Jak sprawdzić przetwornicę VRM CPU na płycie głównej – pomiary napięć, ripple, diagnostyka MOSFET

Pytanie

jak sprawdzić przetwornicę zasilającą procesor na płycie głównej

Odpowiedź Sztucznej Inteligencji

Bezpośrednia odpowiedź na pytanie

• Najszybszy sposób weryfikacji przetwornicy (VRM) CPU to:
  1. pomiar napięcia wejściowego (+12 V) i wyjściowego (VCORE ≈ 0,8 – 1,5 V),
  2. sprawdzenie rezystancji/ew. zwarć na cewkach przy odłączonym zasilaniu,
  3. ocena tętnień (ripple < 30–50 mVpp) oraz temperatury MOSFET-ów pod obciążeniem.
• Jeśli któreś z tych kryteriów nie jest spełnione albo VRM się przegrzewa, przetwornica jest uszkodzona lub niewydolna.

Szczegółowa analiza problemu

1. Zrozumienie modułu

   • VRM to wielofazowa przetwornica buck, która z +12 V wytwarza dynamicznie regulowane VCORE. Składa się z kontrolera PWM, driverów, MOSFET-ów high-/low-side, cewek i kondensatorów filtrujących.

2. Przygotowanie i BHP

   • Rozłącz zasilanie ATX, wyjmij baterię CMOS, rozładuj kondensatory (≥ 2 min).
   • Załóż opaskę ESD. Pracuj na izolowanej powierzchni.

3. Inspekcja wizualna (OFF)

   • Spuchnięte kondensatory, pęknięte cewki, przebarwione PCB lub MOSFET-y = potencjalna usterka.
   • Uszkodzenia mechaniczne kontrolera PWM, wyraźna korozja ścieżek.

4. Pomiary w stanie beznapięciowym
   a) Rezystancja cewka → GND
   • typowo 1–10 mΩ (multimetr pokaże 0 Ω).
   • < 0,05 Ω ⇒ zwarcie; ∞ ⇒ przerwa.
   b) Test diodowy MOSFET-ów (wylutowanie zalecane): spadek 0,5–0,7 V.

5. Pomiary statyczne napięć
   a) VIN: 11,4 – 12,6 V na kondensatorach wejściowych VRM.
   b) VREF kontrolera: 0,6–1,2 V (datasheet).
   c) VCORE: 0,8 – 1,5 V (zależnie od CPU, trybu C-state, Boost). Pomiar na:
   • wyjściu cewek (strona z kondensatorami),
   • polimerach przy gnieździe CPU,
   • keramykach na spodzie PCB pod socketem.

6. Diagnostyka dynamiczna
   a) Ripple (oscyloskop, AC-coupling, sonda 10:1, pasmo ≥ 50 MHz): < 30 mVpp Idle, < 50 mVpp stress.
   b) Sygnały PWM na bramkach MOSFET-ów: częstotliwość 200 kHz – 1 MHz, wypełnienie modulowane obciążeniem. Brak sygnału na jednej fazie = uszkodzony driver/MOSFET.
   c) Termowizja/IR: MOSFET-y ≤ 90 °C przy pełnym obciążeniu; > 100 °C lub duża asymetria faz ⇒ usterka.

7. Test obciążeniowy

   • Zainstaluj CPU + chłodzenie, uruchom stres (Prime95 / OCCT).
   • Monitoruj:
     • spadek VCORE < 3 % podczas pełnego obciążenia,
     • brak nagłych restartów,
     • brak throttlingu VRM (płyty AMD/Intel zgłaszają to w BIOS/HWInfo).

8. Typowe scenariusze awarii
   | Objaw | Podejrzany element | Akcja naprawcza |
   |---|---|---|
   | 0 V na VCORE | kontroler PWM, sygnał VR_ON, MOSFET short | pomiar ENABLE/PGOOD, wymiana MOSFET-a/kontrolera |
   | Zbyt niskie VCORE | kondensatory, feedback, uszk. jednej fazy | ESR-meter, wymiana kondensatorów/fazy |
   | Wysokie ripple | kondensatory, pęknięty dławik | wymiana elementów filtrujących |
   | Przegrzewanie | MOSFET, niewłaściwy radiator, brak pasty | sprawdź Rds(on), wymień MOSFET lub zwiększ chłodzenie |

Aktualne informacje i trendy

• Nowe płyty (Intel 12–14 gen, AMD AM5) stosują cyfrowe, nawet 20-fazowe VRM z integrowanymi power-stage’ami (DrMOS, SPS). Próg ripple < 20 mVpp stał się standardem.
• BIOS/UEFI udostępnia telemetrię VRM (temp, prąd, POUT). Użyj HWInfo64 lub Open Hardware Monitor.
• AI-controlled load-line i szybkie LLC wpływają na charakterystykę Vdroop – przy pomiarach porównuj do specyfikacji płyty (Load-line Calibration).
• Trend: przejście z MOSFET + driver na zintegrowane power stages 50–90 A, co ułatwia diagnostykę (mniej elementów dyskretnych, ale trudniejsza naprawa).

Wspierające wyjaśnienia i detale

• Vdroop: celowy spadek VCORE przy wzroście prądu, zgodny z Intel AVX Spec/AMD SVI2. Nie należy mylić z błędnym „obniżeniem napięcia”.
• Ripple vs. szum: ripple to deterministyczna składowa przełączania, szum to komponent losowy. Do ripple stosuj kalkę sondy przewleczonej przez przewód GND (tzw. „spring-ground”).
• Zwarcie MOSFET-a high-side powoduje natychmiastowe zabezpieczenie zasilacza ATX (pin PS_ON podaje 5 V tylko chwilę).

Aspekty etyczne i prawne

• Naprawa płyt w czasie gwarancji łamie warunki producenta.
• Demontaż elementów BGA bez filtrowania oparów narusza BHP i przepisy o emisji ołowiu; obowiązuje dyrektywa RoHS.
• Utylizuj uszkodzone PCB zgodnie z WEEE (Zużyty Sprzęt Elektryczny i Elektroniczny).

Praktyczne wskazówki

• Sondy pomiarowe zaizoluj rurką termokurczliwą, aby uniknąć zwarć.
• Do rezystancji mΩ użyj miernika z pomiarem 4-przewodowym lub funkcji „REL” + przewód referencyjny.
• Jeśli brak oscyloskopu, ripple można oszacować modułem Arduino + ADC > 1 MS/s (tylko poglądowo).
• Nie masz schematu? Szukaj „Boardview” lub identycznego layoutu w bazie OpenBoardData.

Ewentualne zastrzeżenia lub uwagi dodatkowe

• Multimetr o powolnym próbkowaniu „uśrednia” przełączane napięcie po stronie high-side – pomiary wykonuj wyłącznie po stronie filtracji.
• Niektóre płyty (zwłaszcza laptopowe) mają układy dwustopniowe (12 V → 5 V → VCORE). Zachowaj właściwą kolejność diagnostyki.
• Wiele usterek VRM ma przyczynę wtórną (np. zwarcie wewnętrzne CPU). Zanim wylutujesz pół płyty, sprawdź pobór prądu procesora na innej płycie.

Sugestie dalszych badań

• Analiza impedancji wyjściowej VRM metodą Bode (magazyny TI, Renesas).
• Symulacje SPICE sekcji VRM z faktycznymi wartościami ESR/ESL kondensatorów.
• Badanie wpływu Load-line Calibration na stabilność przy wysokich prądach AVX-512.
• Porównanie z wbudowanym w CPU sensorem SVI2 / IMON vs. pomiar zewnętrzny (shunt).

Krótkie podsumowanie

Sprawdzanie VRM sprowadza się do triady: rezystancja (brak zwarć), napięcia (VIN = 12 V, VCORE ≈ 0,8-1,5 V), dynamika (ripple < 30-50 mV, poprawne sygnały PWM, umiarkowana temperatura). Wykonując kolejno inspekcję, pomiary statyczne i dynamiczne oraz test termiczny, można z dużą pewnością ocenić stan przetwornicy zasilającej procesor. Jeśli którykolwiek z parametrów odbiega od normy, konieczna jest wymiana uszkodzonych elementów lub całej płyty, przy zachowaniu norm ESD, RoHS i bezpieczeństwa.