Как определить причину перегрева процессора

Процессор и ..

Охлаждение ПК

Статьи

Полезные советы

Ссылки

Электроника

Linux

Список литературы

Проекты, идеи

Часто возникает проблема, по, на первый взгляд, непонятным причинам вдруг повышается температура узла в ПК. Чаще всего это узлы имеющие встроенные датчики температуры, такие как процессор, видеопроцессор. Для пользователя владеющего минимальными навыками измерениями температуры и обладающего минимальными знаниями, это не является проблемой. Попробую здесь дать Вам эти знания.

 

 

Я уже рассказывал о тепловых цепях в статье "Тепловые цепи, практика и расчет". Думаю здесь надо остановиться в большей мере на практике тепловых цепей, измерений в них и минимально необходимым расчетам.

Как говорилось в ссылке тепловая цепь имеет полную аналогию с токовой цепью.

Рассмотрим тепловую цепь на примере центрального процессора компьютера показанной на рис.1.

 

Рисунок 1.

Здесь:

• Источник тепла с тепловым потоком P и температурой t0 идеализирован, для чего вынесен за пределы тепловой цепа;
• Rкр - тепловое сопротивление кристалла процессора;
• Rти₁ - тепловое сопротивление участка цепи термоинтерфейса кристалл - тепло распределительная крышка;
• Rтркр - тепловое сопротивление тепло распределительной крышки;
• Rти₂ - тепловое сопротивление участка цепи тепло распределительная крышка процессора  - кулер;
• Rкул - тепловое сопротивление кулера.

 

В статье "Заметки об охлаждении, понятие - тепловое сопротивление" рассказано о тепловом сопротивлении, приведу здесь цитату:

 

 

В нашем случае R_t будет равно сумме сопротивлений всех участков цепи показанной на рис.1.

 

 

R_t = R_кр + R_ти1 + R_тркр + R_ти2 + R_кул

 

 

Если взять типовую тепловую цепь показанную на рис.1, где температура процессора t₀=65°C, температура окружающего воздуха приближается к температуре наиболее холодных поверхностей кулера и равна 22°С. Мощность тепловыделения процессора TDP = P и равна 65Вт.

Для такой цепи суммарное (общее) тепловое сопротивление будет равно:

 

R_t = Δt/P = t₀-t_возд/P = 43°C/65Вт = 0,66 °С/Вт

 

Мы получили тепловое сопротивление равное 0,66 °С/Вт.

Хочу заметить это достаточно малое тепловое сопротивление.

 

В процессе эксплуатации...

... суммарное тепловое сопротивление цепи и тепловое сопротивление ее участков может изменяться в сторону его увеличения. Результатом его роста является рост температуру тепловыделяющего узла, в рассматриваемом случае - процессора.

Этому может быть несколько причин.

Главным образом это увеличение теплового сопротивления после длительной работы с постоянным изменением мощности тепловыделения и соответственно скачками температур в цепи. Этот режим сопровождается механическими деформациями кристалла, тепло распределяющей пластины из-за неравномерности теплового потока через поверхность.

Для теплопроводящих паст это тяжелый режим.

По описаниям в литературе и Интернете, в такой ситуации теплопроводящая паста превращается в подобную губке структуру.

 

Еще одной причиной роста температуры тепловыделяющего узла - процессора, может быть просто запыленность радиатора кулера. Отложения пыли снижают расход теплоносителя - воздуха через оребренную поверхность радиатора. В результате растет тепловое сопротивление кулера с описанными выше результатами.

 

Другая причина роста температуры процессора может быть вызвана просто ростом температуры воздуха в корпусе компьютера. Ровно на столько же градусов вырастет температура процессора, на сколько вырастет температура воздуха в корпусе компьютера в процессе эксплуатации.

Причиной этого может быть просто ухудшение вентиляции корпуса в котором расположен тепловыделяющий объект.

 

Для локализации причины перегрева процессора необходимо рассмотреть конкретную тепловую цепь и тепловые сопротивления элементов цепи.

 

Рассмотрим элементы тепловой цепи и минимизируем число элементов

Для упрощения данной цепи, путем исключения элементов имеющих величину теплового сопротивления настолько малую, что при исключении их из цепи результирующие параметры останутся в пределах погрешности расчетов.

Это прежде всего тепловое сопротивление кристалла - Rкр величина которого незначительна (теплопроводность кремния - 150 Вт/мхК) и величина ее теплового сопротивления в направлении теплового потока составляет несколько процентов от суммарного теплового сопротивления а иногда и меньше.

Еще одним элементом можно пренебречь, это тепловое сопротивление тепло распределительной крышки процессора - R_тркр. Толщина которой порядка 1мм, материал медь с теплопроводностью 390 Вт/м*К. Величина теплового сопротивления в направлении теплового потока тонкой медной пластинки пренебрежимо мала по сравнению с суммарным тепловым сопротивлением всей цепи.

В результате упрощений рассматриваемая тепловая цепь приобретет вид:

 

Рисунок 2.

 

Зная исходное (начальное) суммарное тепловое сопротивление цепи, в случае его роста мы можем исследовать тепловую цепь с целью выявления ее участка имеющего увеличившееся в результате эксплуатации повышенное тепловое сопротивление.

