在微处理器电源电路中使用氧化物电容器的特点。方案、说明

微处理器电源电路中使用氧化物电容的特点

免费技术库

为了提高计算机运行的可靠性，高热组件（处理器、芯片组、电源晶体管）配备了散热器，并在系统单元和硬盘驱动器上安装了额外的风扇。但事实证明，燃料产生元件也是这些装置的电力滤波器的氧化物电容器。文章中描述了为什么会发生这种情况以及需要采取哪些措施来防止它们发热。

在微处理器中，数以百万计的数字节点晶体管连接到电源总线上，按照程序指定的算法进行工作，总功耗达到几十瓦。初步估计，它们与电源总线的连接是随机的，因此在将来，为了简化演示，我们将称它们为噪声 [1]。

微处理器中按键状态变化的前端持续时间不超过10-8 s，因此，通过稍微减小产生的噪声（电流）的频谱宽度，我们可以确定其上限frp为超过 100 MHz (frp > 1/τph [2])，带宽频率 - 从 0 到超过 100 MHz。所产生的噪声功率的 90% 集中在此范围内。考虑到过程的随机（类噪声）性质，这个范围实际上更宽。

因此，微处理器是电源的复杂负载，并在电源电路中产生宽频谱成分（数百兆赫）和高功率（高达 5...20 W）的电流。微处理器负载 100% 时产生最大电流。

让我们以 Abit 的 BE1-II 主板（它被宣布为超频处理器主板）中的微处理器核心电源电路图（图 6）为例。

微处理器电源电路中使用氧化物电容的特点

2,05 V 的电源电压通过电感器 L1 和三个容量为 1 μF 的氧化物电容器 C3-C1500 组成的滤波器提供给处理器电源引脚。设计电容 Cm 具有较低的自感，因此可以很好地分流所生成噪声的高频（超过 100 MHz）功率分量。

C1-C3 采用最高工作温度为 +105 °C、功耗为 0,5...5 W 的高质量凝胶氧化物电容器。也许这让制造商不去关注他们的运营模式。

测量结果表明，在安装了两个机箱风扇（电源中和另外一个风扇）、带有 Golden Orb 风扇的赛扬处理器和带有风扇的显卡的计算机的长期运行过程中，机箱的发热会增加。上述电容器的温度达到+60...80 °C。在外界高温下，三个滤波电容器中的两个相继失效：首先，其中一个的外壳被机械损坏，之后计算机在运行过程中开始周期性“冻结”，然后第二个电容器和第二个电容器也发生同样的情况。 BIOS 处理阶段后系统开始出现故障。 “冻结”的原因是电源电路中出现电压浪涌，与控制信号脉冲的幅度相当。这些浪涌会穿透控制或数据电路并损害处理器操作和数据完整性。

根据氧化物电容器外壳的温度，我们可以得出结论，它们消耗的功率约为3...5 W。发热的原因是什么？众所周知，氧化物电容器的发热取决于其体积中释放的功率，即电介质和金属元件的损耗。损耗通过损耗角的正切来描述： tan δс = Рп/Р = (Рм + Рд)/Р = tan δМ + tan δД，其中 Рп - 损耗功率； Рм——金属中的功率损失； Рд——电介质中的功率损耗； tan δM 和 tan δD 分别是金属和电介质的损耗角正切。频率为 1000 Hz 时，氧化物电容器的 tg δС 典型值为 (2000...10)-4-50。根据这些值，低频电流的 10% 到 20% 的功率会转化为热量，并且考虑到滤波电流（电压）的频谱延伸到数十兆赫兹，且 tan δС 随着频率的增加而增加 (tan δМ = Rп2πfС) ，80%以上转化为处理器产生的热噪声能量并经电源电路过滤。

温度升高如何影响氧化物电容器的运行？

温度每升高 10 °C，绝缘电阻就会下降 1,26...2 倍；温度升高到最大 +105 °C 时，绝缘电阻会下降 7...350 倍（最小值相当于无机电介质，最大为有机电介质）。当施加电压的频率增加 10 倍（额定功率损耗时）时，电容器的电气强度会降低三倍[3]。

所有上述情况表明，在处理器电源电路中使用氧化物电容器而不采取特殊措施是不可接受的。不遵守此条件会导致主板可靠性下降，甚至在工作温度范围内也可能导致主板故障。

一个简单的解决方案不言而喻：为了防止高频成分（高达数十兆赫）渗透到氧化物电容器中，在处理器端子附近安装一个容量为 0,033 μF 的开架陶瓷电容器，并作为低频成分（高达数百千赫兹）的屏障，包括容量为 3,3 ...4,7 µF 的陶瓷电容器。由于此类电容器的 tg δС 小，分流的能量不会转化为热量。这些电容器的总无功功率为 30 VAr。

微处理器内核电源电路的修改方案如图2所示。 XNUMX.

