Видеокарта не запускается. Системный блок подаёт питание, кулеры крутятся, но на экране темнота. Или хуже: карта стартует, работает несколько минут под нагрузкой, а потом система уходит в перезагрузку без предупреждения. Большинство сразу думает о GPU, о памяти, о термопасте. Между тем причина нередко скрыта в VRM, в цепи питания, которая превращает 12 вольт от блока питания в рабочее напряжение GPU в диапазоне 0,8-1,1 вольта. Когда один или несколько MOSFET-транзисторов в этой цепи уходят в пробой, видеокарта перестаёт получать нормальное питание и ведёт себя именно так: непредсказуемо и дорого.
Найти пробитый транзистор мультиметром и не повредить при этом остальную схему, вот задача, которая решается методично и без спешки.
Как устроен VRM видеокарты и почему MOSFET пробивается
Каждая фаза питания VRM строится на двух полевых транзисторах, включённых последовательно между шиной 12 вольт и землёй. Верхний транзистор, его называют "верхним плечом" или high-side, соединяет шину 12 вольт с дросселем. Нижний транзистор, "нижнее плечо" или low-side, замыкает дроссель на землю в тот момент, когда верхнее плечо закрыто. ШИМ-контроллер через драйвер управляет открыванием и закрыванием этой пары, переключая её с частотой от 300 кГц до нескольких мегагерц. Именно это переключение преобразует 12 вольт в нужное напряжение для GPU.
Когда верхний транзистор пробивается, 12 вольт через дроссель уходят прямо на GPU, и это практически всегда означает гибель графического чипа. Когда пробивается нижнее плечо, питание GPU замыкается на землю. Карта не запускается, но GPU в этом сценарии чаще всего остаётся живым. Именно поэтому при диагностике сгоревшего VRM мастер первым делом смотрит, какое плечо вышло из строя.
На современных видеокартах среднего и топового сегмента отдельные MOSFET и драйверы давно заменены интегрированными сборками DrMOS: драйвер и оба транзистора, верхний и нижний, упакованы в один корпус QFN или TQFN. У мощных видеокарт, например серии RTX 4080 и 4090, число фаз питания GPU достигает 17-18, и каждая строится на DrMOS-сборке с допустимым током 50-70 ампер. На более доступных картах и на платах постарше VRM собирается из дискретных транзисторов в корпусах SO-8 или DFN-8, что упрощает диагностику и замену.
Симптомы пробоя MOSFET и первичный осмотр
Прежде чем брать мультиметр, стоит потратить несколько минут на визуальный осмотр. Пробитый транзистор нередко выдаёт себя: вздувшийся или потрескавшийся корпус, почернение текстолита под корпусом или рядом с ним, следы гари на поверхности платы. Иногда пробой настолько мощный, что транзистор буквально раскрывается, обнажая кристалл. В этом случае поиск завершается ещё до начала измерений.
Если визуальных признаков нет, а карта не запускается или работает нестабильно, характер поведения подсказывает направление поиска. Карта запускается, но через минуту система падает в перезагрузку под нагрузкой, часто указывает на частичный пробой с остаточной проводимостью, когда транзистор не полностью закорочен, но уже не переключается нормально. Карта не подаёт признаков жизни при включении, нет изображения, нет инициализации, чаще указывает на полный пробой с коротким замыканием в одной из фаз.
Перед любыми измерениями видеокарту извлекают из системного блока и дают полностью разрядиться: конденсаторы на плате удерживают заряд несколько секунд после отключения питания. Касаться выводов транзисторов сразу после извлечения не следует.
Как проверить MOSFET мультиметром прямо на плате
Мультиметр переводят в режим проверки диодов. В этом режиме прибор подаёт на щупы небольшое напряжение, достаточное для открытия полупроводникового перехода, и показывает падение напряжения на нём в милливольтах.
Внутри любого N-канального MOSFET между истоком и стоком есть паразитный обратный диод, это особенность структуры транзистора. Он всегда проводит ток в направлении от истока к стоку. Именно его и проверяют в первую очередь.
Красный щуп (плюс) ставят на исток транзистора, чёрный (минус) на сток. Мультиметр должен показать падение напряжения в диапазоне 400-700 мВ, что соответствует прямому включению паразитного диода. Переставляют щупы в обратном порядке: красный на сток, чёрный на исток. Мультиметр должен показать "1" или превышение предела, то есть обратное включение диода не проводит. Если в обеих полярностях прибор показывает нулевое сопротивление или единицы ом, транзистор пробит насквозь и подлежит замене.
Теперь о проверке управляющего канала. Красным щупом касаются затвора, чёрным истока. Прибор должен показать "1", то есть разомкнутую цепь, потому что затвор изолирован от канала оксидным слоем. Если между затвором и истоком мультиметр показывает проводимость или низкое сопротивление, затворный оксид пробит. Такой транзистор тоже неисправен, даже если канал сток-исток формально ещё цел.
Важная оговорка: мощные MOSFET имеют значительную ёмкость затвора, от нескольких нанофарад до десятков нанофарад. При касании затвора щупом мультиметр заряжает эту ёмкость, и транзистор может открыться. После открытия канал сток-исток начинает проводить ток, и прибор покажет низкое сопротивление там, где его не должно быть. Это не признак пробоя, это нормальное поведение открытого транзистора. Чтобы исключить путаницу, перед каждым измерением все выводы транзистора кратковременно замыкают между собой, снимая накопленный заряд с затвора.
Проверка на плате и её ограничения
Диагностика MOSFET без выпайки удобна, но имеет принципиальное ограничение. На плате транзисторы одной фазы работают параллельно с соседними элементами: драйвером, конденсаторами, другими транзисторами соседних фаз. Их цепи объединены общими шинами. Это значит, что мультиметр видит суммарное сопротивление всей параллельной цепи, а не одного транзистора.
Практический приём: черный щуп прижимают к общей точке земли на плате, красным последовательно проверяют стоки транзисторов нижнего плеча всех фаз. Нормальное сопротивление по стоку нижнего плеча относительно земли составляет несколько сотен ом, у разных карт по-разному, но значения одной карты должны совпадать между всеми фазами. Резкое занижение сопротивления на одной из фаз, десятки ом вместо сотен, указывает на пробой именно в этой фазе.
У карт на дискретных транзисторах сток верхнего плеча подключён к шине 12 вольт через предохранитель или непосредственно. Прозвонка между этой точкой и землёй должна давать сопротивление в килоомы. Если мультиметр показывает ноль или единицы ом, верхнее плечо пробито, и ситуация значительно серьёзнее, чем при пробое нижнего.
DrMOS-сборки и особенности их диагностики
На видеокартах последних поколений вместо отдельных транзисторов стоят DrMOS-сборки в корпусах QFN-8 или TQFN-8. Маркировка таких микросхем часто нестандартная: производители используют внутренние кодовые обозначения, и без даташита определить распиновку бывает непросто. Типичные сборки, встречающиеся при ремонте карт Nvidia и AMD, это SiC654, SiC632, FDMC86200, CSD95372B и их аналоги от Renesas, Infineon и Alpha & Omega Semiconductor.
Диагностика DrMOS методически совпадает с проверкой дискретных транзисторов, но все три узла, верхний MOSFET, нижний MOSFET и драйвер, находятся в одном корпусе. Пробой любого из них выводит из строя всю сборку целиком. Внешне пробитая DrMOS-сборка иногда выдаёт себя потемнением корпуса или вздутием в одном из углов. Но чаще всего она выглядит совершенно нормально, и единственный способ убедиться в исправности, это замер сопротивления между силовыми выводами по описанной методике.
Проверить DrMOS-сборку прямо на плате сложнее, чем дискретный транзистор, именно из-за параллельного подключения нескольких сборок к общим шинам. Разница в сопротивлении между исправной и пробитой фазой при наличии параллельных цепей сглаживается и становится менее контрастной. Если косвенные признаки указывают на конкретную фазу, надёжнее выпаять подозреваемую сборку и проверить её отдельно.
Что делать после обнаружения пробитого транзистора
Замена одного транзистора без анализа причины пробоя не решает проблему. MOSFET выходит из строя не сам по себе: его убивает либо тепловой стресс от длительного перегрева без нормального охлаждения, либо выброс обратного напряжения при неисправном драйвере, либо короткое замыкание на выходе, то есть на стороне GPU или видеопамяти.
Перед заменой транзистора проверяют драйвер управления. Если напряжение на затворе транзистора при отключённом питании отличается от нуля, или если между выводами управления и землёй есть проводимость, драйвер неисправен и меняется вместе с транзистором. Поставить новый MOSFET к пробитому драйверу значит потерять новый компонент при первом же включении.
Подбор аналога при замене транзистора требует соблюдения трёх параметров даташита. Напряжение пробоя сток-исток, BVDSS, должно быть не ниже исходного, для видеокарт это обычно 30 вольт. Сопротивление открытого канала RDS(on) должно совпадать или быть ниже оригинала: более высокое сопротивление увеличивает тепловыделение. Максимальный ток стока, Id, должен соответствовать оригиналу или превышать его. Поставить транзистор с меньшим допустимым током даже временно нельзя.
После замены, до установки карты в систему, проводят контрольную проверку сопротивления на всех фазах. Значения должны выровняться и совпадать между собой. Только после этого карту подключают к блоку питания и проверяют напряжение на выходе каждой фазы мультиметром: показания должны находиться в диапазоне рабочего напряжения GPU, типично 0,85-1,1 вольта в зависимости от режима работы видеочипа.
Осциллограф как следующий уровень диагностики
Мультиметр отвечает на вопрос "есть ли пробой". Осциллограф отвечает на вопрос "правильно ли работает исправная фаза". На затворе транзистора нижнего плеча должен присутствовать чёткий прямоугольный сигнал с частотой от 300 кГц до нескольких мегагерц и скважностью, соответствующей коэффициенту преобразования. Скруглённые фронты, звонки, нестабильная частота или отсутствие сигнала при работающей системе говорят о проблеме в драйвере или ШИМ-контроллере.
На выходе фазы, то есть на дросселе со стороны нагрузки, осциллограф должен показывать постоянное напряжение с небольшими пульсациями, не превышающими 20-30 мВ. Более высокие пульсации указывают на деградировавшие выходные конденсаторы или на неисправный транзистор с ухудшенными динамическими характеристиками, который формально не пробит, но уже не переключается с нужной скоростью.
VRM видеокарты это не просто группа транзисторов рядом с GPU. Это прецизионная силовая схема, которая держит на себе весь энергетический режим графического чипа. Когда она работает правильно, о ней никто не вспоминает. Когда она выходит из строя, последствия ощущаются мгновенно. Умение находить неисправный транзистор без специального оборудования, вооружившись только мультиметром и методичным подходом, отличает ремонт от угадывания.
Канал сайта в Telegram
Канал сайта на YouTube