Сегодня мы обсудим одну из самых уязвимых частей современных и даже старых устройств — импульсную систему питания.
Всем, вероятно, знакома фраза «сгорел ноутбук». И это действительно может произойти, и, к сожалению, такие случаи нередки. Иногда из ноутбука даже может идти дым и неприятный запах гари.
В этой статье я постараюсь просто и понятно объяснить, как работает импульсная система питания, какие у нее есть слабые места и как избежать выхода из строя вашего ноутбука или видеокарты. Этот материал будет полезен как новичкам, так и более опытным пользователям.
Начнем с того, как устроен понижающий DC/DC преобразователь — элемент, который есть практически во всех устройствах, начиная от блоков питания и заканчивая отдельными компонентами вашего компьютера.
На фото вы видите типичную понижающую импульсную систему питания, которая понижает напряжение с 12 вольт до 0,9 вольт. Она состоит из трех основных элементов:
Даермос — устройство, которое сочетает в себе два транзистора (верхнее и нижнее плечо) и управляющий драйвер. Также можно встретить системы питания, построенные отдельно на двух ключах и отдельном управляющем драйвере.
Катушка индуктивности — это, по сути, кусок медной проволоки, намотанный на сердечник. Она обладает свойством накапливать поступившую энергию в виде магнитного поля, которое затем можно преобразовать обратно в напряжение.
Микросхема управления импульсной системы питания — это зачастую «умная» микросхема с прошивкой, способная динамически управлять мощностью системы в зависимости от нагрузки.
В данной статье нас будет интересовать даермос, а точнее один из его элементов — транзистор.
Транзистор: основы работы
Транзистор, или мосфет, представляет собой полупроводниковый радиоэлемент, который может проводить или изолировать напряжение в зависимости от состояния базы.
Для простоты понимания представьте транзистор как кран для воды, а электричество — как воду. Этот «кран» можно использовать в двух режимах:
Линейный режим — когда регулировка напряжения осуществляется приоткрыванием ключа. Роль крутилки крана выполняет база транзистора. В этом режиме на базе возникает значительное падение напряжения, что приводит к сильному нагреву ключа. Именно поэтому производители отказались от этого режима в мощных импульсных преобразователях.
Ключевой режим — кран с водой либо полностью открыт, либо полностью закрыт. Пример с водой здесь как нельзя кстати, так как невозможно мгновенно открыть и закрыть кран. Всегда будут присутствовать следующие этапы: начало открытия, открытие и полное открытие. Такая же ситуация и с мосфетом.
Давайте представим, что существует идеальный транзистор, который открывается мгновенно и не оказывает никакого сопротивления протекающему электрическому току. Такой транзистор не нагревался бы и не деградировал в процессе работы, а следовательно, не выходил бы из строя. Однако мы живем не в идеальном мире, и таких мосфетов не существует.
Как мы уже выяснили, нет возможности мгновенно открыть ключ из состояния «полностью открыт» в состояние «полностью закрыт». Существует период, когда ключ работает как в линейном режиме — это называется периодом нарастания.
На изображении вы видите, как база транзистора постепенно насыщается электронами, чтобы перейти из открытого (диэлектрик) состояния в закрытое (проводник). На этом этапе возникает сопротивление протекающему току и выделяется тепло, которое может привести к выходу из строя ключа.
База транзистора обычно выполнена из тонкой оксидной пленки вещества, отличающегося по составу от коллектора и эмиттера. Учитывая, что пленка довольно тонкая, повредить ее несложно.
Как известно, вещества при нагреве расширяются, а при остывании сжимаются. Именно это расширение и сужение может повредить наш транзистор и перевести его в состояние перемычки.
Зачем открывать и закрывать транзистор?
Все преобразование происходит в два этапа:
Верхнее плечо даермоса заряжает катушку до определенного уровня, а затем использует ее как источник питания, замыкая на нагрузке нижним плечом. Заряд катушки можно контролировать. Зная ее характеристики, измеряемые в микрогенри, можно рассчитать время, на которое необходимо закрыть транзистор для заряда катушки до нужного нам значения напряжения. Затем эдс самоиндукции сделает все сама, и мы увидим, как устройство начинает работать. Этот процесс контролирует ШИМ-контроллер.
Вот такая высокоэффективная система у нас имеется.
Как снизить вредное влияние тепла и продлить жизнь устройства
Чтобы снизить вредное влияние выделяемого тепла при работе импульсной системы питания и продлить жизнь нашего устройства, необходимо следовать нескольким простым рекомендациям:
Следите за своей техникой и регулярно отдавайте ее на профилактику в качественный сервис или к хорошему частному мастеру, такому как я. Это поможет избежать поломок при обслуживании или использования некачественного термоинтерфейса.
Для продвинутых пользователей рекомендую ознакомиться с девайсом изнутри, посмотрев обзор от техно-блогеров, которые могут оценить его состояние.
Отправить технику на ремонт:
