Page1 Investeşte în oameni! FONDUL SOCIAL EUROPEAN Programul Operaţional Sectorial Dezvoltarea Resurselor Umane Axa prioritară nr. 2 Corelar

Transcriere

1 Page1 MATERIAL INFORMAȚIONAL

2 Pagei Cuprins 1 Prezentarea generală a sistemelor de calcul Structura generală a unui sistem de calcul Tipuri de calculatoare Componentele de bază ale unui PC Software Dispozitive mobile de calcul Testarea hard disk-urilor Noţiuni teoretice despre hard disk Tipuri de hard disk-uri Sectorul bad SMART Self-Monitoring, Analysis and Reporting Technology Tipurile de interfață ale hard-disk-urilor Utilizarea utilitarului gratuit HDDScan de diagnosticare a hard disk-ului Posibilitățile verificării HDD Vizualizarea informațiilor S.M.A.R.T Verificarea suprafeței hard disk-ului Informații detaliate despre hard disk Resetarea parolei și/sau a orelor de funcționare ale hard disk-urilor utilizând interfața și software-ul PC Operațiunile de reparare a hard disk-urilor și recuperare a datelor efectuate în Clean Room 28 5 Ștergerea completă a informațiilor de pe un hard-disk Testarea sistemelor de calcul tip PC desktop și notebook Depanarea notebook-urilor Generalități Descrierea convertorului buck Controlul PWM al convertorului buck Convertorul buck sincron... 60

3 Pageii 7.5 Circuitul integrat MC Reparația ecranelor LCD și înlocuirea chip-urilor tip BGA Display LCD Generalităţi Organizarea unui display LCD Principiul de funcţionare al unui pixel LCD Display cu cristale lichide Comanda unui panou LCD cu matrice activă Tipuri constructive de şasiuri şi panouri LCD Schema electrică a unui display LCD Creşterea eficienţei luminoase Display LCD cu Led-uri Înlocuire chip-uri BGA Capsule BGA Metodologie tehnologică Testarea și producția bateriilor de notebook Noţiuni generale privind bateriile Caracterizarea constructivă şi funcţională a bateriilor de acumulatoare Definiții, principiu de funcționare Tipuri de baterii Încărcarea bateriilor Bateria de laptop Noțiuni de bază Acumulatorul Li-ion Descrierea activităţilor de producţie şi testare a bateriilor Departamentul Baterii de notebook Etapele de producție a bateriilor Aparate și software specifice folosite pentru producția și testarea bateriilor Gestionarea producției de baterii

4 Page1 1 Prezentarea generală a sistemelor de calcul Activitatea de depanare a sistemelor de calcul necesită cunoașterea structurii, calsificării și tipurilor de componente corespunzătoare acestor dispositive. Dat fiind faptul că un sistem de calcul este o îmbinare strânsă între componentele hardware și cele software, cunoștințele referitoare la soft-ul de baza și cel de aplicații ajută la eficientizarea procesului de depanare. Prezentul material constituie o introducere în noțiunile de bază ale sistemelor de calcul, cu accent pe elementele care pot ajuta la depanarea diverselor tipuri de calculatoare. 1.1 Structura generală a unui sistem de calcul Periferice de intrare UNITATE CENTRALĂ MEMORIE Fig. 1 Structura generală a unui sistem de calcul Periferice de iesire Unitatea centrală a unui sistem de calcul este compusă din: processor și chipset (north bridge și south bridge). Perifericele de intrare pot fi: tastatură, mouse, touchpad, touchscreen, intrare audio, cameră etc. Perifericele de ieșire sunt: display, imprimantă, ieșire audio. Perifericele de intrare-ieșire se pot clasifica în: periferice de comunicații (modem, rețea, modul wireless), de stocare în masă (hard disk, SSD, memorii nevolatile) și port-uri și conectori pentru extensii și conectare a unor dispozitive externe. 1.2 Tipuri de calculatoare Calculatoare pentru utilizare personală Laptop (sau notebook) se caracterizează prin portabilitate; sunt alimentate de un accumulator. Fig. 2 Laptop

5 Page2 Desktop nu sunt portabile. Fig. 3 Calculatoare desktop Fig. 4 Workstation Workstation calculator specializat, optimizat pentru anumite sarcini (de ex. Prelucrare de imagine sau sunet). Este mai puternic decât un desktop. Dispozitive mobile (tableta/smartphone) calculator portabil; de obicei au ecran tactil. Fig. 5 Tablete și smartphone-uri

6 Page3 Calculatoare pentru firme/organizații Server un calculator care a fost optimizat pentru a asigura servicii calculatoarelor dintr-o rețea; se caracterizează prin procesoare puternice, capacități mari de memorare și de stocare de date. Fig. 6 Server Mainframe calculatoare de mari dimensiuni; sunt folosite în companii sau organizații foarte mari, deservesc mii de utilizatori; utilizatorul are acces la puterea de calcul printr-un terminal. Fig. 7 Mainframe

7 Page4 1.3 Componentele de bază ale unui PC Carcasa (case) pentru laptop aceasta include și tastatura și ecranul; poate avea diferite dimensiuni; o carcasa mai mare nu implică neapărat un calculator mai puternic sau mai complex; carcasa se alege în funcție de tipul (dimensiunea) plăcii de bază care va fi înăuntru; Fig. 8 Tipuri de carcase

8 Page5 Placa de bază (motherboard) principala componentă a unui PC; toate componentele unui PC sunt conectate (într-un fel sau altul) cu placa de bază; unele componente de pe placa de baza pot fi schimbate cu ușurință, fără a interveni direct pe placa de bază (microprocesorul, memoria, placa video); alte componente sunt atașate direct pe placa de bază CMOS care păstrează anumite informații când sistemul este închis (de ex. ceasul sistemului); sunt de diferite mărimi și standarde. Cele mai comune: ATX și microatx. Fig. 9 Componentele unei plăci de bază Fig. 10 Componentele unei plăci de bază

9 Page6 Sursa de alimentare (power suply) pentru laptopuri este un acumulator; pentru desktop este o sursa de alimentare care este montată în carcasă; sursa de alimentare are un cordon de alimentare pentru conectarea la priză și un mănunchi de cabluri care se conectează o parte la placa de bază și o altă parte la alte componente (ventilatoare, discuri). Fig. 11 Sursă de alimentare și cabluri de conectare Microprocesorul (CPU - Central Processing Unit) este creierul calculatorului; Intel și AMD cei mai mari producători; Sunt două arhitecturi utilizate pe piață acum: arhitectura pe 32 de biți și cea pe 64 de biți; Sunt programe care au versiuni diferite pentru cele doua arhitecturi. Fig. 12 Microprocesoare

10 Page7 Memoria internă (RAM Random Access Memory) Fig. 13 Memorii interne Dispozitive de stocare a datelor stochează sistemul de operare și toate celelalte programe; stochează datele utilizatorilor, muzică, filme, fotografii etc; pot fi: Hard-disk SSD (Solid State Drive) CD, DVD, Blue-ray se conectează la placa de bază folosind diverse standarde de conectare: IDE, SATA.

11 Page8 Unitatea de prelucrare grafică (GPU) poate fi inclusă pe placa de bază; poate fi o componentă separată a calculatorului: placă grafică; Fig. 14 Unități de prelucrare grafică realizează prelucrarea datelor grafice necesare afișării pe ecran, preluând astfel o parte din încărcarea microprocesorului; plăcile grafice se atașează plăcilor de bază în sloturi speciale (AGP, PCI); producători de procesoare grafice: NVIDIA, AMD (ATI); Este pus la punct un limbaj pentru programarea procesoarelor grafice de NVIDIA CUDA. Unități pentru prelucrarea sunetului: pot fi integrate pe placa de bază (pe south bridge sau pe un chip distinct); pot fi pe plăci speciale plăci de sunet. Fig. 15 Unități pentru prelucrarea sunetului

12 Page9 Porturi sunt componente care permit conectarea diferitelor dispozitive externe la un calculator: Porturi USB Porturi de conectare la rețea (Ethernet sau firewire) Porturi video (VGA, DVI, HDMI, Thunderbolt) Porturi audio (pentru microfon, caști) Porturi PS2 (pentru conectare, in sistemele mai vechi, a tastaturii sau a mouseului) Port paralel (pentru imprimante) Periferice orice componentă hardware care nu este montată în interiorul calculatorului (dispozitivele de bază de intrare ieșire): Monitor Tastatură Mouse Alte periferice Imprimante Boxe Căști Microfoane Webcam Stick USB Harddisk extern Sloturi de extensie se găsesc pe placa de bază și permit adăugarea unor componente interne care nu fac parte din dotarea de bază a unui calculator: Plăci grafice suplimentare Plăci de rețea Plăci de sunet Tuner TV sau radio sunt standardizate: ISA/EISA, AGP, PCI, PCI-Express. 1.4 Software Software de aplicații rezolvă probleme ale lumii reale Software de bază (sistem) administrează un sistem de calcul la nivel de bază:

13 Page10 Furnizează mijloacele și mediul în care pot fi create și lansate în execuție aplicațiile software; Interacționează direct cu hardware-ul și dau mai multă funcționalitate. Sistemul de operare este baza software-ului de sistem al unui calculator: Realizează: Managementul procesorului; Managementul memoriei; Managementul componentelor sistemului: asigură o interfață sofware între componentele interne ale calculatorului și fiecare dispozitiv legat la calculator; Managementul stocării datelor; Interfață cu software-ul de aplicație; Interfață utilizator (pentru ca operatorul uman să poată interacționa cu calculatorul). Software de sistem (alte componente) cu sarcini precise: Drivere (pentru monitor, disc etc); Biblioteci. Sistemul de operare permite ca aplicațiile software să interacționeze cu aceste componente ale software-ului de sistem. Sisteme de operare în linie de comandă: Unix Linux MS-DOS Sisteme de operare GUI (Graphical User Interface): Windows MAC OS Software de aplicații: Suita Office (Microsoft Office, LibreOfiice) Medii de dezvoltare (Visual Studio, Eclipse) Programe educaționale Programe de prelucrare grafică Programe de prelucrare a sunetului

14 Page11 Fig. 16 Ilustrarea schematizată a componentelor unui calculator Software dedicat dezvoltat în raport cu cerințele utilizatorilor (de ex. un software de contabilitate pentru firma X, un software de testare a harddiskurilor etc). 1.5 Dispozitive mobile de calcul Dispozitivul mobil de calcul a fost dezvoltat pentru smartphone și este o funcționalitate în plus față de telefon). Caracteristici: Creierul - un microprocesor; Acumulator (baterie reîncărcabilă); Ecran tactil. Alte componente: Accelerometre; Giroscop; Procesor grafic; Memorie de tip flash; Chip WIFI și/sau celular și antenă; Difuzoare; Cameră video; Bluetooth. Sisteme de operare proprii (cele mai utilizate): Android; ios (Apple); Windows 8. Aplicații pentru toate domeniile: de la pachete Office la programe de monitorizare a pulsului.

15 Page Noţiuni teoretice despre hard disk 2 Testarea hard disk-urilor Hard disk-ul este format din mai multe discuri. În general pe fiecare faţă a fiecărui disc există câte un cap de citire. Toate capurile de citire sunt prinse între ele, mișcându-se astfel simultan. Datele sunt împărțite în piste și sectoare. Sectorul este unitatea minima de alocare pe disc. Mărimea unui sector este de 512 octeți sau bytes. Fiecare sector are pe lângă cei 512 octeți, niște informații suplimentare neaccesibile utilizatorului. Acestea sunt: secvența de sincronizare (numita gap) și suma de control (CRC). O pistă este o fâșie circulara de pe fața unui disc. Toate pistele care sunt la aceeași distanță față de centrul discului formează un cilindru. Deci, pistele unui cilindru sunt citite simultan de capetele de citire. 1. Disc sau discuri neflexibile din metal (platane) acoperite cu un strat de material magnetizabil. Aceste discuri sunt învârtite de un motor ce poate dezvolta o viteză de rotație de ordinul miilor de rotații pe minut (RPM). În prezent hard disk-urile obișnuite sunt cotate la viteze ce încep de la 7200 de rotații pe minut. 2. Braț deplasabil ce conține capurile de citire/scriere. În cazul în care un hard disk conține mai multe platane suprapuse fiecare dintre acestea este deservit de un cap de citire/scriere propriu. Activitatea de citire /scriere produce un bâzâit specific datorită fenomenelor magnetice implicate în stocarea şi accesarea datelor. Hard disk-urile au devenit cu timpul din ce în ce mai silențioase, zgomotul produs în timpul funcționării fiind la unele modele aproape imperceptibil. 3. Un al doilea motor ce poate deplasa capul de citire scriere în orice punct al suprafeței de stocare. 4. Parte electronică ce controlează activitățile de citire/scriere și de transferare a datelor dinspre şi către calculator. În componenţa acestei părţi intră şi o cantitate redusă de memorie ultrarapidă de tip cache. 5.Carcasă din metal în care sunt încapsulate componentele mecanice şi o parte din cele electronice. Această carcasă are rolul de a se comporta şi ca un radiator preluând căldura degajată de discurile ce se rotesc la viteze foarte mari. Fig. 17 Componentele unui hard disk Tipuri de hard disk-uri În funcție de diametrul platanelor de stocare cele mai comune tipuri de hard disk-uri sunt cele de 3.5 inch, respectiv 2.5 inch. Hard disk-urile de 3.5 inch sunt cele mai răspândite în rândul PC-urilor obișnuite și se găsesc montate în interiorul unității centrale. Un calculator obișnuit nu este limitat doar la un

16 Page13 hard disk, acesta poate avea la dispoziție de regulă cel puțin patru hard disk-uri interne, numărul acestora putând fi crescut prin adăugarea unor plăci de extensie. Hard disk-urile de 2.5 inch deservesc în general calculatoarele portabile dar și-au găsit utilitatea și în interiorul altor echipamente electronice cum ar fi DVD-Recordere, console, camere video, MP3 playere, etc. Acest tip de hard disk-uri necesită o alimentare de doar 5V ceea ce reduce considerabil consumul de energie față de modelele de 3.5 inch care necesită 12V pentru a funcționa. Dacă la capitolul consum de energie aceste modele ies câștigătoare, la capitolul performanță modele de 3.5 inch dau dovadă de o rată de transfer a datelor superioară. Pentru echipamentele portabile pentru care fiecare milimetru contează există și hard diskuri de 1.8 inch, cea mai comună utilizare a acestor hard disk-uri o reprezintă foarte popularele playereipod cu hard disk produse de către compania americana Apple. Fig. 18 Tipuri de hard disk-uri Tot mai răspândit în ultima vreme este mediul de stocare Solid State Drive. Un Solid-State Drive (expresie engleză cu traducerea liberă unitate cu cipuri ; prescurtat SSD) este un dispozitiv de stocare a datelor care folosește memorii cu semiconductori, construite pe baza studiilor de fizica stării solide. SSD-urile se deosebesc de unitățile cu discuri dure clasice (HDD) care sunt dispozitive electromecanice cu discuri de stocare aflate în mișcare, prin aceea că SSD-urile folosesc numai microcipuri care rețin datele în memorii nevolatile, fără să aibă părți mobile. SSD-urile sunt mai rezistente la șocurile mecanice, având timp de acces mai scăzut dar preț pe MB mai mare. Pentru a fi eventual interschimbabile cu HDD-urile, ele folosesc aceleași interfețe (semnale electrice, conectoare) ca și cele ale discurilor dure, de ex. de tip SATA. Totuși, interschimbabilitatea cu unitățile HDD nu este o condiție standard de fabricație a SSD-urilor.

17 Page14 Fig. 19 Tipuri de SSD-uri Sectorul bad Un sector bad reprezintă un sector din hard sau dintr-o memorie flash al unui calculator, care nu poate fi folosit din cauza unei daune permanente (sau incapacitatea sistemului de operare de a o accesa cu succes), cum ar fi daunele fizice la suprafața hardului sau uneori, sectoare care se afla într-un blocaj magnetic. Astăzi un hard disk beneficiază si de sectoare de rezervă sparesectors. Atunci când electronica hard disk-ului detectează un sector defect îl scoate din uz, înlocuindu-i adresa cu una din cele ale sectoarelor de rezervă. Acesta este şi motivul pentru care astăzi la un hard disk nu mai observăm raportate sectoare defecte, spre deosebire de generațiile mai vechi de hard diskuri. Totuși, dacă un hard disk a început să apeleze la sectoarele de rezervă, acesta este un semn că pe viitor este posibil să avem probleme şi este indicat să nu-l mai folosim pentru stocarea de date importante. Bad-urile unui hard disk pot fi de 2 feluri: bad-uri fizice și bad-uri logice. Bad-urile fizice pot surveni în urma lovirii unui hard disk aflat în funcțiune sau nu. Datorită distantei foarte mici dintre brațul de citire și platanele acestuia, la o lovire mai puternică

18 Page15 acesta atinge platanul și poate provoca zgârieturi pe suprafața platanului. Nu trebuie lovite niciodată unitatea centrala sau hard disk-urile aflate în stare de funcționare. Dacă acestea sunt lovite în timpul funcționării, riscul de a zgâria platanul și a crea un bad fizic este mult mai ridicat. Bad-urile logice sunt întâlnite la nivel de chip sau, mai bine zis, la nivelul controller-ului ce controlează mișcările brațului (actuator-ului) de citire. După ce înțelegem ce înseamnă un bad fizic și ce înseamnă un bad logic, mai trebuie menționat faptul că nici un soft nu va putea repara un bad fizic. Așa că trebuie sa avem mare grija cum transportăm și cum manipulăm hard disk-urile, să nu le trântim, să nu scăpam obiecte pe acestea, să nu le zdruncinăm. Dacă bad-urile sunt fizice, repararea acestora nu merită efortul, este foarte costisitoare (atât financiar, cât și din punct de vedere al materialelor ce sunt necesare pentru repararea acestuia) și se realizează într-un mediu special. În cazul unui bad fizic, în momentul în care capul de citire ajunge la segmentul unde se află zgârietura (bad fizic), datele nu vor mai fi citite cum trebuie, sistemul de operare va da erori. Daca bad-ul este de nivel logic, capul de scriere va scrie informația pe disc în mod eronat, fișierele vor fi corupte și veți primi erori de sistem. Pentru a putea rezolva un bad logic avem nevoie de un software. Este vorba despre renumitul Hiren`sBootCD, un CD bootabil ce înglobează o sumedenie de softuri pentru îndeplinirea diferitelor sarcini, de la scanarea de viruși, până la testarea memoriei RAM, recuperarea datelor, partițiilor, MBR-ului (Master Boot Record), crearea de back-up, partiționarea, restaurarea back-up-ului, clonarea partițiilor, modificarea sau crack-uirea BIOS-ului pentru a elimina parola și multe altele. Din multitudinea de softuri, HDD Regenerator ne va scana și ne va repara bad-urile logice ale unui hard disk SMART Self-Monitoring, Analysis and Reporting Technology Tehnologie de auto analiză și monitorizare a hard disk-ului, este o tehnologie care ne prezintă diverse informații, cum ar fi numărul ciclului de porniri/opriri, numărul de ore de funcționare, temperatura sau dacă s-a apelat la sectoarele de rezervă. Activarea opțiunii de SMART din BIOS (Basic Input-Output System) nu aduce o scădere a performanțelor. O eroare SMART trebuie văzută ca un defect, chiar daca hard diskul funcționează încă normal Tipurile de interfață ale hard-disk-urilor Interfața ATA (AT Attachment) își are originea in anii 80, în epoca de apariție a PCului, original fabricat de către compania IBM (Industry Business Machine). Aceasta interfață a cunoscut, de-a lungul anilor, diverse standardizări și îmbunătățiri, dar a reușit să păstreze și compatibilitatea cu echipamentele mai vechi. Practic, dacă dorim să conectăm un hard disk de câteva sute megabyte, tipic pentru începutul anilor 90, pe ultima versiune a acestei interfețe, nu ar trebui să întâmpinăm incompatibilități.

19 Page16 Fig. 20 Interfața ATA Interfața SATA (Serial ATA) și-a făcut apariția pe piața calculatoarelor personale începând cu anul Primele echipamente SATA au beneficiat de o magistrală capabilă să gestioneze maxim 150 MB/s. Această magistrală a fost îmbunătățită la o viteza de maxim 600 MB/s cunoscută sub denumirea de SATA 3. Chiar dacă pe aceasta magistrala pot fi transferați într-o singură secundă peste 600 de MB, hard disk-urile obișnuite nu pot susține transferuri de date mai mari de 300 de MB/s.

20 Page17 Fig. 21 Interfața SATA SCSI (Small Computer SystemInterface) este o interfață folosită în special în sistemele performante și scumpe, precum serverele. Această interfață a fost alternativa profesionala la interfața ATA. În momentul de față, interfața SATA oferă facilități care o vreme au aparținut în exclusivitate doar interfeței SCSI. (de exemplu posibilitatea de decuplare la cald (hot swap) a unui hard disk). Serial Attached SCSI (SAS) este un protocol punct-la-punct serial care transferă date la și de la dispozitive de stocare, cum ar fi hard disk-urile și unitățile de stocare pe bandă. SAS înlocuiește SCSI mai vechi paralel (Small Computer System Interface, pronunțat "scuzzy"), tehnologie de magistrală, care a apărut pentru prima dată în mijlocul anilor RAID este un acronim de la expresia engleză Redundant Array of Inexpensive Disks, mai târziu redenumită Redundant Array of Independent Disks, care înseamnă o configurație (matrice) de discuri dure (HDD) specială, menită să ofere scurtarea timpilor de acces la date, precum și toleranță mai bună la erori. La fel ca și discurile dure individuale, matricele RAID sunt utilizate la stocarea datelor pe calculator. Conceptul RAID combină mai multe discuri dure (HDD) fizice într-o singură unitate de discuri logică, cu o capacitate de stocare mai mare, folosind o componentă hardware sau o aplicație software. Soluțiile hardware sunt proiectate cu scopul de a se prezenta sistemului la care sunt atașate, ca un singur disc dur mare, cu alte caracteristici de stocare, fără ca sistemul de operare să aibă nevoie să cunoască arhitectura fizică reală. Sistemele RAID reprezintă o virtualizare a discurilor dure reale înglobate. Soluțiile

21 Page18 software sunt implementate în sistemul de operare, dar aplicațiile utilizează arhitectura RAID ca o singură unitate. Există trei tipuri principale de RAID: mirroring (cu oglindire = stocarea automată a unei copii a datelor pe alte HDD-uri); "data striping" (date întrețesute = distribuirea datelor pe mai multe HDD-uri); "error correction" (cu corectarea erorilor, pentru care se prevăd discuri de verificare suplimentare, care stochează informațiile necesare detectării și corectării eventualelor erori). Diferitele niveluri RAID folosesc unul sau mai multe dintre tipurile enumerate mai sus, în funcție de cerințele sistemului. Scopul principal în folosirea arhitecturii RAID este mărirea siguranței datelor, importanta pentru protejarea informațiilor critice pentru afaceri, de exemplu o bază de date a comenzilor date de clienți; sau a măririi vitezei, de exemplu un sistem care transmite la cerere diverse emisiuni TV către diverși telespectatori online ("TV on demand"). JBOD (derivat de la Just a Bunch Of Disks - doar o înlănțuire de discuri) este o arhitectură care implică mai multe hard disk-uri. SPAN sau BIG este o metodă de a combina spațiile libere de pe mai multe hard disk-uri pentru a crea un volum calibrat. O astfel de înlănțuire este, uneori, numită JBOD. 2.2 Utilizarea utilitarului gratuit HDDScan de diagnosticare a hard disk-ului HDDScan poate fi descărcat de pe site-ul oficial al utilitarului (programul nu necesită instalare) Posibilitățile verificării HDD Programul suportă: Hard disk-uri IDE, SATA, SCSI; Hard disk-uri externe conectate prin USB; Verifică stick USB; Verifică și S.M.A.R.T pentru SSD.

22 Page19 Fig. 22 Opțiuni HDDScan HDDScan oferă o interfață simplă: lista pentru a selecta discul care va fi testat, buton cu imaginea hard disk-ului pe care apăsând se va deschide accesul la toate funcțiile disponibile ale programului, iar în partea de jos se vizualizează lista testelor rulate și efectuate Vizualizarea informațiilor S.M.A.R.T. Sub discul selectat se află un buton cu inscripția S.M.A.R.T., care deschide raportul de diagnostic al hard disk-ului sau SSD. Raportul explică totul destul de clar (în limba engleză). Marcajele cu verde indica valori normale pentru atributele afișate. Fig. 23 Informații SMART

23 Page20 De remarcat faptul că unele SSD cu controler SandForce întotdeauna vor afișa marcaj roșu Soft ECCCorrection Rate este normal și se datorează faptului că programul vede greșit una din valorile de diagnosticare pentru acest controller Verificarea suprafeței hard disk-ului Fig. 24 Informații despre suprafața hard disk-ului Pentru a verifica integritatea suprafeței magnetice a HDD-ului se deschide meniul și se selectează punctul «Surface Test». Poate fi ales unul dintre cele patru variante ale testului: Verify se citește buffer intern fără transfer prin interfața SATA, IDE sau altul. Se măsoară timpul de operațiune; Read se citește, transmite, verifică datele și se măsoară timpul de operațiune; Erase programul scrie pe rând blocuri de date pe disc, măsurând timpul de operațiune (datele din aceste blocuri se vor pierde); Butterfly Read similar testului Read, cu excepția modului de citire a blocurilor: citirea are loc de la începutul intercalat cu sfârșitul dispozitivului și anume, se testeaza blocul 0 și ultimul, apoi 1 si penultimul și așa mai departe; Pentru verificarea obișnuită a hard disk-ului pentru erori se alege opțiunea «Read» (selectat în mod implicit) și se apasă butonul «Add Test». Testul va fi lansat și se va adăuga în fereastra «Test Manager». Prin dublu-clic pe test poți vizualiza informații detaliate sub formă de grafic sau harta a blocurilor verificate.

24 Page21 Fig. 25 Opțiunea Test Selection Mai pe scurt, orice bloc la care accesul necesită până la 20 ms indică o funcționare în parametri normali; blocurile cu timpi de acces mai mari indică probleme mai grave și intră în categoria inacceptabilă și se numesc delay-uri (în traducere încetiniri). Acestea pot duce la pierderea de date prin coruperea acestora (deteriorarea) sau chiar la erori de sistem de operare și eventual blocarea restartarea acestuia. Dacă se constată un număr mare de astfel de blocuri, hard disk-ul are probleme grave și cum în general situația se agravează în timp, soluția este salvarea datelor importante și înlocuirea HDD-ului. Prezența bad-urilor indică deja zone de memorie alterate inutilizabile. Prezența lor ar trebui monitorizată și în cazul în care, de la test la test, numărul acestora este în creștere, cu certitudine acel HDD este în continuă deteriorare. Simpla izolare a bad-urilor, pe care mecanismul intern o poate face automat, este ineficientă în această situație, iar înlocuirea HDDului este imperativă Informații detaliate despre hard disk Daca în meniul programului selectăm punctul «Identity Info», vom putea obține informații complete despre hard disk-ul selectat: capacitatea discului, moduri de funcționare suportate, dimensiunea cache, tipul de disc și alte informații.

25 Page22 Fig. 26 Informații detaliate despre hard disk Rezumând, se poate spune că pentru un utilizator obișnuit programul HDDScan poate fi un instrument bun pentru a verifica hard disk-ul de erori și să poată trage unele concluzii despre starea lui, fără a apela la instrumente de diagnosticare complexe.

26 Page23 3 Resetarea parolei și/sau a orelor de funcționare ale hard disk-urilor utilizând interfața și software-ul PC-3000 Activitatea de refurbish a hard disk-urilor implică de cele mai multe ori necesitatea de a reseta parola unui hard disk și a orelor de funcționare a acestuia. Aceste operațiuni se fac utilizând interfața hardware și software-ul PC Pentru a putea accesa hard disk-ul, prima operațiune este resetarea parolei în cazul în care aceasta este prezentă. Pasul 1 conectarea hard disk-ului la interfața PC Pasul 2 pornim software-ul PC Se pornește hard disk-ul apăsând butonul «ATA1» sau «ATA0» în funcție de poziția în care a fost conectat hard disk-ul la interfața PC Se alege manual din listă modelul hard disk-ului sau se apasă butonul «AUTO» pentru detecția automată a acestuia. Fig. 27 Alegerea modelului de hard disk

27 Page24 Dupa detecția hard disk-ului, se pornește utilitarul specific fiecărui producator și model în parte. Este foarte important acest pas deoarece, dacă se alege greșit utilitarul, acesta nu va funcționa și operațiunea de resetare a parolei va eșua. În situația în care am folosit butonul «AUTO», programul selectează automat familia din care face parte hard disk-ul, fiind necesar doar apăsarea butonului «Utility Start». Fig. 28 Selectarea automată a familiei hard disk-ului După pornirea utilitarului, software-ul PC-3000 ne va avertiza că hard disk-ul este parolat. Din «Menu» se va selecta «Tests» «Service information» «Work with service area» «Reset Passwords».

28 Page25 Fig. 29 Resetarea parolei hard disk-ului După resetarea parolei hard disk-ului, va fi necesară o reinițializare a utilitarului hard disk-ului. Pentru resetarea la zero a orelor de funcționare, după ce am reinițializat utilitarul hard disk-ului, se va alge din «Menu», opțiunea «Tests» «User commands» «Clear SMART».

29 Page26 Fig. 30 Reinițializarea utilitarului hard disk-ului După finalizarea operațiunii de resetare la zero a orelor de funcționare, verificăm dacă valoarea RAW corespunzătoare pentru «Power ON hours count» din SMART este egală cu zero. Din «Menu» se selectează «Tools» «View SMART».

30 Page27 Fig. 31 Verificarea reinițializării

31 Page28 4 Operațiunile de reparare a hard disk-urilor și recuperare a datelor efectuate în Clean Room Cauzele generale a defectării unui HDD se pot împărți în 4 categorii: 1. Defectarea circuitului electronic (denumit PCB) al hard disk-ului. Fig. 32 Circuit electronic defect 2. Blocarea motorului pentru rotirea platanelor. 3. Defectarea capului de citire HEAD CRASH Acest lucru se întâmplă atunci când ansamblul capului de citire/scriere în contact cu discul platanele. Acest lucru poate fi cauzat de o defecțiune a componentelor interne sau de o forță fizică, cum ar fi hard disk scapat în funcționare. Contaminarea incintei hard disk-ului (praf sau de alte particule) este, de asemenea, un motiv pentru un HEAD CRASH. Mai jos este un

32 Page29 exemplu de astfel de caz, în cazul în care glisorul a sarit chiar de pe ansamblul capului și a dus la mai multe zgârieturi pe suprafața discului: Fig. 33 Cap de citire al hard disk-ului 4. Coruperea zonei de sistem a hard disk-ului (SYSTEM AREA - SA) Acest lucru poate fi cauzat de mai multe scenarii pornind de la oprirea anormala a calculatorului până la căderi bruște a alimentării hard disk-ului. În acest caz, hard disk-ul nu mai este deloc detectat de BIOS sau apar hieroglife în locul denumirii și/sau a numărului serial al acestuia. 5. Coruperea FIRMWARE-ului Acest caz este foarte rar intalnit. Firmware-ul este software-ul care stă la baza operării hard disk-ului. Uneori, aceste module din zona service devin deteriorate sau corupte, lucru care va avea ca rezultat un hard disk inaccesibil. Cea mai mică greșeală în modificarea firmware-ului poate duce la pierderea de date totale și zero șansa de recuperare. În situația în care un hard disk s-a defectat și se dorește recuperarea informațiilor de pe el, de regulă se achiziționează un hard disk idientic (sau un model foarte apropiat din aceeași familie și care este compatibil) denumit și donator. În funcție de situație, se înlocuiește PCB-ul în

33 Page30 situația în care acesta este ars iremediabil, înlocuirea ansamblului capurilor de citire/scriere dacă unul sau mai multe din acestea sunt deteriorate sau a motorului pentru rotirea platanelor în situația în care acesta este blocat/ars. Toate operațiunile care necesită dezasamblarea hard disk-ului se efectuează obligatoriu în CLEAN ROOM. Înlocuirea PCB-ului La inlocuirea PCB-ului este obligatoriu să scoatem firmware-ul (cip-ul) hard disk-ului de pe care dorim să recuperăm datele și să-l înlocuim pe cel al donatorului. Fig. 34 Înlocuirea PCB-ului

34 Page31 Înlocuirea ansamblului de capete de citire/scriere Înlocuirea ansamblului de capete de citire/scriere de pe hard disk-ul donator trebuie executată cu atenție deoarece riscul de a deteriora unul din capete este foarte mare având în vedere dimensiunea de câteva sutimi de milimetru a acestora. Fig. 35 Înlocuirea ansamblului de capete de citire/scriere

35 Page32 Mutarea platanelor de pe hard disk-ul de pe care dorim să recuperam pe hard disk-ul donator

36 Page33 Fig. 36 Mutarea platanelor pe hard disk-ul donator O atenție deosebită trebuie avută în situația în care hard disk-ul are două sau mai multe platane. Mutarea trebuie făcută pentru toate platanele în același timp pentru a evita dezalinierea acestora, lucru care ar face imposibilă recuperarea datelor. Fig. 37 Mutarea simultană a două/mai multe platane

37 Page34 5 Ștergerea completă a informațiilor de pe un hard-disk Ștergerea unor informații sensibile de pe un mediu de stocare extern (hard disk, SSD sau stick USB) necesită existența unor programe specializate pentru astfel de operații. Simpla ștergere a unui fișier folosind comanda «Delete» din sistemul de operare nu este suficientă pentru ștergerea completă a conținutului acelui fișier. În continuare se va lua în considera cazul stocării informațiior pe un hard disc, acesta fiind mediul de stocare extern care permite memorarea unui număr foarte mare de date. Elementele componente ale unui hard disc sunt prezentate în Figura 38. Motor liniar electrodinamic (voice coil) Brat port capete Discuri acoperite cu o peliculă feromagnetică Filtru pentru curățirea aerului antrenat de discuri Axul motorului pentru antrenarea discurilor în rotație Fig. 38 Structura unui hard disk Cablu pentru transmiterea datelor de la capete la placa Carcasa antivibratii Placa electronica (aici nu se vede, vezi Figura 39)

38 Page35 Fig. 39 Placa electronică a unui hard disk Infasurarile mororului care antreneza discurile Filtru de aer Fig. 40 Motorul care antrenează discurile

39 Page36 Cluster de sectoare Pista Sector Fig. 41 Platan al unui disc Pe un disc datele sunt stocate pe unul sau mai multe discuri acoperite cu un material feromagnetic. Numim fiecare din aceste discuri platane. Cele două sau mai multe platane existente într-o unitate de disc formează o pilă de discuri. Materialul din care sunt făcute discurile este aluminiu sau în unele cazuri sticla. Peste materialul feromagnetic este un strat de material protector. Informația este înscrisă pe ambele fețe ale unui platan. Informația este organizată pe disc pe piste. O pistă este o zona de pe disc aflată la aceeași distanță față de centrul discului (vezi Figura 41). Pistele de pe toate fețele pilei de discuri formează un cilindru. O pistă este împărțită în sectoare (vezi Figura 4). Mai multe sectoare formează un bloc sau cluster de sectoare. Dimensiunea uzuală a unui sector este de 512 octeți. Fiecare sector are un marker de început și un marker de sfârșit de sector. În ultimii ani, datorită dezvoltării tehnologice se extinde din ce în ce mai mult folosirea SSD (Solid State Disk). Stocarea datelor se face pe dispositive asemănătoare memoriilor unui sistem de calcul. Au avantajul unei viteze mult mai mari de acces la date datorită inexistenției componentelor mecanice în mișcare. Au dezavantajul unui preț destul de mare în comparație cu

40 Page37 hard discuri clasice de aceeași capacitate (cel puțin deocamdată). Un SSD este prezentat în Figura 42. Fig. 42 Solid State Disk Sisteme de fișiere Informațiile de pe un system extern de memorare (în cazul nostru hard discul) sunt organizate în fișiere. Fișierele sunt organizate la rândul lor în foldere (directoare) care la rândul lor sunt fișiere. Fiecare sistem de operare are propria sa modalitate de organizare și administrare a fișierelor. Această modalitate de organizare a fișierelor se numește sistem de fișiere. Exemple de sisteme de fișiere: FAT32 recunoscut de majoritatea sistemelor de operare (unastfel de sistem de fișiere este pe stick-urile USB); NTFS specific sistemului de opearare Windows; HFS+ specific sistemului de operare MacOS; ext3 specific sistemului de operare Linux. Fiecare sistem de fișiere are un header de fișier în care sunt stocate diferite informații: nume, extensie, drepturi de acces, data de creare sau modificare, zone special care conțin informații despre starea fișierului: șters sau nu. De asemenea, fiecare sistem de fișiere lucrează cu un tabel în care se regăsesc informațiile din headerul fișierului.

41 Page38 La comanda de ștergere data din sistemul de operare, datele nu sunt șterse efectiv de pe disc se pune numai un marker care indică faptul că spațiul respectiv este disponibil și poate fi folosit pentru stocarea altor informații. De aceea, dacă informația inițială nu a fost suprascrisă ea poate fi recuperate cu programe special de recuperare a datelor. Ștergerea fără posibilitatea de recuperare a datelor se face doar prin suprascrierea datelor. Există mulți algoritmi de ștergere a datelor prin suprascriere. Mai jos este o trecere în revistă a câtorva astfel de algoritmi: US DoD M (3 pass and 7 pass); NIST ; NSA 130-1; German VSITR; GB HMG Infosec Standard. DoD M Metoda DoD M pentru ștergerea datelor este de regulă implementată în felul următor: Pasul 1: Se scrie zero și se verifică dacă a fost scris Pasul 2: Se scrie unu și se verifică dacă a fost scris Pasul 3: Se scrie un caracter random și se verifică dacă a fost scris NIST Metoda NIST pentru ștergerea datelor este de regulă implementată în felul următor: Pasul 1: Se scrie zero pe fiecare sector și se verifică dacă a fost scris Pasul 2: Se scrie un caracter random pe fiecare sector și se verifică dacă a fost scris Pasul 3: Se scrie un zero, apoi unu, și apoi un caracter random NSA Metoda NSA pentru ștergerea datelor este de regulă implementată în felul următor: Pasul 1: Se scrie un caracter random pe fiecare sector Pasul 2: Se scrie un caracter random pe fiecare sector Pasul 3: Se verifică ultimul caracter random scris. GERMAN VISTR Metoda GERMAN VISTR pentru ștergerea datelor este de regulă implementată în felul următor: Pasul 1: Se scrie de 7 ori fiecare sector cu date în ordinea urmatoare : 0x00, 0xFF, 0x00, 0xFF, 0x00, 0xFF, 0xAA Pasul 2: Se verifică random ultimul caracter scris

42 Page39 GB HMG Infosec Standard Metoda GB HMG Infosec Standard pentru ștergerea datelor este de regulă implementată în felul următor: Pasul 1: Se scrie zero și se verifică dacă a fost scris Pasul 2: Se scrie unu și se verifică dacă a fost scris Pasul 3: Se scrie un caracter random și se verifică random daca a fost scris Există programe care realizează ștergerea completă a datelor de pe un hard disc. Astfel de programe sunt: Blancco ( WipeDrive (

43 Page40 6 Testarea sistemelor de calcul tip PC desktop și notebook Testarea reprezintă o investigație amanuntita realizată cu scopul de a obtine informatii referitoare la calitatea produsului supus testării. Tehnicile de testare includ, dar nu sunt limitate la, procesul de execuție a unor programe sau aplicații în scopul identificării defectelor posibile ale produselor. Putem considera testarea și ca un proces de verificare și validare a faptului că un produs corespunde atât cerințelor de utilizare, cât și cerințelor tehnice, că el funcționează și se comportă conform așteptărilor. Pentru testarea unui produs se parcurg următoarele etape: Preluarea produsului Prima etapă o constituie primirea în custodie a produselor care trebuie testate. Produsele sunt testate după ce au fost reparate de către electroniști. La preluarea produsului se verifică dacă acesta a fost introdus în baza de date (CRM). Verificarea elementelor de carcasă În această etapă se realizează o verificare vizuală a carcasei calculatorului (fie el de tip notebook sau desktop) pentru a depista eventualele zgârieturi, crăpături sau elemente lipsă. În urma acestei verificări, produsul se va încadra într-unul din următoarele grade de integritate fizică şi functională: A(stare perfecta), A-, B, B-, C (stare f. proastă). În cazul observării unor defecte acestea vor fi remediate (se vor monta elementele de carcasă care lipsesc sau se vor schimba elementele defecte, de exemplu: piciorușele de cauciuc de la carcasă sau capace de șuruburi). Instalarea sistemului de operare Pentru fiecare calculator (desktop sau notebook/laptop) instalarea și activarea sistemelor de operare se va face ținând cont de licențele de pe produsele care se testează. Pentru testare se vor folosi sisteme de operare care se încarcă de pe dispositive externe de stocare (hard disc extern, stick usb, cd/dvd) pentru a evita deteriorarea sau pierderea accidentală a datelor clientului. La ora actuală cele mai răspândite sisteme de operare sunt: Windows - un sistem de operare produs de firma Microsoft. Sunt mai multe versiuni ale acestui system de operare: WindowsXP (pentru calculatoarele mai vechi), Windows7 sau, mai nou, Windows8 Linux un sistem de operare produs OpenSource (nu este dezvoltat de o companie anume, orice poate avea acces la sursele acestui system de operare și-l poate îmbunătăți dacă dorește). Există mai multe distribuții de Linux oferite de diverse companii care au

44 Page41 realizat diferite dezvoltări ale nucleului sistemului de operare (RedHat, CentOS, Debian, Ubuntu etc) MacOS un system de operare dezvoltat de firma Apple. Îl întâlnim doar pe calculatoarele produse de această firmă. Și acest system de operare are mai multe versiuni, cele mai noi fiind; MacOS 10.8 (Mountain Lion), MacOS 10.9 (Mavericks) și MacOS 10 X (Yosemite). În afară de acestea au apărut sisteme de operare proiectate special pentru tablete și anume: Android un sistem de operare derivate din Linux; ios sistemul de operare care se găsește pe tabletele produse de Apple. Sistemele de operare folosite la ora actuală pentru sisteme desktop/laptop pot fi pe 32 sau 64 de biți, după procesoarele pe care găsim în sistemele de calcul pot fi pe 32 sau 64 de biți. Un processor pe 32 de biți este capabil să gestioneze, în registrele sale interne, date stocate pe 32 de biți. De asemenea el poate gestiona magistrale de adrese de 32 de biți. Ceea ce înseamna că un astfel de processor poate gestiona cel mult 4GB de memorie. Pe de altă parte procesoarele de 64 de biți pot stoca în registrele interne date cu o lungime de 64 de biți și, de asemenea, forma adrese de memorie pe 64 de biți. Ceea ce înseamnă că în sisteme cu procesoare pe 64 de biți putem gestiona cu mult peste 4GB de memorie. La rândul lor sistemele de operare pot gestiona date și adrese de memorie formate pe 32 sau 64 de biți. Putem rula un system de operare pe 32 de biți pe un system de calcul care are un processor de 64 de biți, dar nu și invers (un sistem de operare de 64 de biți pe un system de calcul cu un processor de 32 de biți). Cele mai noi versiuni ale sistemelor de operare, indifferent de producător, au atât versiuni de 32 de biți, căt și versiuni pe 64 de biți. De asemenea aplicațiile care rulează pe un system de calcul pot fi proiectate să lucreze pe 64 sau 32 de biți. Folosirea sistemelor de operare și a aplicațiilor pe 64 de biți aduce un plus de viteză la rulare datorită posibilității de prelucrare a unei cantități mai mari de date pe unitatea de timp. Pentru instalarea oricărui tip de sistem de operare avem nevoie de kit-ul de instalare. Lansarea în execuție a kit-ului de instalare permite înscrierea pe discul sistem a unui set de fișiere (sistemul de operare) care asigură funcționarea sistemului de calcul. Legătura dintre sistemul de calcul și echipamentele periferice/dispositive externe (monitor, tastatură, mouse, hard disc, placă grafică, placă de rețea, port USB etc) se face prin intermediul unor programe specializate numite driver. Acestea asigură conversația dintre sistemul de operare și dispozitivele respective permițând schimbul de informații și comenzi între cele două părți. Kit-ul oricărui system de operare conține o serie de drivere, dar de cele mai multe ori producătorul dispozitivului periferic respectiv pune la dispoziția utilizatorului driverele necesare, precum si, daca este necesar, versiuni actualizate ale acestora.

45 Page42 Verificarea si testarea tuturor componentelor produselor Pentru a păstra evidența clară a stării inițiale a sistemului de calcul testat, se notează în fișa produsului: producătorul și modelul sistemului de calcul; tipul și modelul procesorului; modelul și capacitatea hard disk-ului HDD; tipul şi capacitatea memoriei RAM; alte elemente modificabile în configuraţia sistemului instalat (unitate optică, cititor de card-uri de memorie). Pentru sistemele mobile, tip laptop, tabletă, MP3/MP4 player, smartphone, un element important de notat și verificat este bateria. se va verifica tipul acumulatorului; codul de producător; starea de încărcare/descărcare a acestuia; date despre numărul de cicluri de viaţă parcurse; dacă celulele mai au capacitatea de a stoca energie. Fig. 43 Baterii de laptop Una dintre cauzele importante de defectare a componentelor unui sistem de calcul este supraîncălzirea dispozitivelor active. În special la sistemele portabile, unde așezarea componentelor este mai aglomerată într-o carcasă compactă, buna funcționare a sistemului de răcire este deosebit de importantă. Sistemul de răcire este compus din radiatoare, montate pe

46 Page43 componentele care se încălzesc cel mai tare procesor, chip video, uneori și memorii și harddisk-uri ventilatoare și conducte termice care unesc aceste elemente. Într-o primă etapă se verifică funcționarea sistemului de răcire, acționând dinafara carcasei, prin verificarea funcționării ventilatorului, estimarea volumului și temperaturii aerului evacuat. Dacă volumul de aer evacuat este prea redus și temperatura sa este prea mare (în comparație cu temperatura mâinii umane) sau ventilatorul nu funcționează de loc, sistemul de calcul se va transfera electronistului pentru curățare sau înlocuire. În a doua etapă, se utilizează produse software pentru stresarea componentelor și măsurarea încălzirii lor; în acest mod: se realizează testarea plăcilor video dedicate; se verifică și se testează procesorul; în anumite cazuri se poate testa și încăzirea HDD. Pentru sistemele tip laptop, ecranul este o componentă deosebit de importantă. O primă verificare a sistemului de afișare este calitativă, după cum urmează: 1. Se verifică existența imaginii: lipsa acesteia poate proveni de la chip-ul video sau ecran. Prin conectarea unui display extern, se verifică funcționarea chip-ului video. Dacă acesta nu funcționează, sistemul de calcul se va transfera electronistului pentru înlocuirea chip-ului prin operația de re-balling. Dacă lipsa imaginii este cauzată de ecran, se verifică legătura de pe placa de bază către display cu cablu panglica; dacă aceasta este bună, sistemul de calcul se va transfera electronistului pentru depanarea sau înlocuirea ecranului. 2. Dacă imaginea există, se fac verificări superficiale de calitate a imaginii: se verifică dacă displayul are zgârieturi; daca lampile interioare de iluminare a ecranului funcționează; dacă există pete ușor vizibile.

47 Page44 3. După ce a trecut de aceste verificări, display-ul este testat în detaliu, cu programe specializate, care permit punerea în evidență a defectelor de mai mare finețe: pixeli morţi; pete palide; puncte; dacă lămpile interioare cât şi sistemul de alimentare al acestora este în perfectă stare de funcţionare; dacă poate reda culorile în parametri normali. Defectele evidențiate în această etapa sunt notate pentru a fi preluate de către electroniști. Următoarea etapă se referă la testarea perifericelor: Testarea tastaturii, unde se va verifica daca toate butoanele, ledurile şi touch-pad-ul tastaturii sunt funcţionale. Testarea camerei web a sistemului, cu ajutorul programului oferit de producător. Identificarea tipului de unitate optică şi testarea funcţionarii acesteia la scriere și citire, inclusiv verificarea vitezei de acces; Verificarea sloturilor USB, a integritaţii și funcționalității celorlalte mufe şi butoane; Verificarea sistemului audio la înregistrare (microfon) și redare (difuzoare); Verificarea placii video utilizând programe de benchmarking; Verificarea hard-disk-ului folosind programe de testare a vitezei de transfer și descoperire a eventualelor sectoare defecte. Înlocuirea elementelor defecte ușor de schimbat Memoria RAM este montată pe module interschibabile, având formate și conectori diferiți: Fig. 44 Memorii RAM pentru sisteme desktop

48 Page45 Fig. 45 Memorii RAM pentru sistemele notebook La majoritatea sistemelor notebook, memoria RAM poate fi accesată prin deschiderea unui capac de mici dimensiuni, fără necesitatea demontării carcasei. Alte elemente, cum ar fi HDD-uri, ODD-uri, tastaturi, pot fi accesate numai prin demontarea carcasei: Înlocuirea HDD este mai facila la sistemele desktop, care au spațiu mai mare în interiorul carcasei, în jurul monturii de 5,5 țoli sau 3,5 țoli, după tipul HDD:

49 Page46 În cazul sistemelor laptop, în carcasă spațiul este mai redus, și HDD sau SSD se extrag din conector prin deplasare laterală și apoi se pot scoate din carcasă: Unitățile optice se pot înlocui prin desfiletarea șuruburilor care le montează în carcasă. Camera web este uzual montată pe rama ecranului, necesitând demontarea acesteia pentru extragerea webcam: În cazul în care se constată defecte ce necesită intervenția electronistului, se vor transfera acestora pentru demontare completă, curățare, depanare LCD, înlocuite circuite integrate (reballing), reparație HDD, refacere lipituri imperfecte:

50 Page47 În caz contrar se trece la etapa următoare, de documentare a activității de testare. Introducerea în Baza de date (CRM) Se introduc în baza de date toate specificațiile produsului, particularitățile acestuia (de ex. gradul de uzură), testele efectuate asupra componentelor sistemului, rezultatlele acestor teste și se atribuie statusul final: Reparat, Finalizat și Testat.

51 Page Generalități 7 Depanarea notebook-urilor Depanarea unui notebook pentru restabilirea unei bune funcționări trebuie să aibă în vedere principalele simptome ce au cauzat defectarea acestuia. În acest sens, putem identifica cateva dintre acestea, cum ar fi: notebook-ul nu pornește deloc; notebook-ul pornește, dar nu are imagine; notebook-ul pornește, are imagine pe fundal, dar ecranul nu este iluminat; notebook-ul pornește, are imagine, dar nu se poate instala sistemul de operare; notebook-ul pornește, are imagine, se instalează sistemul de operare, însa după instalarea driverelor sistemul se blochează; notebook-ul nu funcționează pe baterie; notebook-ul nu încarcă batería; tastatura sau touchpad-ul nu funcționează; notebook-ul nu are sunet; unul sau mai multe usb-uri nu funcționează; placa de rețea tip LAN nu funcționează, placa de rețea tip Wireless nu funcționează; camera web nu funcționează. Pentru o funcționare normală a unui astfel de echipament și nu numai, un rol important îl constituie sursa de alimentare care trebuie să furnizeze puterea necesară. Mai mult decât atât, aceasta sursa are rolul să asigure pe de o parte managementul încarcarii acumulatorilor, iar pe de altă parte să asigure tensiuni stabilizate destinate alimentării celorlalte componente din interiorul notebook-lui (placa de bază, procesor, ecran, etc). Deci, în cazul unor defecte de altă natură decât cea datorată surselor de alimentare, depistarea acestora poate fi facută mult mai ușor și rapid, la baza având etalonul tensiunilor standardizate. În acest sens au fost dezvoltate noi tipologii de surse de alimentare care lucrează în comutație cu performanțe deosebite, cunoscute în literatura de specialitate și sub denumirea de convertoare de curent continuu. Convertoarele de curent continuu (c.c), care asigură conversia c.c. c.c. au atât la intrare, cât şi la ieşire tensiuni şi curenţi continui, de valori diferite. În multe aplicaţii, tensiunea (sau tensiunile de ieşire) trebuie să poată fi menţinută(e) constantă(e) şi reglabilă(e) în anumite limite. Îmbunătăţirea performanţelor convertoarelor de c.c. urmăreşte două obiective: creşterea randamentului de conversie; reducerea dimensiunilor de gabarit.

52 Page49 Pentru îndeplinirea primului obiectiv, aceste convertoare au fost concepute să lucreze în comutaţie. Realizarea lor implică deci utilizarea unui comutator ca un component de bază, care trebuie să se apropie cât mai mult posibil de un comutator ideal (cădere nulă de tensiune în conducţie, curent nul la blocare, timpi nuli de comutaţie). Pe de altă parte, necesitatea obţinerii la ieşire a unei tensiuni continue impune utilizarea unor componente de stocare a energiei, cu pierderi cât mai mici (condensatoare şi inductoare), care au rolul de a netezi pulsaţiile inerente datorate modului de lucru în comutaţie. Întrucât aceste componente de stocare reale sunt însoţite totuşi de pierderi, numărul lor trebuie să fie minim posibil. Pentru realizarea celui de al doilea obiectiv, trebuie reduse dimensiunile dispozitivelor electronice de putere, care au rol de comutator, precum şi dimensiunile componentelor cu rol de stocare. Tehnologiile actuale au permis realizarea unor dispozitive cu raportul gabarit / putere controlată foarte redus şi cu posibilitatea funcţionării la frecvenţe foarte mari. Utilizarea unor frecvenţe de lucru ridicate permite micşorarea substanţială a dimensiunilor componentelor de stocare. Totuşi, creşterea frecvenţelor de lucru conduce la creşterea pierderilor în comutaţie şi, pentru micşorarea lor, s-a recurs la utilizarea aşa-numitei comutaţii soft, care se face, fie la curent zero, fie la tensiune zero. Comutatoarele se realizează cu tranzistoare bipolare pentru frecvenţe de lucru de până la khz, cu tranzistoare bipolare cu poartă izolată (IGBT) pentru frecvenţe de până la 50 khz, iar peste frecvenţe de 50 khz se folosesc tranzistoare MOS de putere. Frecvenţa maximă de lucru a atins în prezent valoarea de 10 MHz. Astfel de frecvenţe implică folosirea unor componente şi tehnici de circuit speciale, iar utilizarea lor este indicată doar în domenii de aplicaţii unde gabaritul şi greutatea sunt critice. 7.2 Descrierea convertorului buck Topologiile destinate alimentarii notebook-rilor sunt cunoscuta in literatura de specialitate sub numele de convertor buck si convertor buck sincron. Schema convertorului buck se dă în Fig. 46, în care s-a folosit drept comutator un tranzistor bipolar. Tranzistorul se comandă cu frecvenţa f = 1/T, menţinându-se saturat pe o durată dt şi blocat pe o durată (1-d )T. S-a notat cu d factorul de umplere (duty cycle) al semnalului de comandă al tranzistorului, d < 1.

53 Page50 v Q v L i Q i L I 2 Q V1 v id i D D L C i C R V 2 Fig. 46. Convertor coborâtor (buck sau step down) V 1 i 2 1 Q v id 3 i L i D 0 v L L C I 2 i C R V 2 Fig Circuitul echivalent al convertorului pe intervalul I, t 0,dT. i Q 0 V 1 2 vq 3 1 i D i L v L L C I 2 i C R V 2 Fig Circuitul echivalent al convertorului pe intervalul II, t dt,t. Analiza acestui convertor, cât şi a celor care urmează se va face în următoarele ipoteze simplificatoare: tranzistorul şi dioda au rezistenţă nulă în conducţie şi infinită la blocare; componentele L şi C sunt ideale; capacitatea C este suficent de mare, astfel încât tensiunea de ieşire V 2 să poată fi considerată constantă.

54 Page51 Funcţionarea convertorului trebuie analizată în două intervale distincte de timp: a) intervalul I, în care tranzistorul Q conduce la saturaţie, iar dioda D este blocată, fiind polarizată invers. Considerând originea de timp în momentul comutaţiei directe a lui Q, acest prim interval va fi: t 0,dT. În ipotezele simplificatoare enunţate, circuitul echivalent pentru acest prim interval este cel din Fig. 46.2, putându-se scrie următoarele relaţii: dil vl V1 V2 L, t 0, dt dt (1) V1 V2 iq il ILm t, t 0, dt L (2) b) intervalul II, în care tranzistorul Q este blocat, iar dioda D conduce, asigurând închiderea curentului i L menţinut de la inductanţa L. avem: Circuitul echivalent pentru acest interval, t dt,t, este prezentat în Fig. 46.3, în care dil vl V 2 L t dt, T (3) dt V2 id il ILM t dt t dt, T (4) L

55 Page52 Ansamblul tranzistor, diodă poate fi privit ca un comutator cu două poziţii, care conectează bornele 1 şi 2 pe intervalul I de timp şi bornele 1 şi 3 pe intervalul II de timp. Pe baza relaţiilor (1) (4), au fost trasate formele de undă din Fig. 47. Forma de undă a tensiunii v L ne permite să deducem caracteristica de reglaj a convertorului. Deoarece valoarea medie a tensiunii pe inductanţa L este nulă (V Lavr = 0 ), ariile haşurate din Fig. 47 sunt egale. Q V1 V 2 dt T v L t t V 2 I LM I L I Lm i L Δi L I LM i Q i D t I Lm Fig. 47. Formele de undă ale mărimilor ce intervin în funcţionarea convertorului coborâtor. t V V1 V2 dt V2 1 d T d 1 (5) V 2 1

56 Page53 Caracteristica de reglaj este prezentată în Fig. 48. Se constată că tensiunea de ieşire V 2 nu poate fi decât mai mică în raport cu tensiunea de intrare V 1 şi de aici provine denumirea convertorului. Din relaţia (2), se poate deduce riplul curentului prin inductor Δi L, dacă se face particularizarea t = dt. V V d Fig. 48 Caracteristica de reglaj a convertorului coborâtor. V V L 1 2 ILM I LM dt V il ILM ILm d 1 d (6) Lf, 1 Maximul acestui riplu se obţine la 1 i 1 d şi are valoarea: 2 V L (7) max 4Lf ultima relaţie putând servi la dimensionarea inductorului. Pentru deducerea solicitărilor în curent ale componentelor, se găseşte iniţial curentul mediu prin inductor, I L, pornind de la relaţia: i I i (8) L 2 c Trecând acum la valori medii şi ţinând cont că, printr-un condensator ideal în regim permanent, I cavr = 0, avem:

57 Page54 I I I I V R dv R 2 1 (9) L 2 cavr 2 Deci, curenţii maximi repetitivi prin inductor, tranzistor şi diodă au valoarea: d 1 1 d V 1 1 dv ILM IQRM IDRM IL il (10) 2 R 2Lf Maximul acestei expresii se obţine pentru un factor de umpleri: d 1 Lf (11) 2 R care, introdus în relaţii (10), ne conduce la : I I I Vf 1 2L 8L f R 1 LM max QRM max DRM max (12) Valoarea medie a curentului prin tranzistor va fi: dt dt 1 1 I i dt i dt di Qavr Q L L dv1 (13) T T R iar valoarea madie a curentului prin diodă: T T d 1 d V 1 1 (14) 1 1 IDavr iddt ildt d I L T T R dt expresie care are un maxim la d = 1/2 de valoare: I V 4R dt 1 Davr max (15)

58 Page55 Din circuitele echivalente din Fig şi Fig se constată că, atunci când conduce Q, tensiunea inversă pe diodă este V 1, iar când conduce D, tensiunea colector emitor a tranzistorului Q este tot V 1. Aşadar, solicitările în tensiune ale acestor componente sunt: V V V (16) QRM DRRM 1 În relaţiile deduse până în prezent, s-a considerat tensiunea de ieşire, V 2, constantă. În realitate, pentru o valoare finită a capacităţii C, forma de undă a tensiunii de ieşire va fi cea din Fig. 49. În aceeaşi figură, este prezentată şi forma de undă a curentului prin condensator, obţinută din relaţia: i I i I i (17) c 2 L L L Q dt T t i L 2 i C Δi L i L 2 t V 2 v 2 Δv L t 1 t 2 t 3 Fig. 49. Formele de undă ale curentului prin condensator şi tensiunea de ieşire dacă C are valoare finită. deci riplul curentului prin condensator este il. Deoarece forma curentului prin condensator este constituită din segmente de dreaptă, forma de undă a tensiunii pe condensator, v 2, va fi constituită din segmente de parabolă. Pentru deducerea riplului v2, observăm că pe armăturile condensatorului se acumulează sarcină electrică pe intervalul t, t. Cantitatea de electricitate este egală cu aria haşurată în Fig. 49 deoarece: 1 t 2 t

59 Page56 t2 dt 1 d il T il Q icdt T t (18) Introducând expresia riplului Δi L, dată de relaţia (6), în (18), obţinem: d Q 1 d V 1 8Lf 2 Q d v C 1 d V LCf în care f c 2 v 1 d 2 f c V2 2 f 1 2 LC 2 (19) Relaţia (19) poate fi folosită pentru dimensionarea capacităţii C. Dacă fc f, riplul tensiunii de ieşire este redus. Principalul avantaj al convertorului coborâtor îl constituie simplitatea schemei. El prezintă însă următoarele dezavantaje: tensiunea de ieşire nu poate fi decât mai mică faţă de tensiunea V 1 a sursei de intrare; curentul debitat de sursa V 1, i Q are o formă de undă puternic pulsatorie (Fig. 49), cu fronturi abrupte, care produc interferenţa electromagnetică de conducţie (EMI), ce cauzează serioase neajunsuri. 7.3 Controlul PWM al convertorului buck În prezent, majoritatea regulatoarelor PWM sunt realizate pe un singur circuit integrat. Principiul de control PWM împreună cu formele de undă aferente, sunt prezentat în Fig.50.

60 Page57 Generator in dinţi de ferăstrău Sawtooth wave generator v r v a PWM Comparator V f Amplificator de eroare semnal reactie V ref v r v a - + Semnal V PWM Bloc comutator tranzistor de putere Switching controller ON t on T ON d t off Semnal V PWM t OFF OFF t Fig. 50. Principiul de control PWM al convertorului buck. Modulatorul PWM constă dintr-un generator în dinţi de ferăstrău (saw-tooth generator), un amplificator de eroare şi un comparator. Frecvenţa generatorului poate fi setată prin alegerea corespunzătoare a valorilor pentru o reţea RC, care este constantă. Amplificatorul de eroare compară tensiunea de referinţă şi semnalul de reacţie. Semnalul de reacţie este obţinut printr-o divizare a tensiunii de ieşire, pe sarcină. De exemplu, dacă V f este semnalul de reacţie, V ref este tensiunea de referinţă şi V f =βva,deoarece V f =V ref, rezultă ca Va = V ref /β Ieşirea amplificatorului de eroare este comparată cu formă de undă în dinţi de ferestrău şi când aceasta este mai mare decât valoarea dintelui de ferestrău, ieşirea comparatorului este în 1 logic, şi comutatorul este comandat în poziţia ON. Iar când comparatorul este în starea 0 logic, comutatorul este deschis (OFF state). Dacă tensiunea de ieşire tinde să crească, tensiunea de reacţie va creşte peste tensiunea de referinţă, tensiunea de ieşire a amplificatorului de eroare va scădea şi astfel durata de timp pentru care comparatorul rămâne în 1 logic va scădea. Se reduce factorul de umplere,,d a comenzii comutatorului, iar tensiunea de ieşire va scădea. Astfel, tensiunea de ieşire va apărea constantă, menţinută de reacţia negativă la valoarea dorită. Aplicaţia practică, prezentată în continuare, foloseşte pentru comandă circuitul integrat MC34166 produs de compania ON Semiconductor şi are următorii parametri: tensiune de alimentare: 7,5V 40V; curent de standby redus; limitare de current; curent de ieşire până la 3A;

61 Page58 tensiune de ieşire reglabilă; referinţă de tensiune internă cu precizie de 2% (1,25V); În Fig. 51 se dă schema internă a circuitului integrat MC34166, iar în Fig 52 se dă schema electronică a convertorului buck. Fig. 51. Schema internă a circuitului integrat MC ILIMIT + - Vcc 4 Oscilator S + - PWM Protectie temperatura Q R UVLO + - Q 1 Vout 2 + Referinta 5.05V EA + - Vr 1 3 GND 5 COMP Circuitele din seria MC34166, MC33166 sunt regulatoare pentru sursele în comutaţie de performanţă, cu frecvenţă de comutaţie fixă, şi au integrate funcţiile primare necesare în controlul convertoarelor de c.c.- c.c. Această serie a fost proiectată pentru a fi utilizată cu un număr minim de componente pentru convertoarele buck (coborâtoare), dar pot fi utilizate eficient şi în cadru altor tipuri de convertoare. Circuitul conţine: o sursă de tensiune de referinţă compensată termic, un oscilatorul pe frecvenţă fixă de 72kHz, construit cu componente interne. Circuitul este prevăzut să asigure protecţie cu limitarea curentului prin comutator la fiecare ciclu de oscilaţie, blocare la tensiune mică (cu histerezis) la intrare şi stingere automată la temperaturi mari. De asemenea este prevăzut un regim de lucru de tip stand-by, în care curentul de alimentare este limitat la 36µA.

62 Page59 + ILIMIT V in +12V C in 330 Oscilator S Q + - R PWM Protectie temperatura UVLO + - Q 1 2 D1 1N Referinta 5.05V L 190µH EA R 2 6.8k C I 0 V o 5.05V/ 3,0A 3 5 C F 0.1 RF 68k R 1 3.3k Fig. 52. Schema convertorului buck realizata cu circuitului integrat MC34166 Curentul maxim prin comutator este limitat la 3.0A pentru MC34166 şi la 5.0A la MC Tensiunea de al ieşire este menţinută constantă la valoarea de 5.05V, în cazul în care nu se foloseşte o divizare externa. Factorul de umplere a semnalului de comandă a comutatorului, poate fi reglat de la 0 la 95%. Curentul maxim prin tranzistorul comutator este limitat pentru fiecare perioada a oscilatorului. Fiecare ciclu din funcţionarea convertorului este tratat ca o situaţie independenta. Limitarea curentului se face prin monitorizarea curentului, care creşte pe durata de conducţie a acestuia. Imediat ce se detectează un supracurent, tranzistorul se blochează şi rămâne în această stare pe întreaga perioadă de funcţionare a convertorului. Curentul de colector se compară cu un anumit curent de prag (fixat în cazul de faţă la 3.4A) şi când este depăşit acest curent, bistabilul RS este resetat.

63 Page60 Amplificatorul de eroare are un câştig de 80dB şi o bandă de frecvenţă da 600kHz cu 70 de grade a rezervei de faza. Intrarea neinversoare este legată la tensiunea de referinţă de 5.05V. Tensiunea de referinţă este aleasa de 5.05V pentru a obţine 5.0V pe sarcină, astfel încât să fie compensată căderea de tensiune de 50mV pe cabluri şi conectoare ale sarcinii. Pentru obţinerea unor tensiune mai mare de 5.05V, este necesară o rezistenţă suplimentara R1 (Fig.52), care formează cu rezistenţa R2 o reţea de divizare a tensiunii de reacţie. Astfel se obţine o tensiune de ieşire data de ecuaţia; R 2 Vout (20) R1 În Tabelul 1 sunt prezentate performanţele convertorului buck: Tabelul 1 MĂRIMI TESTATE CONDIŢII REZULTATE VARIAŢIA V OUT V IN =8.0V-36V, I 0 =3.0A 5.0mV = 0.05% VARIAŢIA V OUT V IN =12V, I 0 =0.25A-3.0A 2mV = 0.02% RIPLUL TENSIUNII V OUT V IN =12V, I 0 =3A 10 mvpp CURENTUL DE SCURT V IN =12V, R L = A CIRCUIT RANDAMENTUL V IN =12V, I 0 =3A 82.8% 7.4 Convertorul buck sincron Un pas important în dezvoltare convertoarelor de curent continuu, o reprezintă creşterea randamentului acestora. O metodă de creştere a randamentului, o constituie dublarea diodei rapide Schottky cu un tranzistor MOS de putere, în scopul obţinerii unei căderi de tensiune pe aceasta cât mai mică. Căderea de tensiune pe o diodă Schottky în conducţie este de aproximativ 0,3V, iar căderea de tensiune pe un tranzistor MOS în conducţie, depinde de curentul care circulă prin acesta. Chiar şi la un curent mai mare, tot mai avantajos este utilizarea tranzistorului MOS, dar obligatoriu să existe şi dioda Schottky în paralel pentru o închidere rapidă a curentului de sarcină.

64 Page61 În Figura 53.a), este prezentată schema convertorului buck clasică, iar în Figura 53.b) este prezentată schema convertorului buck sincron. Q 1 canal -P L Q 1 canal -P L V in + - Circuit de comandă D 1 Schottky C R S + - V out V in + - Circuit de comandă Q 2 canal -N D 1 paralel Schottky C R S + - V out Fig. 53.a) Convertor coborâtor (buck sau step down); 53.b) buck sincron Funcţionarea unui convertor buck sincron este identică cu a unui convertor buck clasic, cu precizarea că, pe durata blocării tranzistorul Q 1, pentru un convertor buck clasic, curentul de sarcină se închide prin diodă, iar pentru convertorul buck sincron, curentul de sarcină se închide prin tranzistorul Q 2. Pentru creşterea performanţelor şi eliminarea neajunsurilor datorate tehnologiei MOS standard, se recomandă utilizarea tranzistoarele Q 1 şi Q 2 realizate în tehnologie HDTMOS. Sau adus în acest fel, îmbunătăţiri importante în scăderea căderii de tensiune pe tranzistor în conducţie şi realizarea unei diode parazite interne mai rapide. Tot în vederea creşterii performanţelor convertoarelor, sau adus îmbunătăţiri şi la metoda de comandă a tranzistorului comutator. Au apărut tehnici de comandă din ce în ce mai sofisticate, care ţin cont de mulţi parametri, mai ales dacă convertoarele sunt utilizate în aplicaţii precum alimentarea microprocesoarelor. În acest sens, comanda convertoarelor se poate face şi cu un factor de umplere care poate varia în funcţie de dinamica tensiunii de intrare, păstrând în schimb constantă tensiunea de la ieşire, sau mai mult decât atât, odată cu prescrierea unei noi tensiuni de intrare, tensiunea de la ieşire se modifică în funcţie de prescrisă. O astfel de comandă, se adresează în primul rând alimentării microprocesoarele care nu au nevoie de o alimentare

65 Page62 constantă, deoarece la aplicaţii uşoare, sau atunci când procesorul este în stad-by, tensiunea de alimentare pe acesta, poate să scadă până la o anumită valoare, neinfluienţând cu nimic buna funcţionare a acestuia. Soluţia de alimentare abordată, constituie un avantaj prin faptul că, în acest fel se reduce puterea disipată de microprocesor când acesta se află în starea de stand-by. Marile firme producătoare de circuite electronice, au lansat pe piaţă circuite integrate dedicate comenzii convertoarelor. Strategiile utilizată în comanda convertoarelor, folosesc cel mai des principiul modulaţiei impulsurilor în durată PWM (MID) şi oferă un avantaj major în sensul că, elementul cu rol de comutator poate controla şi menţine constantă tensiunea de la ieşirea chiar dacă sunt variaţii ale tensiunii de intrare. Acest mod de abordare, cu privire la tehnica de comandă, nu este agreat atunci când convertorul este destinat alimentării procesoarelor, deoarece în situaţia dată, tensiunea de ieşire care este tensiunea de alimentare a procesorului nu poate fi modificată, lucru absolut necesar de exemplu când ne află în starea stand-by. Unele firme producătoare de circuite, printre care şi firma MOTOROLA a căutat soluţii pentru rezolvarea acestei probleme şi în acest sens, au realizat circuitul integratul MC33470 care permite modificarea tensiunii de ieşire prin aplicarea de nivele logice direct circuitului integrat. Sigur că şi alte firme şi-au adus aportul pentru această problemă, de exemplu firma MICREL în realizarea integratului MC Circuitul integrat MC33470 MC33470 este un circuit integrat destinat surselor în comutaţie cu tensiune de ieşire programată digital, utilizat pentru alimentarea procesoarelor, a modulelor cu tensiune de alimentare variabilă şi în general în aplicaţii ce necesită un control bun al tensiunii de ieşire utilizând cât mai puţine componente externe. Acest circuit are trei caracteristici principale: Prima, se referă la comparatoarele de mare viteză ce monitorizează tensiunea de ieşire;

66 Page63 A doua, se referă la înhibarea tensiunii de ieşire, în momentul în care se defectează una sau mai multe componente externe, în timp ce integratul rămâne alimentat; A treia, se referă la existenţa a două blocuri (drivere) de ieşire ce permit circuitului o eficienţă optimă. Circuitul este ideal pentru alimentarea calculatoarelor, bunurilor de larg consum, echipamentelor industriale unde acurateţea, eficienţa şi performanţele sale optime sunt necesare. Structura internă a integratului este prezentată în Figura 54: Blocurile componente ale circuitului sunt: Oscilatorul; Fig.54 Circuitul integrat MC33470

67 Page64 Blocul MID (PWM); Amplificatorul de eroare şi tensiunea de referinţă; Driverele de ieşire; Limitare de curent şi pornire lină; Protecţie la supraîncălzire. Circuitul integrat MC33470 este produs în tehnologie monolitică, cu frecvenţă fixă de comutare, special utilizat în convertoare de curent continuu. Oscilatorul frecvenţa oscilatorului este programată intern la 300kHz. Dacă, curentul prin sarcină creşte, factorul de umplere al semnalului de la ieşirea oscilatorului scade cu maxim 95. În timpul descreşterii formei de undă a dintelui de ferăstrău, oscilatorul generează un puls intern determinând blocarea MOSFET-ului G 1. Valoarea de vârf a formei în dinte de ferăstrău este de 2,5V, iar cea de vale de 1,5V. Blocul PWM conţine un comparator cu intrarea inversoare legată la ieşirea Amplificatorului de Eroare, iar intrării neinversoare se aplică pulsuri de tensiune de la oscilator. Dacă, nivelul de tensiune al dintelui de fierăstrău este mai mare decât ieşirea Amplificatorului de Eroare, bistabilul de ieşire se resetează, ceea ce determină blocarea tranzistorului G 1 şi intrarea în conducţie a tranzistorului MOSFET G 2 pe durata rampei oscilatorului. Bistabilul este necesar pentru evitarea apariţiei altor pulsuri, în timpul unei perioade a oscilatorului. Intrarea de reacţie, de la pinul 6 este aplicată intrărilor a două comparatoare pereche de mare viteză. Intrările comparatoarelor sunt legate la potenţiale de 0,96 V ref şi 1,04 V ref pentru a prevedea un răspuns optim la modificarea sarcinii. Când tensiunea de la ieşire, pe sarcină, se modifică cu 4, comparatoarele de mare viteză, fac ca factorul de umplere să scadă la zero sau să crească la maxim pentru a menţine tensiunea la ieşire constantă. Dacă tensiunile de alimentare Vcc (5V) şi P Vcc (12V) scad sub valorile de 4,0V şi 9,0V, driverele ce comandă MOSFET-urile, se blochează, ceea ce determină ca tensiunea de ieşire să fie nulă.

68 Page65 Amplificatorul de Eroare şi Tensiunea de referinţă (V ref ) Amplificatorul de Eroare este tip transconductanţă, având valoarea de ieşire de 800. Aplificatorul transconductanţă are coeficient de temperatură negativ şi are valoare tipică de 868 la 0 0 C şi 620 la C la temperatura joncţiunii. Amplificatorul conţine un etaj cascodă care determină impedanţa tipică de ieşire de 3M. Câştigul în tensiune al Amplificatorului de Eroare este de 67dB. Bucla externă de compensare este necesară pentru stabilitatea convertorului. Componentele pentru compensare sunt conectate între pinul de compensare şi masă. Intrarea inversoare a Amplificatorului de Eroare este legată la pinul de reacţie şi la o sursă de curent de 20A până la masă. Sursa de curent produce un offset de 24mV, când un rezistor extern de 1,2K este plasat între tensiunea de ieşire şi pinul de reacţie. Tensiunea de offset de 24mV permite ca, încărcarea dinamică a sarcinii să fie mai mare, fără ca tensiunea de ieşire să iasă din toleranţa specificată. Offsetul poate fi crescut când creşte şi valoarea rezistenţei de reacţie şi poate fi eliminat conectând pinul de reacţie direct la tensiunea de ieşire. Circuitul care generează Tensiunea de Referinţă are coeficient de temperatură scăzut. Tensiunea de referinţă este ieşirea unui convertor Digital-Analog. Controlând biţii VID0 VID4, se controlează offsetul şi în final valoarea tensiunii de referinţă. Deci, tensiunea de referinţă şi tensiunea de ieşire pot fi programate digital conectând pinii VID la MASĂ pentru 0 logic, sau la pinul de ALIMENTARE (5V) pentru 1 logic. Tipic 1 este recunoscut la o valoare mai mare de 0,67Vcc, iar 0 la o valoare mai mică de Vcc/3. Driverele de ieşire sunt proiectate să comute tensiuni de maxim 18V şi un vârf de curent de drenă de 2.0A, sunt notate cu G 1 respectiv G 2, având rol de a comanda MOSFET-urile de ieşire cu canal N. Momentele de conducţie sunt defazate intern existând un timp de întârziere tipic de 100nS dintre, de exemplu, comanda de blocare a lui G 1 şi conducţia lui G 2, pentru a evita sub orice formă conducţia celor două tranzistoare simultan. Limitarea de curent şi Pornirea lină Circuitul de pornire lină este utilizat, atât la punerea în funcţiune (nepemiţând creşterea bruscă a tensiunii de ieşire) cât şi ca, circuit de

69 Page66 limitare a curentului. Un singur condensator extern şi o sursă internă de curent de 10A, controlează rata de creştere a tensiunii de la ieşirea amplificatorului de eroare. Timpul de conducţie al tranzistorului G 1 va creşte odată cu creşterea tensiunii de pe condensatorul extern, de la valoare de 0.5V la 1.5V, moment în care dioda internă se blochează şi tranzistorul intern va fi comandat în funcţie de necesitate. Condiţia de supracurent este detectată de un amplificator de curent limitator. Circuitul amplificator de curent limitator este activat în clipa în care tranzistorul G 1 este comandat. Amplificatorul limitator de curent, compară căderea de tensiune Drenă Sursă a MOSFET-ului de la pinu I fb cu tensiunea de la pinul I max. Deoarece curentul intern absorbit I max = 190A, pragul depăşire de curent este programat de un rezistor extern. Limitarea de curent poate fi determinată cu următoarele relaţii: I I I I R, iar R (21) 0 riplu L( MAX ) DS ( ON ) L(max) 1 2 Imax unde: I 0 este curentul maxim de încărcare, iar I riplu este curentul vârf la vârf prin bobină. Intrarea OUTEN şi ieşirea OT Controlul deschis/închis al integratului MC33470 poate fi implementată cu pinul OUTEN. Aplicând 1 la pinul OUTEN, integratul va funcţiona normal. Pinul OUTEN poate fi folosit ca prag pentru a determina supraîncălzirea. Conectând un termistor cu coeficient negativ de temperatură la pinul OUTEN, aşa cum este arătat în Figura 55, împreună cu R S formează un divizor de tensiune. Tensiunea pe divizor va descreşte când temperatura pe termistor va creşte. Deasemenea, termistorul trebuie conectat la partea cea mai fierbinte din circuit. Când tensiunea de la pinul OUTEN, are o valoare mai mică de 1, pinul OT al integratului va comuta de la valoarea 1 la valoarea 0, anunţând o funcţionare defectuasă. Dacă tensiunea de la pinul OUETN scade sub 1,7V, amândouă drivere G 1 şi G 2 vor fi blocate. În figura 13.4 este prezentată schema electronică a unui convertor buck sincron utilizând circuit de comandă integratul MC33470.

70 Page67 Circuitului prezentat în Figura 56 urmăreşte principiile de realizare şi funcţionare a convertorului buck sincron, expuse la începutul prezentării. Dacă pe partea de comandă sunt furnizate semnale adecvate conform strategiei PWM şi riguros controlate datorită facilităţilor oferite de integrat, pe parte de forţă sunt prezente unele modificări, cum ar fi, înlocuirea celor două tranzistoare de tip MOS din schema clasică cu câte două tranzistoare de acelaşi tip dar conectate în paralel. Acest fapt nu este un dezavantaj ci din contra, faciliteaza pe de o parte obţinerea unor curenţi de sarcină de valoare ridicată, iar pe de altă parte determina scădere rezistenţei între drenă-sursă în starea de conducţie a tranzistoarelor. Tipul capacităţii conectată în paralel cu sarcina este ales după rezistenţa serie efectivă (ESR). Pentru creşterea performanţei regulatorului integrat, capacitate de la ieşire este înlocuită cu câteva capacităţi conectate în paralel de valoare mai mică şi astfel rezistenţa serie efectivă este micşorată. NTC Thermistor 10K Rs V cc V cc OT MC33470 OUTEN Fig. 55 fig.10

71 Page68. Fig. 56. Convertor buck sincron destinat alimentarii procesorului

72 Page69 În Tabelul 2 este prezentată evoluţia tensiunii de la ieşire în funcţie de nivelele logice atribuite intrărilor VID0-VID4. Tabelul 2 VID4 VID3 VID2 VID1 VID0 VOUT NO.CPU

73 Page70 SURSĂ DE ALIMENTARE ÎN COMUTAŢIE PC(AT) CU TL494 În ultimii ani, au apărut o serie de circuite integrate monolitice pentru controlul surselor de putere cum ar fi TL494, MC3842,etc. Unul dintre acestea este şi TL494( produs de Texas lnstruments), care asigură funţiile necesare controlului şi protecţiei unei surse în comutaţie. TL494 a simplificat multe din problemele de design utilizând o arhitectură unică, reducând considerabil numărul componentelor necesare pentru design-ul complet al sursei. În Figura 57 este prezentată structura internă a integratului TL494. Circuitul integrat TL 494 conţine următoarele blocuri interne: Sursa de referinţă de 5 Vcc; Oscilatorul; Controlul dead-time / comparatorul PWM; Amplificatorul de eroare; Circuitul logic de ieşire; Bistabilul flip-flop, tip D; Tranzistoarele de ieşire Q 1 si Q 2; Două comparatoare (cu histerezis) UV Lockout, care determină blocarea impulsurilor de comandă când tensiunea de alimentare este prea mică TL494 este un circuit de comandă care foloseşte strategia de modulaţie a impulsuri in durată (PWM) cu frecvenţă fixă. Semnalul de comandă PWM este în concordanţă cu formele de undă de dinte ferăstrău (sawtooth), generat intern de către un oscilator,a cărui frecvenţă este dictată de către condensatorul C T şi rezistenţa R T şi semnalul de control Feedback PWM.. Nivelul semnalelor la ieşirile tranzistoarelor Q 1 şi Q 2 sunt în starea,,high,,, doar în momentele de timp când amplitudinea semnalului triunghiular este mai mare decât nivelul semnalului de control. Fig.57 Circuitul integrat TL 494

74 Page71 În Figura 58 sunt reprezentat grafic: semnalul furnizat de oscilator V CT (dinte de fierăstrău) care fixează frecvenţa semnalului de comandă PWM, semnalul de control(feedback PWM Comp), semnalul de control al timpului mort (Deadtime Control), semnalul de Clock, semnalul de la ieşirile bistabilului flip-flop de tip D şi semnalele furnizate la ieşirea circuitului integrat TL494 pe emitoarele tranzistoarelor Q 1 şi Q 2. Analizând formele de undă din Figura 58 se constată că dacă nivelul semnalului de control creşte, timpul de blocare pentru tranzistoarele drivere Q 1 şi Q 2 va scădea, ceea ce va D e a d t i m e C o n t r o l (controlul timpului mort) Fe e d b a c k P W M C o m p. V CT F lip -F lo p C lo ck Inp ut F lip -F lo p Q F lip -F lo p Q Iesire emitor Q 1 Iesire emitor Q 2 Output Control Fig. 58 Fig.13 avea ca efect creşterea tensiunii de iesire. Trebuie specificat că integratul a fost conceput special pentru realizarea comenzii convertoarelor push-pull, dar pote funcţiona şi în alte tipuri de aplicaţii (dacă utilizatorul doreşte acest lucru) şi cu un singur,,driver de ieşire. De aceea, comanda lui Q 1 se face comparând semnalul de control cu primul dinte al semnalului în dinte de fierăstrău, apoi cu al trei-lea, al cinci-lea, etc, (impropriu zis, pe dinţii impari: 1, 3, 5, etc ), respectiv comanda lui Q2 are loc prin comparare pe dinţii pari (2, 4, 6, etc). Acest lucru par/impar a fost posibil datorită existenţei bistabilului de ieşire de tip D (flip+flop). În final, putem preciza faptul că semnalele de la ieşirea integratului sunt condiţionate de tensiunea de la pinul 13(Output Control).

75 Page72 Ca şi date importante de catalog putem menţiona: tensiunea de alimentare V CC cuprinsă între 7-40V, curentul de colector I CQ1, I CQ2 pe fiecare tranzistor în parte de maximum de 200mA, frecvenţa de oscilaţie f OCT între 1-200kHz. În Figura 59 este dată schema convertor în punte semicomandată (utilizată la realizarea surselor în comutaţie pentru PC de tipul ATX, 200W). Alimentarea sursei în comutaţie şi a sursei second power supply de la tensiunea de 220V se face prin intermediul unui filtru realizat cu C 1, R 1, T 1, C 4, T 5 urmat de puntea redresoare. Pentru filtrarea liniilor de legătură, dintre sursa de alimentare şi restul circuitului atunci când apare zgomot de mod comun sau al celui de masă, se folosesc bobine de şoc bifilare. Cele două înfăşurări, realizate pe miez comun, formează un transformator de bandă largă T 5, care va permite parcurgerea sa de către curenţi de valori diferite şi sensuri opuse şi va supresa curenţii de valori inegale şi de sens contrar. Atunci când curenţii, opuşi ca sens, sunt egali în miez nu apare flux magnetic, ceea ce permite ca acestora să nu se opună nici o inductanţă la trecerea prin conductoarele de alimentare. Dacă curenţii sunt inegali, datorită fluxului magnetic care apare prin miez, lor li se va opune o inductanţă care îi va aduce la valori egale. La o funcţionare normală miezul nu este supus fenomenului de saturare Varistoarele Z 1 şi Z 2 asigură protecţia la supratensiunea sursei de alimentare. Termistorul NTCR1 limitează curentul absorbit de la reţea până când condensatoarele C 5 şi C 6 sunt încărcate. Incărcarea condensatoarele C 5 şi C 6 la valoarea de aproximativ 300V se realizează după conectarea tensiunea de alimentare. Rezistoarele R 2 şi R 3, asigură descărcarea acestor capacităţi la deconectarea sursei în comutaţie. Funcţionarea sursei,,second power supply este controlată de tranzistorul Q 12 şi furnizează în secundarul transformatorului T 6 cu priză mediană două tensiuni. Una din aceste tensiuni este stabilizată la valoarea de 5V cu ajutorul circuitului IC3 şi folosită în continuare pentru controlul,,turn-on,, a sursei în comutaţie, cealaltă tensiune nestabilizată se foloseşte la alimentarea cicuitului IC1-TL494 (pinul 12) şi controlul tranzistoarelor Q 3 şi Q 4. Când sursa în comutaţie este activă tensiunea de alimentare a circuitului IC1 este prelevată de la ieşirea de +12V prin intermediul diodei D. În modul de funcţionare,,stand-by sursa în comutaţie este blocată datorită unui potenţial pozitiv, aplicarea pe pinul PS-ON luat prin intermediul rezistorului R 23 de la ieşirea sursei,,second power supply. Cu potenţialul de +5V aplicat la PS-ON, tranzistorul Q 10 va fi în conducţie, deasemenea Q 1 va fi şi el în conducţie iar tensiunea de referinţă de +5V se aplică de la pinul 14 a circuitului IC1 la pinul 4 (Deadtime Control) a aceluiaşi integrat. În aceste condiţii, circuitul integrat este total blocat, iar tranzistoarele Q 3 şi Q 4 sunt în conducţie scurtcircuitând primarul transformatorului auxiliar T 2. Datorită acestui scurt circuit, nu va exista tensiune pentru comanda tranzistoarelor de putere Q 1 şi Q 2 şi implicit nici tensiune la ieşirea sursei în comutaţie.valoarea tensiunii aplicate la pinul 4 conduce la modificarea laţimii impulsurilor de comandă PWM şi anume, dacă această valoare este zero atunci se pot obţine pulsuri cu lăţimea cea mai mare, dacă tensiunea este de +5V impulsurile de comandă PWM dispar.

76 Page73 Funcţionarea sursei în comutaţie este determinată de apasarea butonului de pornire a calculatorului. Prin aceasta pinul PS-ON este conectat la masă, tranzistoarele Q 10 şi Q 1 sunt blocate. Capacitatea C 15 începe să se încarce prin R 15 şi prin intermediul lui R 17 tensiunea de la pinul 4 începe să scadă până atinge valoarea zero. Datorită acestui fapt, laţimea impulsurile de comandă cresc foarte repede iar sursa în comutaţie începe să funcţioneze. Controlul şi funcţionarea normală a sursei este realizată de catre IC1-TL494. Din schema se observă că, atunci când tranzistoarele Q 3 şi Q 4 sunt în conducţie, tranzistoarele de putere Q 1 şi Q 2 sunt blocate. Curentul luat prin R 46, D 14 şi înfăşurarea primara a transformatorului T 2, va determina apariţia unei tensiuni în secundarul acestuia şi implicit în baza tranzistorului de putere. Datorită reacţiei pozitive existente, tranzistorul se va satura foarte repede. Dacă impulsurile de comandă de la ieşirea integratului dispar, Q 3 şi Q 4 sunt în conducţie, primarul transformatorului este scurtcircuitat, reacţia pozitivă dispare şi tranzistoarele de putere se vor bloca rapid. Conducţia tranzistoarelor Q 1 şi Q 2 este alternativă şi este dictată de polarităţile tensinilor care apar pe înfaşurările transformatorului. Indiferent de conducţia acestora, pe înfaşurarea primară a lui T 3, transformator de înaltă frecvenţă, vom avea aproximativ 150V. Tensiunile stabilizate la ieşirile de +5V, respectiv +12V, sunt controlate de circuitul integrat prin intermediul reacţiei negative Feedback (rezistenţele R 25 şi R 26 ). Astfel tensiunile de la ieşirea sursei sunt divizate de grupul R 25, R 26 /R 20, R 21 şi aduse pe intrarea neinversoare a amplificatorului de eroare intern a integratului, adica pinul 1. Pe cealaltă intrare, inversoare pinul 2 este aplicată tensinea de referinţă 5V de la pinul 14, divizată de grupul R 24, R 19. Tensiunea rezultată la ieşirea amplificatorului de eroare este apoi comparată cu tensiunea dinte de ferăstrău obţinută pe condensatorul C 11. Când tensiunea de la ieşire descreşte, descreşte şi tensiunea de la ieşirea amplificatorului de eroare, durata cât timp Q 3 şi Q 4 sunt blocate scade iar timpul de conducţie pentru Q 1 şi Q 2 creşte determinând şi creşterea tensiunii de la ieşire. Condensatorul C 1 împreună cu R 18 asigură stabilitatea amplificatorului de eroare. Cel de al doilea amplificator de eroare este blocat deoarece pinul 15 este conectat la tensiunea de referinţă. Când toate tensiunile de la ieşire sunt stabilizate, atunci semnalul PowerGood se duce în +5V (logic). Acest semnal este de obicei conectat la semnalul de RESET. Circuitul pentru protecţie la supratensiune este compus din tranzistoarele Q 5, Q 6 şi celelalte componente discrete din jurul acestora. Circuitul oferă protecţia tuturor tensiunilor de la ieşire, în sensul că, atunci când sunt depăşite limitele impuse, sursa în comutaţie este blocată. De exemplu, dacă din greşeală scutcircuităm tensiunea de 5V cu tensiunea de +5V, tensiunea pozitivă determină conducţia lui D 10, R 28, D 9 şi astfel Q 6 intră în conducţie.tranzistorul Q 6 va detrmina la rândul său conducţia lui Q 5 şi astfel tensiunea de referinţă de +5V de la pinul 14 se aplică prin intermediul lui D 11 la pinul 4 şi sursa este blocată. Aceasta rămâne blocată până la deconectarea tensiunii de alimentare.

77 Page74 Fig. 59. Sursă de alimentare în comutație alimentarii unui PC

78 Page75 8 Reparația ecranelor LCD și înlocuirea chip-urilor tip BGA 8.1 Display LCD Generalităţi Tehnologia TFT-LCD (Thin Film Transistors-Liquid Crystal Display) a permis apariţia unei game largi de aplicaţii care nu ar fi fost posibile cu tehnologia CRT (Cathode Ray Tube). Ecranele cu cristale lichide LCD, inventate în anul 1960 de RCA-Radio Corporation of America, sunt subţiri şi plate ceea ce le face ideale pentru aplicaţii mobile. În plus, funcţionează cu tensiuni de alimentare mult mai mici şi disipă puţină căldură. Iniţial ecranele cu cristale lichide LCD au fost folosite la calculatoare portabile având dimensiuni şi rezoluţii similare ecranelor cu tub catodic CRT cu diagonala de inch. Tehnologia LCD a evoluat, iar in prezent sunt disponibile dimensiuni şi rezoluţii mult mai mari decât cele accesibile tehnologiei CRT. În prezent tehnologia LCD domină piaţa atȃt în aplicaţii de tip calculator, cȃt şi în televiziune. S-au găsit soluţii care au făcut aceste ecrane foarte atractive: sunt foarte uşoare, subţiri, economice şi, ceea ce este foarte important, nu emit radiaţii periculoase sau deranjante pentru utilizator. Tranzistoarele TFT fac posibilă o rezoluţie mai mare astfel încât chiar şi computerele portabile pot afişa mai multă informaţie decât monitoarele CRT de ultima generaţie. De asemenea, odată cu apariţia reţelelor de telefonie mobilă de generaţia a 3-a, care permit aplicaţii video, ecranele cu cristale lichide LCD au avut o nouă piaţă. O altă aplicaţie a ecranelor cu cristale lichide LCD o reprezintă domeniile în care există constrângeri privind spaţiul ocupat. Este cazul domeniului aerospaţial, al domeniului medical sau cel financiar. Pentru fiecare domeniu de aplicaţie există anumite caracteristici care trebuie îmbunătăţite. Pentru aplicaţiile mobile sunt esenţiale dimensiunile, greutatea si puterea; cele desktop urmăresc alte caracteristici cum sunt: rezoluţia, adâncimea culorii, contrastul sau strălucirea Organizarea unui display LCD Display-ul cu cristale lichide are un aranjament de matrice (tablă de şah) fiind format din pixeli, Fig.60. Rezoluţia unui astfel de display se exprimă în numărul de pixeli pe orizontală şi pe verticală de exemplu rezoluţie 768x576, 1920x1080 sau 1366x768.

79 Page76 Fig.60. Display cu cristale lichide Raportul de aspect al imaginii (Display Aspect Ratio) reprezintă raportul H/V. Pentru televiziune acesta are 2 valori: 4/3 pentru televiziunea standard (clasică) şi valoarea 16/9 pentru televiziunea digitală şi alte variante de standard moderne (HD - High Definition). În cazul computerelor (monitor sau laptop), sunt utilizate mult mai multe variante format pentru imagine. În Fig.61 se face o trecere în revistă a formatelor folosite în televiziune şi în aplicaţii de tip computer. Fig.61. Formate şi rezoluţii pentru display LCD

80 Page77 Aşa cum se vede din Fig.61, există multe formate, cu diverse rezoluţii, unele (puţine) utilizate în TV, mai multe fiind cele utilizate pentru monitoarele de calculator sau laptop. În televiziune se utilizează formatul clasic 4/3 cu rezoluţia 768x576 (adaptat perfect pentru standardul european 625 linii cu 50 Hz standard care are 575 de linii active şi de aici rezoluţia pe verticală de 576 pixeli). Televiziunea digitală foloseşte formatul 16/9 cu rezoluţia 1920x1080 (denumită comercial Full HD). De reţinut faptul că aşa numitul format HD Ready (întȃlnit la unele receptoare TV) cu rezoluţie de 1366x768 reprezintă un format derivat, nefolosit ca atare în transmiterea programului de televiziune. O imagine (TV sau computer) creată într-un format poate fi redată: În acelaşi format şi cu aceeaşi rezoluţie; în această situaţie se spune că imaginea este redată în format nativ; este cazul cel mai corect de redare al unei imagini! În acelaşi format dar cu altă rezoluţie; imaginea redată nu este deformată dar detaliile care pot fi redate diferă de la caz la caz (diferă rezoluţia imaginii!) În alt format şi evident altă rezoluţie; trecerea de la un format la altul se poate face destul de uşor, cu ajutorul unui bloc numit convertor de format; trecerea de la un format la altul se face cu pierdere de imagine (pierdere de informaţie) sau cu deformarea acesteia. (vezi cazul unei imagini TV format 4/3 redată pe un ecran 16/9) La rândul lor, pixelii care formează un display pot avea un raport de aspect Pixel Aspect Ratio definit prin raportul între dimensiunile lor h/v. În televiziune se folosesc numai imagini cu pixeli pătraţi (square pixel). Imaginile de tip calculator sau laptop pot folosi şi pixeli dreptunghiulari (non-square pixel) având raport de aspect 12/11, 16/11, etc. Subliniem faptul că un pixel este compus la rândul său din trei subpixeli ce corespund celor trei culori primare, Fig.60. În literatură se mai foloseşte denumirea de dot pentru ceea ce noi am denumit pixel (adică pentru o întreagă triadă) şi pixel pentru fiecare subunitate care are o anumită culoare. În cele ce urmează vom folosi şi noi această denumire generică de pixel (mai ales acolo unde nu se poate face confuzie sau interpretare greşită) numai în scopul de a simplifica limbajul. În ceea ce priveşte dimensiunea unui pixel, aceasta depinde de mărimea imaginii şi de rezoluţia aleasă; de exemplu, un televizor cu diagonala de 94 de cm (37 inch) are dimensiunile H=82 cm şi V=46 cm; dacă panoul LCD are rezoluţia 1366x768, atunci un pixel are dimensiunile aproximative h=v=0,6 mm. Dimensiunea unui pixel/dot se indică de multe ori prin numărul de triade/dot pe unitatea de lungime, adică prin dpi - dot per inch ; Exemple ecran de 10.4 inch VGA : 0.110mm x 0.330mm ( 77dpi ) ecran de 12.1 inch SVGA : mm x mm ( 83dpi ) ecran de 15.0 inch XGA : 0.099mm x 0.297mm (117dpi ) ecran de 17.0 inch SXGA : 0.090mm x 0.270mm ( 94dpi ) ecran de 21.3 inch UXGA : 0.090mm x 0.270mm ( 94dpi )

81 Page Principiul de funcţionare al unui pixel LCD Principiul de funcţionare al unui pixel din structura unui panou LCD este ilustrat în Fig.62. Fig.62. Principiul de funcţionare al unui pixel LCD Ansamblul cuprinde o sursă de lumină albă (destul de puternică) şi un mediu cu transparenţă controlabilă de la o tensiune de comandă U com. Fiecare pixel în parte poate să aibă o transparenţă controlabilă (deci vor fi un număr de 1920x1080 de tensiuni de comandă U com pentru pixelii unei imagini). Lumina albă, produsă în spatele imaginii (backlight) trece prin mediul transparent. Imaginea văzută în faţa mediului transparent (partea dreaptă în Fig.62.) se creează controlȃnd transparenţa distinct pentru cei 1920x1080 de pixeli. Dacă în plus se foloseşte şi un filtru colorat, se obţine o imagine color.subliniem de la bun început deosebirea esenţială faţă de principiul întâlnit în cazul CRT sau al display-ului cu plasmă: dacă în cazul CRT sau plasmă, elementul de imagine (pixelul) produce el însuşi lumină, în cazul LCD imaginea luminoasă se produce prin transparenţă. De aici decurge şi inconvenientul principal al panourilor LCD: au luminozitate şi contrast mai scăzute comparativ cu CRT sau plasma. Problema dificilă a acestui principiu de formare a imaginii constă în a creearea unui mediu transparent care să aibă transparenţa optică controlabilă electric (cu o tensiune de comandă).în acest scop se foloseşte lumina polarizată şi proprietăţile cristalelor lichide de a schimba unghiul de polarizare al luminii. Lumină polarizată Lumina naturală, ca de altfel orice sursă de lumină artificială, are proprietăţi atât de undă cât şi de particule (fotoni). Caracteristica de undă este dată de oscilaţiile câmpului electric E, perpendiculare pe direcţia de propagare în toate planurile: stânga-dreapta, sus-jos şi în toate poziţiile intermediare, astfel încât, pe secţiune, vectorii de oscilaţie ocupă toate diametrele

82 Page79 posibile ale unui cerc (concomitent există şi câmpul magnetic B, acesta fiind perpendicular pe cel electric în cele ce urmează ne vom referi exclusiv la câmpul electric). Fig. 63. Lumină albă trecută prin două filtre polarizate dupa direcţii diferite Să considerăm că o astfel de rază de lumină nepolarizată este trecută printr-un filtru transparent, polarizat vertical, Fig. 63 (filtrul 1). Un filtru de polarizare este în principiu un filtru transparent având un set de şanţuri paralele extrem de fine (verticale în cazul nostru). Aceste şanţuri acţionează ca o reţea, blocând toate undele luminii mai puţin cele care sunt orientate paralel cu liniile filtrului. Lumina incidentă, nepolarizată, va trece parţial prin filtru, şi anume doar "razele" care oscilează după un vector paralel cu orientarea filtrului. Cu un oarecare grad de aproximare, putem spune că, teoretic, jumătate din lumina incidentă va fi blocată, cealaltă jumătate trecând mai departe. După trecerea prin filtru se spune că lumina este polarizată. Dacă lumina nepolarizată s-ar putea asemui cu un cilindru, cea polarizată se aseamănă cu o lamă. Să considerăm acum un al doilea filtru de polarizare cu liniile aranjate la un unghi oarecare, fie el α, faţă de liniile primului filtru. Lumina deja polarizată de primul filtru va trece de al doilea filtru în cantitate şi mai mică, în funcţie de unghiul α (proporţional cu proiecţia vectorului E pe noua direcţie de polarizare). Lumina polarizată va trece de al doilea filtru, dacă liniile sale sunt perfect paralele cu primele, sau nu va trece deloc dacă al doilea filtru are direcţia de polarizare perpendiculară pe direcţia primului filtru. Cristale lichide Cristalele lichide au fost descoperite de botanistul austriac Fredreich Rheinizer în Ele nu se pot încadra nici în categoria lichidelor nici în cea a solidelor: mai precis, moleculele cristalelor lichide nu sunt fixe ca cele ale substanţelor solide, dar nici complet libere ca la

83 Page80 substanţele lichide. Cele mai multe cristale lichide sunt compuşi organici ( de exemplu cristale de cyanobiphenyl) constituiţi din molecule de formă alungită, vezi Fig. 64, care, în mod natural, se aranjează aproape paralel; în anumite condiţii moleculele pot executa uşoare deplasări una faţă de cealaltă de exemplu la aplicarea unui câmp electric extern. Fig.64. Comportarea cristalelor lichide funcţie de temperatură Vom aminti în continuare câteva proprietăţi ale cristalelor lichide care le fac utile în realizarea de display-uri pentru TV: Dacă sunt aranjate pe o suprafaţă de sticlă care are şanţuri paralele foarte fine, moleculele se aliniază după aceste striuri, Fig.65. Fig.65. Alinierea moleculelor LC Între molecule se exercită forţe de atracţie care le determină să se aranjeze într-o structură filiformă, elicoidală, asemenea unor ghirlande (similare lanţurilor ADN), Fig. 66 stânga. Această stare poartă numele de stare nematică. Starea nematică este starea mezomorfă cu structură filiformă a moleculelor, în care orientarea liniară a acestora determină proprietăţi anizotrope. Astfel de ghirlande pot fi cuprinse între două plane de sticlă astfel

84 Page81 încât moleculele să realizeze o rotaţie de 90 o (o astfel de structură se numeşte Twisted Nematic - TN) sau de 270 o (Super Twisted Nematic - STN). Fig. 66. Aranjament Twisted Nematic şi Super Twisted Nematic O proprietate importantă a moleculelor nematice ce formează cristalele lichide este faptul că ele pot să modifice polaritatea luminii ce trece prin ele. Mai mult chiar, dacă se aplică o tensiune electrică exterioară, unghiul de modificare al polarizării luminii poate fi modificat. Să considerăm 2 filtre polarizate aranjate la un unghi de 90 o între ele. Aşa cum s-a descris, prin ansamblul celor două filtre nu trece lumină (primul filtru lasă să treacă numai lumina polarizată vertical, iar al doilea, fiind polarizat orizontal, blochează întreaga această cantitate de lumină). Fig.67. Moleculele LC pot roti polarizarea luminii

85 Page82 Dacă între cele două filtre este plasat un strat de cristale lichide în aranjament TN, Fig.67, acestea rotesc polarizarea luminii şi permit acesteia să treacă şi de al doilea filtru polarizat. Dacă se aplică din exterior un câmp electric E (de exemplu o tensiune de valoare U = 5 V aplicată celor două filtre care se consideră construite din material conductor), moleculele cristalului lichid îşi pierd organizarea elicoidală şi în consecinţă nu mai rotesc polarizarea luminii astfel că ansamblul devine opac. Fig.68. Transmitanţa luminii prin LC funcţie de tensiunea aplicată Dacă tensiunea U aplicată din exterior este variabilă, se poate reprezenta transmitanţa ansamblului funcţie de tensiunea aplicată, Fig.68. Se observă că pentru tensiuni cuprinse în intervalul 1-3 volţi, transmitanţa variază în general neliniar. În acest mod se poate controla cantitatea de lumină ce traversează ansamblul plăci polarizate-cristale lichide prin aplicarea unei tensiuni electrice la bornele plăcilor între care se găseşte stratul de cristale lichide în starea TN. Dacă polaritatea tensiunii se modifică, se obţine o comportare perfect identică. Cu alte cuvinte, dacă se aplică cristalelor lichide o tensiune alternantă de forma +U, -U, +U, -U... se menţine o stare de transparenţă continuă şi constantă pentru ansamblul discutat. Mai mult chiar: se recomandă utilizarea unei comenzi cu tensiune alternantă deoarece tensiunea continuă, aplicată mult timp, stresează moleculele de cristale lichide şi duce la modificare comportării acestora. Din Fig.68 se observă faptul că cristalele lichide în modul STN se pretează la o utilizare de tip aprins/stins în timp ce cristalele în modul TN se pretează la o utilizare cu variaţia treptată a transparenţei (luminozităţii). Dacă cele doua filtre polarizate au aceeaşi direcţie a polarizării, atunci comportarea ansamblului se inversează: pentru tensiune U=0 este opac şi pentru tensiune U=5V ansamblul are transparenţă maximă; vom denumi primul aranjament Normal White în timp ce al doilea va fi Normal Black, Fig.69.

86 Page83 Fig. 69. Aranjament NW şi NB Display cu cristale lichide În Fig.70 se prezintă structura de principiu pentru un display cu cristale lichide. Fig.70. Structura unui display cu LCD Se pun în evidenţă: Chassis Unit şasiul display-ului; LCD Panel panoul LCD; Backlight Lamp sursa de lumină din spatele ecranului; sursa de lumină este tubul CCFL (Cold Cathode Fluorescent Lamp de exemplu tub cu neon) în cazul receptoarelor TV sau diode LED în cazul telefoanelor mobile; poate fi o sursă de lumină, două (ca în fig.11.) sau mai multe surse (chiar 16 tuburi la un display de 32 ); LCD Reflector folie reflectorizantă cu rol foarte important pentru luminozitate, uniformitate, culoare şi în ultimă instanţă stabilitate a imaginii furnizate de modulul LCD; are un coeficient de reflectivitate de cel puţin 95%;

87 Page84 LGP (Light Guide Plate) - reprezintă zona din spatele panoului LCD în care difuzează lumina; Diffuser folie transparentă care asigură difuzia luminii cu scopul de a realiza uniformitate a strălucirii imaginii; BEF (Brightness Enhancement Film) folie care determină creşterea strălucirii imaginii asigurând astfel economie în consumul de energie al display-ului; LDI Chip (Line Driver Integrated Circuit) circuitele driver de linii şi coloane; BLU (Backlight Unit) blocul care se compune din reflector, LGP, diffuser, BEF şi care asigură parametrii doriţi pentru lumină; costul său reprezintă până la 30% din costurile unui display LCD. Panoul LCD Panoul LCD prezentat în Fig.71. se compune din: LCD panel panoul LCD propriu zis; Source PCB cablajul imprimat pe care sunt circuitele ce pregătesc semnalele de comandă pentru electrozii coloană ai unui panel LCD; Gate PCB cablajul imprimat pe care sunt circuitele ce pregătesc semnalele de comandă pentru electrozii linie ai unui panel LCD; LDI Chip circuitele driver pentru comanda tranzistoarelor TFT (pe linii şi coloane); LCD Control ASIC (Application Specific Integrated Circuit) procesorul de comandă al unui panou LCD; FPC connector (Flexible Printed Circuit) conector montat pe folia flexibilă. Fig.71. Panou LCD

88 Page85 Structura transversală a panoului LCD se prezintă în Fig.72. Se remarcă dispunerea unor straturi succesive asemănător unui sandviş în care distanţierele sferice şi straturile de sticlă asigură rigiditatea. Fig.72. Structura transversală a unui panel TFT-LCD În legătură cu structura prezentată în Fig.72, se pun în evidenţă: Plăci de sticlă; Filtru optic cu polarizare verticală; Filtru optic cu polarizare orizontală; Filtre color transparente (RGB); &6. Linii de comandă orizontale şi verticale; transparente; construite din ITO Indium Tin Oxide; Strat de polimer; Distanţiere sferice; Peliculă de tranzistoare (TFT); Electrodul din faţă; comun pentru întreg display-ul (common electrode); Electrodul din spate; distinct pentru fiecare pixel (pixel electrode) Schema electronică echivalentă pentru un pixel LCD În Fig.73. se prezintă structura transversală şi schema echivalentă a unui pixel.

89 Page86 Fig.73. Structura verticală şi schema echivalentă a unui pixel LCD În partea frontală a panoului LCD se găseşte electrodul comun, sub forma unei folii de dimensiunea panoului; folia este transparentă (ITO Indium Tin Oxide) şi este conectată la o tensiune de +5V. În partea din spate există un electrod de mărimea unui pixel, fiind câte un astfel de electrod pentru fiecare pixel în parte. Între aceşti doi electrozi (cel comun şi cel de pixel) se găseşte stratul de cristale lichide (din punct de vedere electric, cristalul lichid este un material izolator). Se formează în acest fel un condensator notat C LC. Electrodul de pixel este conectat la tranzistorul TFT, mai precis la drena acestuia. Între electrodul de pixel şi bus-ul de date se formează o altă capacitate, numită capacitate de stocare şi notată C S (această capacitate include şi capacitatea drenă-grilă proprie unui tranzistor MOS). Toate tranzistoarele TFT aferente pixelilor de pe o linie a panoului LCD au grilele legate la o conexiune de comandă comună. Acesta este bus-ul de comandă pe grilă, având poziţia de linie din Fig.60. Toate tranzistoarele TFT aferente pixelilor de pe o coloană a panoului LCD au sursele legate la o conexiune de comandă comună, care are poziţia unei coloane din Fig Comanda unui panou LCD cu matrice activă Comanda de transparenţă trebuie să ajungă la fiecare pixel în parte şi se asigură cu ajutorul unor linii de comandă (conexiuni) construite din pelicule transparente ITO Indium Tin Oxide şi organizate matricial (pe linii şi coloane) vezi Fig.72 şi 73. În acest mod au fost dezvoltate două variante de comandă: Comandă cu matrice pasivă (Passive Matrix PMLCD) este primul mod de comandă dezvoltat şi care în prezent se aplică pentru sisteme de afişare mai simple, cu un număr

90 Page87 redus de linii şi coloane (de exemplu pentru matrici de caractere cu 7-9 rânduri, etc.); conexiunile, atât pe rânduri cât şi pe coloane, sunt conectate permanent cu electrozii fiecărui pixel de pe un rând, respectiv de pe o coloană; aplicând semnale adecvate pe conexiunile de rând şi de coloană, se adresează simultan toţi pixelii de pe un rând, şi în ordine, rând după rând (fiind relativ puţine rânduri, se revine rapid la explorarea din nou a frame-ului astfel că ochiul are senzaţia de lumină continuă); acest mod de comandă are dezavantajul unui timp mare de accesare şi a posibilei interferenţe între semnalele de pe trasee alăturate. Comandă cu matrice activă (Active Matrix AMLCD) conexiunile sunt organizate tot pe rânduri şi coloane, dar se aplică la pixeli prin intermediul unui tranzistor cu rol de comutator (switch); fiecare pixel dispune de un tranzistor cu efect de câmp (Field Efect Transistor-FET) realizat sub tehnologie cu peliculă subţire sau straturi subţiri (Thin Film Transistor, de unde şi TFT), care controlează tensiunea aplicată electrozilor (armăturilor) aferenţi unui pixel; tranzistorul acţionează ca un comutator: prin conexiunile linie se comandă deschiderea sau blocarea tranzistoarelor de pe un întreg rând, iar prin conexiunile coloană se transmite tensiunea care se aplică electrozilor de pixel care se încarcă aidoma unui condensator; aceştia rămân încărcaţi până la explorarea următoare şi păstrează tensiunea aplicată LCD-ului. Avantajul matricei active constă în faptul că la nivelul electrozilor se acţionează cu nivele mici de tensiune şi curent ceea ce permite activarea şi dezactivarea mai rapidă a pixelilor dar şi simplificarea etajelor driver. Rezultatul este un timp de răspuns de sub 25 de ms şi rate de contrast mai mari. Fig.74. Modul de operare al unui pixel dintr-o matrice LCD activă

91 Page88 Modul de operare al unui pixel la accesarea de tip matrice activă este ilustrat în Fig.74. şi decurge astfel (începând cu prima imagine de stânga sus): Tranzistorul TFT este închis timp de 27μsec; tensiunea V d = +8V încarcă cele două capacităţi C LC şi C S ; având în vedere faptul că electrodul comun are V com = +5V, la bornele cristalului lichid se aplică de fapt tensiunea +3V; Tranzistorul TFT este blocat timp de 16,6 msec; tensiunea de +3V la bornele cristalului lichid se păstrează; Tranzistorul TFT este închis timp de 27μsec; tensiunea V d = +2V încarcă/descarcă cele două capacităţi C LC şi C S ; având în vedere faptul că electrodul comun are V com = +5V, la bornele cristalului lichid de data aceasta se aplică tensiunea -3V; Tranzistorul TFT este blocat timp de 16,6 msec; tensiunea de -3V la bornele cristalului lichid se păstrează. Observaţii: La bornele cristalului lichid se aplică într-un cadru (frame) o tensiune de +3V şi în frameul următor tensiunea de -3V; tensiunea de comandă având aceeaşi valoare dar de semne diferite, transparenţa cristalului lichid este aceeaşi; Durata unui cadru este de aproximativ 16,6 msec, ceea ce corespunde standardului NTSC care are frecvenţa de cadru f k = 30 Hz; Tranzistorul TFT este comandat în grilă simultan cu toate tranzistoarele de pe o linie. Pentru deschiderea tranzistorului se comandă acesta cu o tensiune V G = +20V iar blocarea sa se comandă cu V G = -5V; Tensiunea de comandă V d se aplică simultan la o întreagă coloană, dar pe acea coloană un singur tranzistor TFT este deschis. Această tensiune este totdeauna pozitivă, chiar dacă la bornele cristalului lichid se obţine o tensiune alternativă. Această particularitate simplifică structura circuitelor de comandă (mai precis, se folosesc CAN unipolare şi nu bipolare); Tranzistorul TFT are o funcţionare de comutator (switch) şi asigură o conducţie bidirecţională; Pentru inversarea polarităţii tensiunii de pixel există mai multe metode ilustrate în Fig.75.

92 Page89 Fig.75. Metode de comandă pentru inversarea polarităţii tensiunii de pixel Fig.76. Adresarea linie cu linie pentru o matrice 3x3 pixeli Pentru exemplificare, în Fig.76 se prezintă modul de adresare activă al unei matrici 3x3 pixeli. La momentul t 1 pe bus-ul de comandă se aplică un impuls de +20 V care deschide toate tranzistoarele TFT de pe prima linie. Simultan pe coloane se aplică tensiunile V 11, V 12 şi V 13 care ajung să încarce capacităţile de pixel şi astfel să moduleze transparenţa acestora. La momentul t 2

93 Page90 vor fi deschise tranzistoarele de pe linia 2 şi pe coloane va trebui aplicată tensiunea corespunzătoare pentru aceşti pixeli, la t 3 se continuă cu linia 3, ş.a.m.d. Duratele t ale impulsurilor de comandă (27μsec pentru exemplul din Fig.74.) se aleg ţinând cont de următoarele criterii: Pe durata unui cadru să fie explorate toate liniile active ale imaginii. Să se prevadă o mică pauză între impulsurile de comandă astfel încât tensiunile aplicate pe coloane să nu interfere. Să se prevadă o frecvenţă de refresh cadre alta decât cea specifică standardului 525linii/30 HZ sau 625linii/25 Hz (de exemplu o frecvenţă dublă cu scopul de a evita flicker-ul imaginii). Celebra relaţie f H = z f K se menţine şi în acest caz, unde z este numărul de linii ale display-ului, iar f H este frecvaenţa impulsurilor de comandă de tip G 1, G 2 sau G 3 din Fig Tipuri constructive de şasiuri şi panouri LCD În Fig.77 sunt prezentate diverse tipuri de şasiuri pentru modulele LCD. Fig.77. Tipuri de şasiuri LCD În plus Fig.78. prezintă două moduri de aranjare a circuitelor integrate driver de linii şi coloane. Diferenţa constă în dimensiunile finale care vor rezulta pentru modulul LCD. Fig.78. Mod de aranjare a circuitelor driver linii şi coloane

94 Page91 Modul de aranjare al circuitelor integrate driver de linii şi coloane pe plăcuţele de circuit imprimat PCB- şi apoi conectarea acestora cu panoul LCD poate fi realizat în diverse modalităţi, ilustrate în Fig. 79. Fig.79. Modalităţi de conectare între panoul LCD şi circuitele driver de linii şi coloane Diversele prescurtări prezente în Fig.79 reprezintă: TCP Tape Carrier Package COG Chip On Glass TCP poate fi de tipurile: - Straight TCP - all in line - Bent TCP - TCP on Heatseal COF - Chip On Film/Foil COB - Chip On Board FFC- Flat Film Cable FPC Flexible Printed Circuit ACF- Anisotropic Coductive Film FC- Flexible Cable Schema electrică a unui display LCD Fig. 80 prezintă schema electrică de principiu a unui modul LCD compusă în esenţă din două secţiuni: circuitele care preiau datele reprezentând semnalul video prelucrat şi apoi comandă panoul LCD cu pixelii RGB. secţiunea de iluminare compusă din invertorul care creează tensiunea alternativă ce alimentează sursele de lumină (tuburile de neon CCFL)

95 Page92 Fig.80. Schema electrică a modulului LCD Creşterea eficienţei luminoase La trecerea prin diversele straturi ale unui modul LCD, lumina care traversează este în cantitate din ce în ce mai mică, Fig. 81, astfel încât strălucirea unei imagini albe, luminoase, reprezintă abia 5-8% din cantitatea de lumină produsă de sursa din spatele ecranului. Fig.81. Pierderi de lumină TN Twisted Nematic Tehnologie clasică de realizare a panourilor LCD utilizată cu precădere la realizarea monitoarelor de calculator. Panourile TN sunt ieftine şi oferă un timp de

96 Page93 răspuns excelent (2 msec - 5 msec). În ceea ce priveşte unghiul de vizualizare, rata de contrast şi numărul culorilor reproduse, această tehnologie este cea mai slabă dintre cele utilizate în mod curent. IPS - In Plane Switching - Panourile realizate în această tehnologie sunt considerate cele mai bune în ceea ce priveşte precizia culorilor, calitatea imaginilor şi unghiul de vizualizare (178 grade). Timpul de răspuns se încadrează între 6 msec şi 16 msec. Acestea sunt foarte potrivite pentru design grafic şi alte aplicaţii care necesită o reproducere fidelă a culorilor. Preţul este crescut faţă de TN. BEF - Backlight Enhancement Film - Folie adăugate în scopul creşterii eficienţei luminoase. DBEF - Dual BEF Fig.82. Între sursa de lumină şi panoul LCD se utilizează BEF În Fig.82 şi 83 se ilustrează modul de acţionare al sistemelor de creştere a eficienţei luminoase: prin concentrarea luminii spre utilizator; în mod normal primul filtru polarizat al panoului LCD absoarbe 50% din lumină (vezi Fig.81); sistemul Vikuiti foloseşte un sistem de folii speciale (cu prisme convenabil dimensionate şi orientate) care reflectă şi roteşte această lumină (Fig.82 şi 83 dreapta) astfel încât după o nouă reflectare de peretele din spate al modulului LCD aceasta este recuperată. Se realizează o creştere a eficienţei luminoase de ordinul 100%.

97 Page94 Fig.83. Sistem Vikuiti de recuperare a luminii Display LCD cu Led-uri Un display LCD care utilizează drept sursă de lumină în loc de soluţia cu CCFL (Cold Cathode Fluorescent Lighting), soluţia cu diode LED, este impropriu denumit uneori ca display Led. Funcţionarea este evident aceeaşi cu a unui display LCD clasic, singura deosebire fiind sursa de lumină. Din punct de vedere al tipului de Led se deosebesc: Diode Led care furnizează lumină albă (soluţia mai ieftină); se aseamănă ca performanţe cu iluminarea CCFL; Diode Led RGB; furnizează de regulă o gamă mai mare de culori. Din punct de vedere al aranjării led-urilor sunt: Iluminare de margine (edge Led); rezultă ecrane extrem de subţiri (sub 2,5 cm); Matrice de led-uri; acestea la rândul lor pot fi comandate stins aprins în funcţie de conţinutul imaginii ceea ce duce la o creştere a contrastului dinamic. Totodată această soluţie duce la un răspuns rapid la schimbările de scenă. În concluzie, ecranele cu Led oferă: Imagini cu contrast mare; Variaţie rapidă a contrastului la schimbările de scenă; Ecrane subţiri (varianta edge Led); gamă mărită de culori (varianta cu Led RGB); Consum de energie mai mic cu 20-30%; Sunt mai scumpe; Sunt mai fiabile.

98 Page Înlocuire chip-uri BGA Majoritatea defecțiunilor componentelor unui sistema de calcul apar datorită încălzirii excesive a acestora în timpul funcționării. Încălzirea poate duce la dezlipirea unor conexiuni sau chiar la defectarea componentei. În cazul în care un chip încapsulat BGA (Ball Grid Array) nu funcționează corect, se impune re-lipirea sau înlocuirea sa. Re-lipirea se adoptă atunci când încălzirea un a defectat chip-ul ci doar a produs topirea aliajului de lipire la una sau mai multe conexiuni. Înlocuirea se realizează la sesizarea defectării chip-ului, prin lipsa funcționalității după etapa de re-lipire. În ambele cazuri, etapele care trebuie parcurse din punct de vedere tehnologic sunt aceleași Capsule BGA Capsulele de tip BGA sunt de tip montare pe suprafață (Surface Mount Device SMD) și nu prezintă pini, ci receptaculi pentru sfere din aliaj de lipire, care, prin topire, vor face contact cu terminațiile conexiunilor de pe cablajul imprimat al plăcii de bază. Fig.84. Exemplu de capsulă de procesor Intel Capsulele de tip BGA au multiple avantaje în raport cu alte tipuri de capsule: La fel ca orice SMD, nu necesită găuri în cablaj, ceea ce ocupă o suprafață mai mică, oferind o libertate mai mare de routare a traseelor; Spre deosebire de alte SMD, permite pozționarea contactelor pe toată suprafața capsulei, nu doar pe marginea ei; Traseele sunt mai scurte, deci au inductanță mai mică; Prin multitudinea de contacte și repartizarea lor mai uniform pe suprafața capsulei, transferul termic este mai bun, rezistența termică chip-mediu fiind mai mică; Permit realizarea unui număr mare de contacte; Permit utilizarea unor capsule cu suprafață redusă.

99 Page96 Există și dezavantaje: montarea pe cablaj mai complexă, posibil mai puțin fiabilă; rezistență mecanică mai mică; dificultate de inspectare vizuală a calității lipiturilor; dificultăți în etapa de testare a chip-ului; necesitatea unor echipamente costisitoare. În sistemele de calcul, monturile BGA se întâlnesc la chip-uri grafice, chipset-uri (north bridge și south bridge), memorii, etc. Fig.85. Exemplu de modul de memorie cu chip-uri BGA Fig.86. Exemplu de chipset Intel Actualmente toate chip-urile încapsulate BGA sunt de tip răsturnat (Flip-Chip). Chip-ul de siliciu este montat invers, cu suprafața izolată și prezentând contacte în jos. Contactele se pot repartiza oriunde pe suprafața chip-ului, fiind lipite pe un substrat similar unui cablaj imprimat. Substratul are pe fața opusă chip-ului contacte către receptaculii pentru sferele din aliaj de lipire, din exteriorul capsulei.

100 Page97 Există mai multe clase de capsule BGA: CABGA: Chip Array Ball Grid Array; CBGA and PBGA substrat Ceramic sau Plastic; CTBGA: Thin Chip Array Ball Grid Array: CVBGA: Very Thin Chip Array Ball Grid Array; DSBGA: Die-Size Ball Grid Array; FBGA or Fine Ball Grid Array; FCmBGA: Flip Chip Molded Ball Grid Array; LBGA: Low-profile Ball Grid Array; LFBGA: Low-profile Fine-pitch Ball Grid Array; MBGA: Micro Ball Grid Array; MCM-PBGA: Multi-Chip Module Plastic Ball Grid Array; SuperBGA (SBGA): Super Ball Grid Array; TABGA: Tape Array BGA; TBGA: Thin BGA; TEPBGA: Thermally Enhanced Plastic Ball Grid Array; TFBGA or Thin and Fine Ball Grid Array; UFBGA and UBGA and Ultra Fine Ball Grid Array; VFBGA: Very Fine Pitch Ball Grid Array; WFBGA: Very Very Thin profile Fine Pitch Ball Grid Array. În cadrul fiecărei clase există sub-clase și o varietate foarte mare de formate, dimensiuni și poziționări ale contactelor, în funcție de producător și model de chip Metodologie tehnologică După verificarea funcțională, dacă s-a identificat chip-ul care nu funcționează corect, se decid următorii pași de urmat. Dacă chip-ul prezintă defecțiuni vizibile, (ciobituri, porțiuni ale capsulei topite, etc.) se trece la înlocuirea lui. Dacă chip-ul este vizual integru, se poate testa dacă încălzirea locală reface lipiturile defecte. Se poate utiliza o stație de încălzire manuală cu aer cald, având grijă ca încălzirea să fie treptată, cât mai uniformă pe suprafața chip-ului, suficientă ca să topească aliajul de lipire, dar să nu distrugă cip-ul și să afecteze cât mai puțin cablajul și componentele adiacente.

101 Page98 Fig.87. Stație de încălzire manuală cu aer cald Dacă prin încălzire locală se re-pune în funcție chip-ul, urmează etapa de re-lipire; dacă nu, se înlocuiește. Etapele care se urmează și la re-lipire și la înlocuire sunt: Dezlipirea chip-ului cu ajutorul plitei de pre-încălzire; Curățarea cablajului și a chip-ului de aliaj de lipire; Alinierea grilei de oțel cu montura chip-ului; Poziționarea bilelor de aliaj de lipire în grilă; Încălzirea inițială pentru lipirea bilelor de chip; Poziționarea chip-ului pe cablaj, cu verificarea optică a alinierii corecte cu contactele de pe cablaj; Încălzirea chip-ului cu instalația de aer cald pentru lipirea final; Răcirea finală și verificarea funcționalității. Plita de pre-încălzire asigura o temperatură potrivită a placii de cablaj de pe care se dorește dezlipirea componentei defecte, alinierea placii si circuitului integrat cu instalația de aer cald și menținerea poziției plăcii în urma alinierii.

102 Page99 Fig.88. Plita de pre-încălzire Plita de pre-încălzire este comandata de unitatea de control, ca cea din figură. Fig.89. Unitatea de control pentru plita de pre-încălzire Panoul frontal Panoul de conexiuni

103 Page100 Unitatea de control este interfațabilă cu calculatorul, printr-o interfață serială RS232, pentru programarea temperaturii de încălzire, fluxului de aer, temperaturii la care sa se activeze închiderea automată. Fig. 90. Schema de interfațare a unitatății de control pentru plita de pre-încălzire

104 Page101 Instalația de încălzire cu aer cald are un cap de încălzire, cu poziționare automată sau manuală, lucrînd în cooperare cu plita de pre-încălzire. Fig.91. Instalația de încălzire cu aer cald

105 Page102 Instalația de încălzire cu aer cald se interfațează cu calculatorul și este comandată pentru asigurarea profilului de variație a temperaturii, după programe pre-satbilite, în funcție de chip-ul supus operației de lipire. Fig.92. Modulul de comandă și interfațare cu calculatorul pentru unitatea de încălzire cu aer cald

106 Page103 9 Testarea și producția bateriilor de notebook 9.1 Noţiuni generale privind bateriile Prima reuşită în realizarea unei baterii a fost pila voltaica, realizată de fizicianul Alessandro Volta, care este o inovație. Este, în esență, după cum se schiţează în Fig. 93, o stivă verticală în care discurile de cupru alternează cu cele din hârtie îmbibată în soluție salină și cu cele de zinc. La extremitățile coloanei erau atașate câte un fir metalic între care se producea un curent electric continuu de joasă intensitate. Pila voltaica a permis descoperirea efectului magnetic al curentului electric mai târziu, în 1820, de catre Oersted. Numele lui Volta a fost dat unității de tensiune electrică (volt). Savantul italian a mai realizat cercetari în chimie și în meteorologie. Un alt moment important a fost anul 1955, când inginerul canadian Lewis Urry inventa bateria alcalină, cea mai folosită în zilele noastre. Acestea sunt de obicei construite în forme cilindrice și au diferite mărimi: AAA, AA, C, sub- C sau D prezentate în Fig. 94. Tensiunea medie Fig.93. Pila voltaică pentru o baterie alcalină este de 1.5V. Unele baterii se pot reîncarca, dar cele mai multe nu, deoarece se pot rupe sau pot avea scurgeri periculoase. În jurul anilor 1970 au aparut acumulatorii cu litiu. Datorită proprietăților chimice ale elementului litiu, savanții au intuit încă de pe la 1900 că acesta poate fi folosit cu succes la fabricarea unor baterii performante. În anii 1980, tehnologia a fost îmbunătățită. Specialiştii japonezii au construit prototipul acumulatorului litiu-ion, o versiune mai stabilă al celui cu litiu. Noua variantă a fost comercializată începând din Fig.94. Variante constructive de baterii

107 Page104 Combinaţii noi de metale şi substanţe chimice sunt experimentate în fiecare an, iar materiale revoluţionare cum ar fi nanotuburile de carbon promit să extindă longevitatea şi densitatea energetică la un nivel înalt. Fig.95 Baterie Li-Ion, înainte de asamblarea finală 9.2 Caracterizarea constructivă şi funcţională a bateriilor de acumulatoare Definiții, principiu de funcționare BATERIE se referă în general la o combinaţie de elemente (celule) conectate în serie sau in paralel pentru a putea asigura curenţii sau tensiunile necesare unei aplicații. O baterie poate fi realizata şi dintr-un singur element (celulă). ELEMENT (CELULĂ) DE BATERIE un dispozitiv capabil să furnizeze energie electrică unui circuit prin transformarea directă a energiei chimice conţinute în materialele sale active, bazată pe reacţii electrochimice de oxidare reducere (redox). Există elemente primare, destinate unei singure utilizări şi elemente secundare numite şi elemente reîncărcabile sau acumulatoare. În cele ce urmează se discută exclusiv despre elemente şi baterii de acumulatoare. Materialele active care compun electrozii elementului schimbă energia chimică în energie electrică prin oxidare (eliberare de electroni), electrodul respectiv fiind denumit anod şi prin reducere (acceptare de electroni) care are loc la electrodul numit catod. Circulaţia electronilor poate avea loc numai prin circuitul exterior, conectat între cele două borne ale elementului. Electrozii sunt introduşi într-un electrolit care asigură continuitatea circuitului prin interiorul elementului, conducţia electrică realizându-se prin deplasarea ionilor negativi şi pozitivi rezultaţi din acceptarea sau cedarea electronilor. În Fig. 95 se arată transportul sarcinilor electrice în interiorul şi exteriorul unui element de acumulator la descărcare, respectiv încărcare.

108 Page105 Descărcare Încărcare Fig. 96 Transportul sarcinilor electrice în interiorul şi exteriorul unui element de acumulator La descărcare electronii circulă de la anod (borna - ) la catod (borna + ) prin sarcina conectată la aceste borne. La încărcare se conectează la borne un generator. Borna + devine anod (eliberează electroni), iar borna - devine catod (consumă electroni), inversându-se sensurile de deplasare ale electronilor prin circuitul exterior şi ionilor prin circuitul interior, refăcându-se astfel materialele active de pe electrozi. PACHET DE BATERII un ansamblu de mai multe elemente incluse intr-o carcasa care, adesea cuprinde si componente suplimentare de monitorizare si protectie a elementelor. De obicei, aceste produse sunt fabricate de alte companii decât cele care produc elementele de acumulatoare. TENSIUNEA UNUI ELEMENT DE ACUMULATOR (CARACTERISTICA DE DESCĂRCARE) diferenţa de potenţial standard între bornele elementului de acumulator depinde de tipul materialelor active. Aceasta corespunde cu tensiunea la borne în gol. În circuit închis, tensiunea la borne scade din cauza rezistenţei interne. Aceasta apare atât din cauza rezistivităţii electrice a electrozilor, cât ţi, mai ales, din cauza duratei reacţiei electrochimice care limitează viteza de transport a sarcinilor electrice.

109 Page106 În Fig. 97 se prezintă o caracteristică tipică de descărcare a unui element de acumulator în care se evidenţiază gama tensiunilor de fincţionare. Tensiunea la gol - determinata de tipul materialelor active Tensiunea în circuit înhis - determinata de rezistenta interna Tensiunea nominala (de ex.1,2v la NiCd si NiMeH, 3.6V la Li - Ion) Tensiunea minimă utilizabilă - la care sistemul alimentat nu mai extrage curent din baterie Pragul de descărcare profundă - tensiunea sub care apar deteriorari ireversibile Fig. 97. Caracteristica tipică de descărcare a unui element de acumulator Tensiunea nominală a elementului corespunde regiunii platoului caracteristicii de descărcare. Se evidenţiază şi tensiunea minimă utilizabilă (end voltage), precum şi pragul de descărcare profundă (cut-off voltage). CAPACITATEA BATERIEI capacitatea teoretică a unei baterii este determinată de cantitatea materialelor active din componenţa acesteia şi reprezintă cantitatea totală de sarcină electrică ce poate fi implicată în reacţia electrochimică. Capacitatea nominală este parametrul cel mai important prin care se caracterizează o baterie şi se măsoară în Coulombi (C) sau în Amperi oră (Ah). Valoarea capacităţii exprimată în Ah constituie o indicaţie a cantităţii de sarcină electrică pe care o baterie o poate înmagazina şi elibera. O problemă specifică bateriilor de acumulatoare este aceea că ele nu pot elibera sarcina înmagazinată oricât de repede şi nu pot fi golite (descărcate complet).de aceea la simbolul capacităţii se adaugă un indice care arată durata în ore pentru care se specifică valoarea capacităţii (C n ). Dacă nu se specifică indicele se consideră valoarea implicită n=1. C n /n reprezinta valoarea curentului pe care o baterie il poate furniza unei sarcini in mod continuu timp de n ore. De exemplu: C 5 = 1000 mah arată că bateria poate fi descărcată cu un curent constant de 200 ma timp de 5h. Crescând viteza de descărcare, de exemplu un curent constant de 1000 ma, ar rezulta o durată teortică de 1h, dar, în realitate, durata de descărcare va fi mai mică şi astfel capacitatea utilizabilă este mai mică decât cea nominală din cauza vitezei crescute de descărcare.

110 Page107 Capacitatea bateriei nu este deci o constantă. Aceasta se modifică atât in functie de viteza de descarcăre, aşa cum s-a arătat, dar şi în funcţie de durata de exploatare (vârsta), numarul de cicluri încărcare/descărcare, temperatura ambiantă etc. Viteza (curentul) de încărcare/descărcare se exprimă uzual în corelaţie cu capacitatea nominală, C n (C-rate). Astfel : I = M Cn unde: I = curentul de încărcare/descărcare în A M = un factor de multiplicare sau divizare Cn = valoarea capacităţii nominale în Ah n = durata în ore pentru care se specifică valoarea capacităţii Exemplu: pentru o baterie cu capacitatea C = 1Ah, - o rată de descărcare de 1C corespunde unui curent de descărcare de 1A - o rata de incărcare de C/10 corespunde unui curent de încărcare de 100mA Tipuri de baterii BATERII ACIDE CU PLUMB Tehnologia ajunsă la maturitate, costul redus, durata bună de utilizare, capabilitatea de descărcare la curenţi mari şi fiabilitatea ridicată sunt caracteristici care au condus la o utilizare largă a acestor baterii, de exemplu la automobile sau la sursele de alimentare neîntreruptă (UPS). Tensiunea nominală este de 2V/element. Constructiv un element are o placă pozitivă din bioxid de Pb, o placă negatică din Pb spongios şi acid sulfuric în calitate de electrolit. Descărcarea generează sulfat de Pb la ambele plăci şi apă, iar la încărcare se inversează procesul. La supraîncărcare se degajă oxigen şi hydrogen şi deci se pierde apă. BATERII NICHEL CADMIU Având elemente etanşe şi jumătate din greutatea elementelor cu Pb şi acid de capacitate comparabilă, bateriile cu NiCd au fost multă vreme alegerea pentru alimentarea sistemelor portabile. Tensiunea nominală este de 1.2V/element, caracteristica de descărcare este foarte plată şi suportă descărcarea la vârfuri mari de curent. Anodul este Cd metalic, catodul este oxid de Ni, iar electrolitul este hidroxidul de potasiu. Din păcate, din cauza problemelor de mediu produse de cadmiu aceste baterii au o utilizare din ce în ce mai restrânsă. Ca dezavantaj, se menţionează reducerea capacităţii de reîncărcare produsă de aşa numitul efect de memorie. Acesta apare atunci când un element este parţial descărcat şi apoi supraîncărcat o perioadă mai lungă, după care capacitatea de reîncărcare poate fi redusă la energia extrasă pe durata descărcării parţiale. BATERII CU NICHEL ŞI HIDRURĂ METALICĂ (NiMeH)

111 Page108 Aceste baterii reprezintă o extensie a tehnologiei NiCd. Există deci multe caracteristici comune, cum ar fi tensiunea nominală de 1,2V/element şi caracteristica plată de descărcare, dar există şi deosebiri importante. În primul rând, constructiv, anodul este o hidrură metalică, deci fără cadmiu. Rezultă că bateriile NiMeH prezintă mai puţine constrângeri de mediu şi sunt mai mici şi mai uşoare dec t cele NiCd. De asemenea, ele nu prezintă efectul de memorie, în schimb sunt mai scumpe, nu suportă curenţi de descărcare la fel de mari şi manifestă o autodescărcare mai accentuată. BATERII LITIU-ION Bateriile Li-ion au în prezent cea mai mare densitate de energie rezultând cele mai reduse valori ale volumului şi greutăţii la valori similare ale capacităţilor nominale dintre toate tipurile de baterii. În plus, tensiunea nominală mare, de 3,6V/element, conduce la un număr redus de elemente. Din aceste motive bateriile Li-ion sunt în prezent cele mai utilizate la alimentarea electronicelor portabile. Tehnologia bateriilor bazate pe Li este încă în Fig. 98. Principiul de funcţionare al bateriilor Li-Ion dezvoltare, existând cercetări intense pentru îmbunătăţirea performanţelor acestora. În Fig.98 se arată o variantă tipică de realizare a unui element Li-Ion. Electrodul pozitiv se compune tipic dintr-un oxid metalic având fie o structură în straturi (ca oxidul de litiu-cobalt LiCoO 2 ), fie o structură tunelară (ca oxidul de litiu mangan LiMn 2 O 4 ) pe o folie de aluminiu colectoare de curent. Electrodul negativ se realizează tipiv din grafit (carbon) pe un colector de curent din cupru. O problemă specifică bateriilor Liion este necesitatea unor circuite de protecţie pentru a nu periclita siguranţa utilizatorului. Protecţia este necesară atât la supraîncărcare (tensiunea pe element peste 4,35V), care poate conduce la o dezmembrare bruscă a bateriei din cauza degajării de căldură şi oxigen, cât şi la descărcare profundă (tensiunea pe element sub 2,5V), care conduce la deteriorarea permanentă a performanţelor din cauza formării unor şunturi din cupru în urma descompunerii anodului. CARACTERISTICI DE DESCĂRCARE PENTRU DIFERITE TIPURI DE BATERII În Fig.99 se prezintă comparativ caracteristicile de descărcare pentru mai multe tipuri de baterii, ilustrându-se astfel unele dintre proprietăţile menţionate anterior.

112 Page109 Fig. 99. Caracteristici de descărcare pentru diferite tipuri de baterii Încărcarea bateriilor PROBLEME SPECIFICE O parte importantă a oricărui produs electronic portabil o constituie circuitul de încărcare a bateriei. Complexitatea şi costul sistemului de încărcare depinde în principal de tipul bateriei şi de timpul de reîncărcare. Încărcarea lentă se defineşte în mod teoretic ca fiind un curent de încărcare care poate fi aplicat bateriei un timp oricât de îndelungat fără deteriorarea elementelor. Valoarea curentului corespunde cazului în care continuând încărcarea după ce un element este complet încărcat, gazele degajate să se poată recombina în interior şi căldura produsă din cauză că energia generatorului nu mai este absorbită de reacţia electrochimică să se poată disipa fără o creştere exagerată a temperaturii elementului. Desigur, prin definiţie, în acest caz nu este necesară detecţia terminării încărcării, rezultând un cost redus al încărcătorului, care este un simplu generator de curent constant. Practic, această situaţie poate fi utilă doar la bateriile NiCd, care suportă o încărcare neîntreruptă cu C/10. La această viteză de încărcare, ţinând cont şi de randament, durata de reîncărcare reyultă de circa 12 ore. Elementele NIMeH nu sunt la fel de tolerante la încărcarea neîntreruptă, producătorii specificând viteze maxime de încărcare în

113 Page110 siguranţă cuprinse între C/40 şi C/10. Elementele Li-ion folosesc încărcarea lentă pentru refacerea acestora după o descărcare accentuată, dar aceasta trebuie oprită după un timp limită. Încărcarea rapidă pentru bateriile cu Ni înseamnă în mod uzual o durată de o oră care corespunde, ţinând cont şi de randament, la o viteză de încărcare de 1,2C. Problema la încărcarea rapidă este că ea trebuie oprită atunci când elementele sunt complet încărcate, continuarea încărcării conducând la creşterea accentuată a temperaturii şi la degajarea violentă de gaze care pun în pericol utilizatorul. Este deci obligatoriu un circuit de sesizare a sfârşitului încărcării. Tensiunea sau temperatura constituie în mod uzual prima metodă de stabilire a momentului terminării încărcării, un circuit de temporuzare fiind metoda de rezervă care să asigure terminarea încărcării dacă prima metodă nu reuşeşte. Fig Accentuarea îmbătrânirii la creşterea tensiunii de încărcare la elementele Li-Ion La bateriile Li-ion ciclul de încărcare se divide în 2 segmente. Primul este o încărcare rapidă, la curent constant, cu o valoare maximă recomandată de producător, urmărind creşterea tensiunii pe element până la o valoare de prag prestabilită. La atingerea acestei valori de prag începe al doilea segment în care încărcătorul va menţine tensiunea constantă şi va furniza bateriei doar curentul necesar menţinerii constante a acestei tensiuni, curentul scăzând spre zero la încărcarea completă. Principalii producători de elemente Li-ion recomandă valoarea de prag a tensiunii de 4,200V ±50mV şi o viteză de încărcare de 1C ca valoare maximă a curentului de încărcare utilizat. Cu aceste valori şi considerând terminarea încărcării la scîderea curentului sub circa 0,7C, durata reîncărcării rezultă de circa 2 ore. Precizia valorii tensiunii de prag este critică. O tensiune prea mare reduce numărul ciclurilor de încărcare-descărcare ce pot fi realizate (durata de viaţă a bateriei), iar dacă tensiunea este prea mică atunci elementul nu se încarcă deplin. În Fig. 100 se arată dependenţa relaţiei dintre capacitate şi numărul de cicluri de funcţionare de tensiunea de încărcare. Se observă situaţia optimă pentru tensiunea de 4,2V remarcând chiar şi în acest caz fenomenul de îmbătrânire (reducerea capacităţii cu numărul de cicluri de funcţionare).

114 Page111 PROFILUL DE ÎNCĂRCARE PENTRU BATERII CU NICHEL În Fig. 101 se prezintă caracteristicile de încărcare corelate cu variaţia temperaturii pentru bateriile NiCd şi NiMeH la încărcarea cu 1C. Caracteristicile de încărcare sunt asemenea la cele două tipuri de baterii. Comportarea cu temperatura diferă prin aceea că pe durata încărcării temperatura scade foarte uşor la NiCd şi creşte uşor la NiMeH. Aceasta se explică prin faptul că la NiCd reacţia electrochimică este endotermă (scade temperatura la încărcare), în timp ce la NiMeH este exotermă. La finalul încărcării, când energia furnizată de încărcător nu mai este preluată de reacţia electrochimică temperatura creşte accentuat în ambele cazuri. Detectarea terminării încărcării se poate face fie prin detectarea schimbării pantei tensiunii de la crescătoare la zero şi apoi la pantă descrescătoare, fie prin detectarea creşterii pantei temperaturii. Sesizarea tensiunii este mai uşor de implementat deoarece terminalele pentru citirea tensiunii sunt accesibile, dar este preferabilă sesizarea temperaturii care caracterizează mai bine ce se întâmplă în interiorul elementului. Totuşi, măsurarea precisă a temperaturii necesită un senzor plasat în carcasa bateriei ceea ce creşte costul de fabricaţie al acesteia. Fig Profilul de încărcare pentru bateriile NiCd/NiMeH la încărcareacu 1C

115 Page112 Fig Profilul de încărcare pentru o celulă Li-Ion PROFILUL DE ÎNCĂRCARE PENTRU BATERII LI-ION În Fig. 102 se prezintă caracteristica de încărcare pentru un element Li-Ion corelată cu curentul de încărcare şi cu capacitatea. Se observă că încărcarea porneşte cu încărcare lentă la un curent constant sub 0,1C deoarece bateria a fost descărcată profund, tensiunea fiind mai mică decât un prag de circa 2,8V. Încărcătorul trebuie să oprească încărcarea dacă tensiunea nu atinge pragul respectiv în circa o oră. După ce tensiunea atinge 2,8V se trece la încărcarea rapidă cu un curent constant cel mult egal cu 1C. Tensiunea creşte până la 4,2V. Dacă acest prag nu este atins în circa 1,5 ore încărcarea trebuie oprită. În continuare tensiunea se menţone constantă la 4,2V curentul fiind scăzător. Scăderea curentului sub circa 0,07C este criteriul de terminare a încărcării. Urmărind capacitatea se observă că în faza de încărcare la curent constant se atinge circa 65% din capacitatea totală într-un timp de circa 33% din timpul total de încărcare, restul de 35% din capacitate fiind realizată în faza de încărcare la tensiune constantă, care durează cam 67% din timpul total.

116 Page113 GAMA TENSIUNILOR PE ELEMENT LA BATERIILE LI-ION În Fig. 103 se detaliază intervalele de tensiune şi fenomenele care impun introducerea unor circuite de protecţie. Acestea nu trebuie să permită funcţionarea bateriei în afara domeniului de funcţionare de 2,8V 4,2V. Protecţia se realizează prin înserierea cu elementele bateriei a 2 tranzistoare MOS, unul cu canal n şi celălalt cu canal p, care pot fi comandate în blocare pentru întreruperea temporară a încărcării sau descărcării. 9.3 Bateria de laptop Noțiuni de bază Fig Gama tensiunilor pe element la bateriile Li-Ion STRUCTURA Bateria de laptop cuprinde: acumulatoare în prezent numai Li-Ion; o parte electronică de control care asigură interfaţa dintre laptop şi acumulatoare realizând: - controlul încărcării-descărcării - comunicaţia cu laptopul pentru transmiterea de informaţii specifice carcasă. COMBINAREA ACUMULATOARELOR Structura internă a unei baterii de laptop presupune combinarea mai multor acumulatoare în funcţie de tensiunea şi capacitatea necesară. Dacă o celulă are 3.7V şi o capacitate de 2200mAh, pentru a obţine o capacitate dublă la acelaşi tensiune se introduce în paralel încă o

117 Page114 celulă identică (întotdeauna identică, din acelaşi lot de producţie, pentru evitarea unor fenomene de alterare). Fig Variante de combinare a acumulatoarelor În Fig. 104 se prezintă diverse configuraţii de baterii realizate prin combinarea celulelor de acumulatoare, cea mai folosită fiind cea cu 6 celule 11,1V 4400mAh Acumulatorul Li-ion Structura, principiul de funcţionare, principalii parametri şi profilul de încărcare au fost deja prezentate. În Fig. 105 se arată construcţia unui element cilindric Li-ion frecvent folosit. În continuare se vor sublinia câteva avantaje şi dezavantaje ale acestui tip de baterie şi se vor prezenta câteva caracteristici de exploatare. Avantaje: densitate mare de energie;

118 Page115 nu prezintă fenomene de memorie ca la cele cu Ni; autodescarcare redusă; tensiune nominală pe element ridicată; nu necesită operaţii de întreţinere. Dezavantaje: cost mai ridicat; se manifestă fenomenul de îmbătrânire ce conduce la micşorarea capacităţii în timp (chiar şi cu bateria neutilizată); fenomenul este accentuat la temperaturi mai ridicate; necesită protecţii la tensiune scăzută şi la supraîncărcare; necesită monitorizarea tensiunii pe fiecare celulă; rezistenta internă fiind mai ridicată nu se pretează la aplicaţii care implică descărcare accelerată; variaţie mare de tensiune între stările extreme. CARACTERISTICI DE EXPLOATARE Fig Construcţia unui element Li-ion cilindric Număr limitat de cicluri încărcare/descărcare în medie o baterie Li-Ion asigură între 300 şi 500 cicluri complete de încărcare/descărcare, timp în care autonomia bateriei scade constant, până la mai puţin de 50% din capacitatea originală a bateriei, după care bateria poate fi considerată ajunsă la capătul ciclului de viaţă util. Pentru menţinerea capacităţii de stocare la un nivel ridicat, pentru cât mai multe cicluri de reîncărcare, este de preferat să nu se încarce bateria la capacitate maximă şi să se evite pe cât posibil ajungerea la o descărcare completă, situaţie în care mecanismele automate de protecţie

119 Page116 duc la închiderea dispozitivului alimentat de aceasta. Explicaţia pentru alegerea unui asemenea tipar de utilizare este faptul ca electrozii unei baterii Li-Ion, confecţionaţi în mod tradiţional din grafit, sunt supuşi unui stres suplimentar atunci când sunt împinşi către extremele unui ciclul maxim de încărcare, respectiv descărcarea până la limita maximă admisă de tehnologie, ambele ducând la o degradare mai rapidă a bateriei. Durata de viaţă pentru o baterie Li-Ion este aproximativ de 3 ani, iar asta numai în condiţiile de utilizare recomandate de fabricant, care presupun o temperatură de exploatare şi depozitare ce nu depăşeşte niciodată valoarea de 25 C. Odată depăşit acest prag de temperatură, procesul de îmbătrânire a bateriei accelerează într-un ritm galopant, longevitatea fiind măsurată în luni dacă bateria este încălzită la peste 40 C în mod constant. În Fig. 106 se arată pierderea capacităţii bateriei, în funcţie de temperatura la care este depozitată şi exploatată. Fig Pierderea capacităţii bateriei, în funcţie de temperatura la care este depozitată şi exploatată Temperatura de stocare şi exploatare a bateriilor Li-Ion este dependentă de mulţi factori ca tipul de echipament şi felul cum este proiectat sistemul de ventilaţie, dar şi obicieiurile fiecărui utilizator. Este usor de înţeles că un laptop bine ventilat, dar aşezat în mod frecvent pe suprafaţa unei pături sau plapumă va avea mari probleme în ceea ce priveşte răcirea eficientă a componentelor. Supraîncălzirea repetată a componentelor interne, deşi poate nu va duce la instabilitate sau defectarea acestora, are drept rezultat producerea de căldură reziduală ce se transmite mai departe către bateria Li-Ion. În aceste condiţii apare o îmbătrânire prematură a bateriei Li-Ion, ce poate fi atribuita într-o bună măsură utilizatorului şi nu defectelor de fabricaţie a bateriei. Temperaturile scăzute au efectul de a amplifica rezistenţa internă a bateriei şi pot face temporar inutilizabile bateriile cu un grad moderat de uzură. Motivul sensibilităţii excesive de

120 Page117 care dau dovadă bateriile Li-Ion în faţa temperaturilor ridicate este o consecinţă inevitabilă a naturii extrem de volatile a componentei principale:elementul Litiu, care este o substanţă de natură metalică, extrem de volatilă şi corozivă, care reacţionează violent la contactul cu numeroase alte substanţe. Proprietăţile corozive ale litiului sunt puternic amplificate odată cu creşterea temperaturii, ducând la oxidarea accelerată a învelişurilor şi membranelor ce separă componentele bateriei, ducând în cele din urmă la daune ireversibile. Curentul de încărcare: Un parametru important pentru o baterie este intensitatea curentului de încărcare. Dacă acesta este foarte ridicată va duce la reducerea timpilor de aşteptate pentru reîncărcarea la capacitatea maximă, dar în timp va micşora longevitatea bateriei. În contrast, un curent de încărcare prea slab şi menţinut pe o perioadă mare de timp poate avea efecte la fel de nedorite asupra longevităţii bateriei. Soluţia este evident atingerea unui punct de echilibru, prin folosirea unui curent de încărcare potrivit. Prin urmare este indicat ca la înlocuirea un alimentator AC pentru notebook să se caute pe cât posibil unul dintre modelele aprobate de fabricantul echipamentului şi nu unul dintre aşa zisele alimentatoare universale. PARTEA ELECTRONICĂ DE CONTROL Fig Vedere a părţii electronice de control Aceasta este o placă electronică ce conţine un microprocesor, up, dedicat aplicaţiei de acest tip (atât porturile cât şi programul software din memoria flash a up sunt dedicate aplicaţiei de control şi gestionare a încărcării-descărcării de celule Li-Ion), circuite cu tranzistoare, T, pentru vehicularea curenţilor mari, diverşi rezistori şi condensatoriori, legăturile electrice +, Vp1, Vp2, - de interconectare cu celulele acumulatoare şi un conector de tip SMBus de interconectare cu laptopul. Pinii conectorului SMBus asigura semnalele de comunicare digitala cu laptopul D data, C control, T thermal enable şi polarităţile + şi ale bateriei.

121 Page118 Fig. 107 prezintă o vedere a părţii electronice de control împreună cu elementele acumulatoare şi carcasa bateriei, iar în Fig. 108 se schiţează structura tipică şi interconexiunile specifice unui astfel de circuit. 9.4 Descrierea activităţilor de producţie şi testare a bateriilor Departamentul Baterii de notebook Fig. 108 Structura părţii electronice de control OBIECTIVUL PRINCIPAL producţia de baterii compatibile pentru notebookuri din branduri şi modele din cele mai utilizate în Europa. Fig. 109 Baterie pentru notebook

122 Page119 ACTIVITĂŢI ANEXE testări şi diagnosticări pentru baterii de notebook uzate sau noi, provenite din notebookurile care fac subiectul activităţii firmei (audit, refurbish, service), precum şi consilierea agenţilor de vânzare, a electroniştilor şi testerilor care se ocupă de service notebookuri şi a clienţilor solicitanţi cu privire la compatibilităţi şi necesităţi baterii Etapele de producție a bateriilor Producerea unei baterii presupune, în mare, asamblarea elementelor componente ale acesteia: celule acumulatoare Li-Ion, PCB (Printed Circuit Board - partea electronică a bateriei), carcasa de plastic cu elementele sale anexe (etichete sticker, siteme de închidere, etc). După stabilirea modelului/rilor vizate şi achiziţia componentelor necesare producţiei pot fi îndeplinite următoarele etape ale acesteia: alegerea, testarea şi calibrarea electrică a celulelor Li-Ion utilizate; întocmirea schemei de sudură între celule (funcţie de modelul carcasei folosite şi de legăturile electrice dintre celule şi PCB, care sunt impuse constructiv, se poate stabili dispunerea acestora şi alege parametrii de sudura); sudura dintre celule conform schemei de sudură şi modelarea dispunerii celulelor funcţie de necesitate; cuplarea dintre punctele de acces la polarităţile electrice ale celulelor şi firele corespunzătoare ale PCB prin lipire cu fludor; aplicare bandă izolatoare pe părţile expuse fenomenului de scurtcircuit; modelarea dispunerii firelor electrice de legătură celule-pcb conform cu necesităţile impuse de construcţia carcasei; plasarea elementelor cuplate electric în interiorul carcasei (de obicei carcasa are două părţi care vin îmbinate după ce toate elementele interne ale bateriei sunt plasate corespunzător); conectarea bateriei astfel semi-asamblată la un tester specializat pentru iniţializare şi testare înaintea finalizării asamblării; după ce toate elementele interioare bateriei (unele baterii au sisteme de locking cu şine, arcuri şi butoane) au fost corect plasate se aplică adeziv pe părţile special concepute ale carcasei şi se trece cu mare atenţie la închiderea carcasei. Pentru fixarea bateriei in scopul adeziunii corecte se folosesc cleşti speciali de presiune; atașarea etichetelor aferente carcasei (pe acestea se regăsesc date despre modelul bateriei, caracteristicile bateriei, compatibilități și informații despre producție și protecție).

123 Page Aparate și software specifice folosite pentru producția și testarea bateriilor PANOURI TESTARE CELULE LI-ION NEWARE BFGS-8512 Pot fi testate celule acumulatoar de tip Li-Ion prin efectuarea de cicluri specifice de incărcare descărcare obținând în final date despre capacitatea de stocare a energiei, indici despre uzură și diverși parametrii specifici. Urmărirea evoluției testelor se face în timp real, putând fi observați diverși parametri cum ar fi tensiune, curent de încărcare sau descărcare, timpi de testare, capacitatea stocată sau eliberată, etc. Softul folosit BFGS permite programarea testelor și comunicarea datelor de test în timp real, cu posibilitatea stocării datelor de test și a rezultatelor finale. Pe baza rezultatelor poate fi efectuată gradarea celulelor, printarea rezultatelor permițând colectarea manuală a celor care îndeplinesc condițiile optime de funcționare (v. Fig ). Fig Celule Li-ion de testat Fig Două panouri NEWARE BFGS-8512 capabile sa testeze 512 celule acumulator (256 per panou) în tandem, cu supraveghere individuală și achiziție de date

124 Page121 Fig. 112 Vizualizarea individuală a parametrilor curent, tensiune, capacitate şi graficele rezultate în urma testelor. Fig. 113 Setarea paşilor de test: încărcare lentă, pauză, încărcare rapidă, pauză, descărcare, pauză, reîncărcare

125 Page122 Rezultatele finale pot fi printate şi pe baza lor se pot alege manual din panou celulele bune (v. Fig.114). Fig. 114 Exemplu de listare rezultate APARATUL DE SUDURĂ CELULE SUNSTONE CD320DPM2 SunStone CD320DPM2 este o stație de sudură cu descărcare capacitivă cu două pulsuri în punct rezistiv (Dual Pulse Capacitive Discharge Fine-Spot Resistance). Acest aparat de sudură permite conectarea electrică între două sau mai multe celule prin sudura unei benzi metalice, de obicei Nickel. Cei doi electrozi ai capului de sudură sunt plasaţi prin presare în punctul unde se doreşte efectuarea sudurii. În urma descărcării capacitive între cei doi electrozi prin rezistenţa metalului se obţine sudarea.

126 Page123 Fig Aparatul de sudură Sunstone CD320PM2 ; Schiţa procesului de sudură; Exemplu de celule combinate prin sudură STAŢIE DE LIPIT Această stație de lipit permite conectarea electrică dintre circuitul PCB al bateriei și corpul accumulator al bateriei (cel obținut prin sudura dintre celulele componente cu aparatul de la paragraful precedent).

127 Page124 Fig Staţie de lipit - PCB cu conductoarele conectate - Aranjarea conductoarelor şi izolarea părţilor expuse TESTERE BATERII NOTEBOOK (SMART BATTERY TESTERS) Testerul BTS-10A: Acest tester portabil oferă date esențiale despre funcționalitatea unei baterii și despre parametrii de interes (capacitate, tensiune de design versus capacitate, tensiune reale) pe un afișaj lcd incorporat. Se mai pot obține informații detaliate despre producător, data producție, serial, număr de cicluri și multe altele. Se pot efectua teste încărcare descărcare cu vizualizarea parametrilor tensiune curent - capacitate în timp real. RePower Smart battery charger: Acest tester este fix și necesită conectarea la un calculator cu un software aferent. Patru porturi cu activitate independentă permit testarea de baterii și oferă informații detaliate despre funcționalitățile bateriilor conectate. Față de primul tester acesta oferă date despre viața bateriei și posibilități de diagnosticare a uzurilor sau defectelor de funcționare.

128 Page125 Fig RePower Smart battery charger Exemplificarea relevanţei informaţiilor ce pot fi obţinute cu acest tester este prezentată în Figurile 118 şi 119. Fig. 118 Date generale despre baterie, funcţionarea şi evaluarea uzurii acesteia: nume producător, nume versiune software, serial, chimie, capacitatea şi voltajul nominale de design, curent şi voltaj maxim la încărcare, capacitatea rămasă, capacitatea maximă potenţială, număr de cicluri încărcaredescărcare, sănătatea bateriei procentuală.

129 Page126 Fig. 119 Detalii avansate despre baterie şi posibilitatea identificării eventualelor defecte pe baza unor indici de stare. PROGRAMATOARE Programatorul este un circuit de interfață între un port USB (conectat la un calculator folosind un soft special) și portul SMBus al unei baterii de notebook. Este folosit pentru obținerea de informații pe care bateria le poate oferi și pentru a putea, în anumite condiții, scrierescrie memoria flash a microcontrolerului aflat pe PCB-ul bateriei, operație necesară în anumite cazuri pentru corectarea sau dictarea parametrilor de funcționare a bateriei. În general sunt acceptate microcontrolere produse de Texas Instruments și sunt necesare softul bqevsw și suportul acestuia pentru microcontrolerul cu care se dorește comunicarea. Exemplificarea funcţionalităţilor programatorului EV 2300 şi a software-lui aferent este arătată în Fig Fig Programatorul EV2300

130 Page127 Fig Funcţionalităţile programatorului şi a software-lui aferent Gestionarea producției de baterii Atât componentele folosite cât și bateriile ca produs finit necesita o gestionare, atât pentru sistemul intern al firmei cât și pentru contabilizarea acestora ca produse vandabile din punct de vedere fiscal. Pentru aceasta se folosește sistemul intern CRM (Customer Relationship Management). Fizic, materiile prime și bateriile finite sunt depozitate organizat, cu evidență electronică a locației pentru fiecare dintre acestea. Evidența compatibilităților bateriilor disponibile (denumiri, imagini baterii, caracteristici, part numbers compatibile, notebookuri compatibile) este ținută într-o bază de date. Un exemplu este prezentat în Fig. 122.