راه انداز MOSFET مدلNCP5359 راه اندازی می شود. راه اندازMOSFET و سایر ترانزیستور ها توسط ولتاژ 12ولت فراهم شده توسطATX 12V و یاEPS 12V تغذیه می شوند. ( محلی از تصویر که عبارات “” 10 V to 13.2 V و “” 4V to 15 V نوشته شده است ) در این دیاگرام می توانید 2 ترانزیستورMOSFET ، چوک و خازن های بکار رفته را مشاهده کنید. سیگنالLoopback نیز توسط اتصال دو سیم بصورت موازی از چوک به پایه های CS+ وCS- کنترلرPWM ایجاد می شود. پایهPWM نیز به خروجیPWM روی کنترلرPWM متصل می شود. همچنین پایهEN نیز بعنوان فعال کننده مدار عمل خواهد کرد.
همانطور که در تصویر بالا ملاحظه کردید برای هر فاز یک خروجی مستقل توسطPWM وجود دارد. بر اساس آنچه که قبلا شرح داده ایم سیگنالPWM یک موج مربعی شکل است که سیکل وظیفه آن با توجه به ولتاژ مورد نیاز تغییر خواهد کرد. با فرض اینکه ولتاژ خروجی پایدار باشد تمام سیگنال هایPWM سیکل وظیفه مشابهی خواهند داشت. در واقع می توان گفت اندازه هر مربع در موج یکسان است. عمل انتقال بین فاز ها سبب ایجاد تاخیری بین سیگنال ها می شود که تحت عنوان ” شیف فازی ” نامیده می شود.
مدارPWM در مادربرد شامل موارد زیر است
1- آی سی کنترلر که معمولا در مادربرد های جدید یک IC مربعی از نوع SMD پایه کوتاه است
2- خازنهای دور CPU که حداقل به تعداد هر فاز یکی از آن را مشاهده می کنید.
3- سلف های دور CPU که به ازای هر فاز یکی از آنها را مشاهده می کنید البته ممکن است یکی از آنها با بقیه فرق داشته باشد که آن فاز مادربرد نیست بلکه فرکانس زدایی ورودی 12 ولت CPU است .
4- فت های دور CPU که به ازای هر فاز بین 2 الی 8 عدد فت وجود دارد و این موضوع به بزرگ و کوچک بودن آنها نیز بستگی دارد در صورتی که تعداد آنها زیاد شود کوچکتر و اگر تعداد آنها کم شود بزرگتر هستند.
5- ورودی ولتاژ 12 مدار CPUکه ممکن است 4 یا 6 یا 8 یا بیشتر باشد. که همیشه نصف آن گراند است.(مشکی)
نکته ها
نکته 1: ورودی ولتاژ فت ها بین 10 الی 12 است و خروجی آن بین 0.8 الی 2 ولت است.
نکته 2: هر دو طرف سلف ها باید ولتاژ بین 0.8 الی 2 ولت را داشته باشد.
نکته 3: روی پایه خازنها ولتاژ ورودی مدارPWM است .
نکته 4: در صورتی که یکی از فاز ها بسوزد با اتصال پین برقCPU به مدار دستگاه با یک دور چرخیدن فن خاموش می شود و این عمل باClear CMOS مجدد تکرار می گردد.
نکته 5: در صورتی که IC مشکل داشته باشد بعد از تعویض فت سوخته، مجدد یکی از فاز ها می سوزد چون IC وظیفه انتقال فاز را بر عهده دارد بنابراین در صورتی که نتواند این کار را انجام دهد CPU آمپر خود را از یک یا دو فاز می گیرد و این کار باعث گرم شدن و سوختن آن می شود این امر ممکن است بین 5 ثانیه الی 5 ساعت اتفاق بیافتد. بنابراین بهتر است برای تست واقعی مادربرد بعد از تعمیر فاز حداقل با آن یک ویندوز لایو بالا آورده شود.
نکته 6: در صورتی که فت دو ولتاژ مشابه در پایه ها داشته باشد خراب است.
نکته7: در صورتی که فت ورودی نداشته باشد مشکل از خودش یا IC است .
نکته 8: در بسیاری از مادربرد ها بعد از قرار دادن CPU ولتاژ Vcore خواهید داشت حداقل تستر قرار داده شود.
نکته9: درصورتی که یک یا چند پایه از CPU اتصال صحیح با مادربرد نداشته باشدCPU معمولا در این موارد سرد و کار نمی کند به پایه ها دقت کنید.
دیدگاهتان را بنویسید
برای نوشتن دیدگاه باید وارد بشوید.