Grafická karta proti napájaniu; Základné informácie, príčiny chýb a správne dimenzovanie napájacieho zdroja strana 3
Takže teraz sme dosiahli napájací zdroj a chceme sa vysporiadať s problémami, ktoré nás môžu čakať na sekundárnej strane moderného napájacieho zdroja. Pretože nepíšem článok o napájaní, ale článok o grafickej karte, musím samozrejme najskôr trochu triediť po obsahovej stránke. Preto ma okrem skutočného princípu fungovania zaujíma iba sekundárna strana a tam najmä úloha a montáž takzvaných sekundárnych kondenzátorov a nekonečná diskusia o konštrukcii koľajníc. Na tento účel teraz používam - s určitým zámerom - digitálny 860 wattový napájací zdroj vyššej strednej triedy a mierne namerané hodnoty napätia zaokrúhlim, aby bola grafika trochu zreteľnejšia.
12 voltov nie je to isté ako 12 voltov!
Súčasný napájací zdroj ATX je založený na princípe spínacieho napájacieho zdroja, čo samo o sebe nie je zlá vec, pokiaľ je potom dostatočne generované napätie generované v spínacích procesoch. Ak sa pozriete na 12-voltové vedenie poskytnuté v napájacom zdroji pomocou vhodného oscilografu, očakávané konštantné jednosmerné napätie 12 voltov sa zmení na akúsi zmes striedavého napätia, ktorej stredná hodnota je samozrejme presne v rozsahu špecifikácií ATX. Ale len tak priemerne!
Zvážme teraz stav takmer bez záťaže pre digitálny zdroj napájania, ktorý pracuje s mierne nižšou spínacou frekvenciou. Vyladenie je celkom prijateľné, aj keď tu pri meraní s vyšším rozlíšením vidíme, že nie je k dispozícii konštantných 12 voltov, aj keď je stredná hodnota za celú milisekundu takmer presne 12 voltov. Nakoniec to celé nie je nič iné ako zvyškové zvlnenie (zvlnenie).
Čo sa však stane, keď špičky zaťaženia teraz narazia na už „pulzujúcu“ sekundárnu stranu? Na obrázku nižšie môžeme vidieť, že špecifikácie ATX sú v tejto situácii stále dodržané - prinajmenšom pokiaľ ide o strednú hodnotu. Ak sa pozrieme na nameranú milisekundu, potom skončíme s priemerom okolo 11,85 voltov.
Impulzom nabité kondenzátory na sekundárnej strane zasiahli dosť divoké hroty, ktorých frekvencia môže byť takmer dvakrát vyššia ako spínacia frekvencia napájacieho zdroja. Dostatočne často sa preto môže stať, že nasledujúci prúdový hrot zasiahne kondenzátor skôr, ako bude úplne nabitý! Toto nešťastné stretnutie spoznáme podľa krátkeho poklesu napätia na približne 11,15 voltov.
V teste dvoch jednoduchších zdrojov napájania so správou káblov a bez nich, ktoré boli vlastne až na KM dosku takmer identické, a dosť nepríjemnej grafickej karty, ktorá generuje veľa hrotov, som dospel k prekvapivému výsledku: Podarilo sa mi zistiť, že ďalšie polymérové kondenzátory použité v modulárnej napájacej jednotke dokázali celkom dobre tlmiť vrcholy na vstupnej strane, ak sú skutočne dobre umiestnené. Na jednej strane sú tuhé látky oveľa rýchlejšie ako elektrolytické kondenzátory a na druhej strane môže byť požadovaná kapacita oveľa kratšia kvôli krátkemu trvaniu najextrémnejších špičiek, aby stále pôsobila.
To by určite malo mať pozitívny vplyv na životnosť skutočných sekundárnych kondenzátorov (obrázok nižšie), aj keď je to obvykle iba nepriamy dôsledok. V mnohých napájacích jednotkách sa tieto polymérové kondenzátory primárne používajú napríklad na zabránenie interakcií medzi hlavným transformátorom a zvislou doskou, ku ktorým dochádza pri oddelení hlavnej a káblovej správy. Tento veľmi užitočný vedľajší účinok, ktorý pozorujeme, berieme so sebou vždy, aj keď s ním určite nebol uvažovaný pri každom napájaní. Vďaka čomu by bol oblúk skutočných elektrolytických kondenzátorov celkom elegantný, o čom stále existuje príliš veľká neistota.
Nízka ESR, nízka impedancia a zvlnenie
Najskôr si urobme inventúru. Čo teda potrebuje dobrý sekundárny kondenzátor najmenej môcť? Jeho účelom je zabezpečiť, aby jednotka napájania mohla nepretržite dodávať vysoké prúdy, a tiež zaručiť absorpciu výkyvov záťaže. Zatiaľ teda teoreticky. Ale nie všetky elektrolytické kondenzátory sú rovnaké. A práve tu je to zaujímavé, keď hovoríme o kvalite údajového listu a Účelnosť výber kondenzátora, ktoré sa nevyhnutne nemusia zhodovať!
Poďme ešte o krok ďalej a položme si otázku, čo by taký elektrolytický kondenzátor mal byť schopný obzvlášť dobre - aj čo sa týka našich divokých grafických kariet? Z dôvodov trvanlivosti musí mať predovšetkým najmenšiu možnú vnútornú stratovú odolnosť (ESR = ekvivalentný sériový odpor). Preto sa tieto takzvané verzie s nízkym ESR často nachádzajú na výstupnej strane v napájacích zdrojoch alebo na základných doskách v oblasti VRM.
Zamyslime sa trochu nad našimi meraniami spotreby energie, pri ktorých sa intervaly záťaže sporadicky striedajú za sebou ešte rýchlejšie, ako dokáže spínaný zdroj energie dobiť kondenzátory. Mnoho výrobcov v súčasnosti prechádza na veľmi špeciálne nízkoimpedančné kondenzátory - určite nie bez dobrého dôvodu -, kde sa jedná o nízky vnútorný odpor pri vysokých frekvenciách, čo štandardné elektrolytické kondenzátory neponúkajú v takej dokonalosti. Toľko praktickosť. Ale o tom neskôr.
Nie je to len kapacita alebo odtlačok výrobcu, čo určuje optimálnu funkčnosť sekundárnych kondenzátorov, ale predovšetkým veľmi dobré vysokofrekvenčné správanie (nízka impedancia pri cca 100 KHz), vysoká rýchlosť nabíjania a samozrejme dobré hodnoty zvlnenia. Vyhodnotením protokolov o meraní, v ktorých som sledoval aj signál PowerGood, sa mi vždy podarilo zistiť, čo sa stane, ak tu budú deficity napájania.
V dôsledku týchto krátkych poklesov napätia sa môže stať, že napríklad čip nainštalovaný na základnej doske na monitorovanie napätia nastaví príznak signálu PowerGood na príslušný kolík na nízku hodnotu, takže hlavná doska vypne napájanie a nie UVP alebo zabudovaný napájací zdroj OCP/OPP, pretože požadované spúšťacie hodnoty ešte neboli dosiahnuté!
Všeobecný problém s ochrannými obvodmi
Ak dôjde k vypnutiu, hoci nominálne zaťaženie ešte nebolo dosiahnuté ako priemerná hodnota, potom neboli správne zvolené kontrolné čipy napájacích zdrojov (v prípade lacných napájacích zdrojov) alebo je prah odozvy a oneskorenie príliš nízke alebo príliš nízke zvolený krátko. Z pohľadu výrobcu napájacieho zdroja ide o chôdzu po lane, najmä pri veľmi výkonných napájacích zdrojoch s jednou lištou. Pretože to, čo sa stane, ak je napríklad taký napájací zdroj s jednou koľajnicou skratovaný a káble na linke SATA sú príliš tenké, aby umožnili reakciu potrebného prúdu pre ochranné obvody, je znázornené na nasledujúcich obrázkoch:
Samotné hľadanie záchrany v obvodoch s viacerými koľajnicami by bolo určite príliš krátke, pretože súčasné limitné hodnoty nezodpovedajú požiadavkám súčasných grafických kariet. Mohli by sme požiadať o 25 ampérov pre pripojenie PCI-Express, pretože by ste s ním mohli ľahko dodať kábel s dvoma 8-kolíkovými konektormi. Ak stále potrebujete viac, musíte použiť dve koľajnice, každú s jedným 8-kolíkovým konektorom. Čo je však nepriaznivé, je to, že veľa dohľadových čipov, ktoré implementujú OCP (nadprúdová ochrana) v napájacích jednotkách, môže chrániť celkovo iba 4 kanály. To vzadu a vpredu nestačí, ak chcete chrániť CPU a základnú dosku, ako aj všetky pripojenia jednotiek, zvlášť. To je presne miesto, kde by mali vstúpiť do hry digitálne zdroje napájania, pretože ponúkajú pomerne flexibilnú definíciu OCP na výstup.