微处理器电源电路中使用氧化物电容的特点

在此板上进行了修改，导致氧化物电容器外壳的温度降至+20...30°C。该板在 2002 年炎热的夏季在 +40...50 °C 的室温下成功通过了测试。此外，计算机发出的干扰水平也有所降低。

建议对用作服务器的计算机、其他以 100% 负载运行的计算机（例如在分布式计算系统中）以及显卡（即处理器以最大负载运行的所有节点）的主板进行类似的修改。它对于使用频率不高的计算机也很有用：将系统单元中的发热量减少 10...25 W 将对系统的可靠性产生有益的影响。

文学

Ott Henry W. 电子系统中的降噪技术。 - 约翰·威利父子公司，纽约，1976 年。
Gonorovskiy IS 无线电工程电路和信号。 4.1. - M.：苏联广播电台，1967 年。
Dulin V. Zh.，Zhuk M.S. 无线电电子设备元件手册。 - M.：能源，1977 年。

作者：弗拉基米尔州拉杜日尼的 A.Sorokin

查看其他文章 部分电脑.

读和写 有帮助对这篇文章的评论.

<< 返回

科技、新电子最新动态：

用于触摸仿真的人造革 15.04.2024

在现代科技世界，距离变得越来越普遍，保持联系和亲密感非常重要。萨尔大学的德国科学家最近在人造皮肤方面的进展代表了虚拟交互的新时代。萨尔大学的德国研究人员开发出了超薄膜，可以远距离传输触觉。这项尖端技术为虚拟通信提供了新的机会，特别是对于那些发现自己远离亲人的人来说。研究人员开发的超薄膜厚度仅为 50 微米，可以融入纺织品中并像第二层皮肤一样穿着。这些薄膜充当传感器，识别来自妈妈或爸爸的触觉信号，并充当将这些动作传递给婴儿的执行器。父母触摸织物会激活传感器，对压力做出反应并使超薄膜变形。这 ... >>

Petgugu全球猫砂 15.04.2024

照顾宠物通常是一项挑战，尤其是在保持房屋清洁方面。 Petgugu Global 初创公司推出了一种有趣的新解决方案，这将使猫主人的生活变得更轻松，并帮助他们保持家中干净整洁。初创公司 Petgugu Global 推出了一款独特的猫厕所，可以自动冲掉粪便，让你的家保持干净清新。这款创新设备配备了各种智能传感器，可以监控宠物的厕所活动并在使用后激活自动清洁。该设备连接到下水道系统，确保有效清除废物，无需业主干预。此外，该厕所还具有较大的可冲水存储容量，非常适合多猫家庭。 Petgugu 猫砂碗专为与水溶性猫砂一起使用而设计，并提供一系列附加功能 ... >>

体贴男人的魅力 14.04.2024

长期以来，女性更喜欢“坏男孩”的刻板印象一直很普遍。然而，英国莫纳什大学科学家最近进行的研究为这个问题提供了新的视角。他们研究了女性如何回应男性的情感责任和帮助他人的意愿。这项研究的结果可能会改变我们对男性对女性吸引力的理解。莫纳什大学科学家进行的一项研究得出了有关男性对女性吸引力的新发现。在实验中，女性看到了男性的照片，并附有关于他们在各种情况下的行为的简短故事，包括他们对遇到无家可归者的反应。一些人无视这名无家可归的人，而另一些人则帮助他，比如给他买食物。一项研究发现，与表现出同理心和善良的男性相比，表现出同理心和善良的男性对女性更具吸引力。 ... >>

来自档案馆的随机新闻

便携式便携式雷达站 19.03.2000

为了提高救援自然和人为灾害受害者的专家的工作效率，乌克兰国家科学院放射物理和电子研究所的科学家们创建了一个便携式便携式雷达站。它帮助救援人员在建筑物被毁时产生的瓦砾中、石头和岩石碎片中找到活人。

雷达的范围是 10 m。

其他有趣的新闻：

▪ 柔性纳米超薄触摸屏

▪ PCI Express 5.0 发布

▪ 甲虫是最顽强的生物

▪ MAX14851 - 通用6通道600V数字隔离器

▪ 双 GPU Nvidia Tesla K80

科技、新电子资讯

免费技术图书馆的有趣材料：

▪ 现场的部分电工在房子里。文章精选