Исследование заключается в контроле температур элементов цепи. Зная разности температур между точками тепловой цепи и тепловыделение источника тепла (процессора) можно по формуле 1 оценить и величину ее сопротивления.

t0 - может быть оценено с помощью одной из множества программ для мониторинга тепловыделяющего узла (процессора) или средствами BIOS (есть данные, что при загрузке BIOS тепловыделение процессора приближается к TDP).

Измерение t_кр, t_{осн кул} необходимо выполнять с помощью измерителя температуры.

Рекомендую использовать измеритель имеющий в качестве датчика безкорпусную термопару. Такая термопара, ввиду своей малости, позволяет измерять температуру в точке касания объекта измерения. Другим датчиком, часто, просто невозможно достать до труднодоступных узлов, например тепло распределительной крышки процессора.

В принципе в случае недоступности некоторых точек, их можно опустить, но тогда в качестве причины повышения температуры придется рассматривать участок тепловой цепи находящийся между точками измерения температуры..

 

Как Вы видите из рис.2, измерение температуры воздуха в корпусе ПК является постоянно необходимым элементом контроля условий работы процессора и суммарного теплового сопротивления цепи. Совместно с программами для мониторинга температуры, эти две температуры дают возможность контролировать и своевременно выявлять дефекты тепловой цепи.

Я бы рекомендовал на каждом компьютере иметь блок контроля температур и управления вентиляторами подобный описанному здесь. Число каналов я выбирал по числу вентиляторов компьютера, а не по числу точек контроля температуры. На мой взгляд, числа точек контроля температуры достаточно двух. Для измерения температуры воздуха в помещении и в корпусе ПК. Эти две температуры позволяют полностью контролировать запыленность воздушных фильтров. А контроль температуры воздуха в корпусе ПК позволяет еще и контролировать тепловое сопротивление цепи.

 

Локализовав участок тепловой цепи, где произошел рост теплового сопротивления, после разборки визуальным осмотром можно выяснять причины его роста и принимать меры к устранению причин.

 

Пример поиска плохого участка цепи

Рассмотрим поиск дефекта на примере рис.2, для этого приведем его повторно.

 

 

Допустим, было зафиксировано исходное состояние тепловой цепи процессора после первого включения ПК (или в процессе работы, но до появления проблем) в столбце 1 табл.1. Здесь рассматривается работа процессора при номинальной загрузке, а значит TDP имеет паспортное значение. (В случае иного режима работы процессора необходимо брать реальные значения.)

R_t = Δt/P_t  (°С/Вт)

 

Таблица 1.

 

Рассмотрим результаты замеров.

 

Вариант 1 (столбец 3).

По результатам измерений тепловое сопротивление цепи не изменилось. Зарегистрированный перегрев процессора определяется только ростом температуры воздуха в корпусе компьютера.

Причинами может быть:

1. Избыточное тепловыделение в корпусе ПК другими узлами (например установка новой производительной видеокарты с TDP = 250 Вт),
2. Недостаточный воздухообмен в корпуса ПК (конструктивный).
   Решение - необходимо увеличить расход воздуха через корпус ПК,
3. Засорение воздушных фильтров.
   Решение - заменить или почистить фильтр.

 

Вариант 2 (столбец 4)

Тепловое сопротивление цепи возросло с 0,66 °С/Вт до 0,93 °С/Вт. При этом тепловое сопротивление кулера сохранилось, что подтверждается разностью температур основания кулера и воздуха (ребер).

Зарегистрирован рост теплового сопротивления на участке кристалл процессора - основание кулера с 0,33 °С/Вт до 0,6

°С/Вт (почти в два раза).

Причинами этого роста могут быть:

1. Рост теплового сопротивления термоинтерфейса между основанием кулера - тепло распределительной крышкой процессора.
   Решение - Замена термоинтерфейса на новый. Если замена эффекта не дает то см. п. 2.
2. Рост теплового сопротивления термоинтерфейса между тепло распределительной крышкой - кристаллом процессора.
   Решение - замена процессора.

 

Вариант 3 (столбец 5)

Результаты измерений показали - возросло тепловое сопротивление кулера с 0,33 °С/Вт до 0,6 °С/Вт.

Причинами могут быть:

1. Забитые пылью вентилятор или межреберное пространство кулера.
   Решение - почистить.
2. Снижение производительности вентилятора кулера.
   Решение - заменить вентилятор.
3. Повреждение одной (или нескольких) тепловых трубок у кулера на тепловых трубках.
   Решение - заменить кулер.

 

Заключение

Как Вы поняли, для решения проблем с охлаждением возникающих в процессе эксплуатации компьютера это не для ламера.

Для этого надо иметь представление о тепловых цепях, характеристиках их элементов и измерениях в них.

Если это вам знакомо и у Вас есть необходимые контрольно - измерительные приборы и навыки работы с ними, то вперед! Вам по силам решить эту проблему.

Иначе - обращайтесь к специалисту!

ноябрь 2010 года.

Сорокин А.Д.

<<назад>> <<в начало>> <<на главную>>

Попасть прямо в разделы сайта можно здесь: