Мосфеты на материнской плате что это
Система питания (VRM). То, что упоминают разбирающиеся и не очень люди в контексте выбора комплектующих. В основном это видеокарты и материнские платы.
VRM - один из главных критериев при выборе материнской платы или видеокарты.
В этой статье я постараюсь простыми словами объяснить, что это такое, принцип работы и критерии выбора. Без сложных объяснений и кратко.
Есть 2 части - теоретическая и практическая. Если вам не интересна теория, можете скипнуть ее, но информация интересная в целом для общего развития, так шо можете и почитать :)
Если будут ошибки, которые найдут какие-то радиолюбители - извиняйте, я гуманитарий))))))))))))
Почему 12v - основное напряжение? Все просто - оно позволяет переносить достаточно большие токи при адекватной толщине (сечении) проводов питания на нормальные расстояния.
Эти 12v уже приходят на видеокарту или материнскую плату, и через систему питания, преобразовываются в необходимый чипам вольтаж, в непосредственной близости к самим кристаллам. С основным разобрались, теперь ближе к самим системам питания.
У VRM есть две задачи:
Снижение напряжения до нужного кристаллу
Подача стабильного, чистого напряжения без лишних пульсаций или скачков.
В основе системы питания у нас лежит импульсный преобразователь, который работает по следующему принципу:
Напряжение подается только некоторую часть времени, остальное время у нас есть 0 вольт.
Но, естественно, процессор не скажет спасибо, если подавать на него некоторую часть времени 12 вольт, некоторую часть времени - 0в. Поэтому в системе питания используется LC-фильтр, который ‘размывает’ частые включения и отключения.
КПД в случае с импульсным преобразователем не 100%, но достаточно высокое.
Импульсы же генерируются транзисторами (mosfet, мосфет, ключ), которые открываются (и, соответсвенно, подают напряжение) только на очень непродолжительное время. Управляет этим открытием драйвер, который в свою очередь управляется контроллером. Контроллер - небольшая микросхема, которая отслеживает питание и указывает драйверу, на какое время открывать затворы транзисторов.
upd: Забыл упомянуть в теории. Транзисторы боятся очень высоких температур. Точнее максимальные токи снижаются с ростом температур. Поэтому нельзя оперировать идеальными значениями из даташитов - на практике дело может быть немного другим. А еще LC фильтр для каждой фазы отдельный, хз почему я его сплошным нарисовал :dog_wtf:
Почему бы не сделать одну фазу?
Температуры. Транзисторы имеют свойство нагреваться при работе, и чем чаще они открываются, тем больше буде нагрев.
Сделать больше фаз питания. Тогда нам придется открывать транзистор на тот же промежуток времени, а реже. То есть все мосфеты открываются попеременно, при открытии одного, остальные остаются закрыты.
Вот как это должно выглядеть в теории:
Контроллер управляет драйверами со своим смещением.
Также сегодня очень часто встречаются драйвера-даблеры. Они берут сигнал от контроллера и либо разбивают его по фазе (что позволяет снизить пульсации. Работает оно простым образом - полученный шим сигнал чередованно отправляется в 2 выхода. Т.е. частота сигнала уменьшается в два раза, но в таком режиме даблер действительно делит одну фазу на две), либо включают их синхронно (что позволяет повысить ток, проходящий через VRM. Это удваивает цепи питания, но не фазы).
Проще говоря, если у нас есть 8 реальных фаз и 8 виртуальных, полученных из удвоителей, то на реальных фазах пульсации все равно будут меньше, чем на удвоителях, ведь частота фаз не будет менятся. С виртуальными фазами частота уменьшается вдвое.
Вывод по теории:
Есть несколько проблем импульсного преобразователя питания - пульсации и максимальная величина тока. Пульсации исправляются числом фаз питания и частотой. Увеличить величину тока можно количеством цепей питания и/или более хорошими транзисторными сборками.
А теперь одно ОЧЕНЬ важное уточнение. Нельзя смотреть на чистые циферки из даташитов. Нет, конечно, это довольно важный параметр, но далеко не решающий. Это только идеальные условия, которые у вас вряд ли будут.
Приведу пример: ASrock fatal1ty b450 gaming k4. 3 фазы системы питания, но 6 цепей. Изначально может показаться, что на такую плату нельзя ставить мощные процессоры, но на самом деле, благодаря использованию 6 цепей с хорошими транзисторами (SinoPower SM4337 & SM4336) и нормальным охлаждением, эта плата показывает себя всего немного хуже в плане температур при работе с Ryzen 2700x, чем более дорогая msi b450m tomahawk max (ON Semiconductor 4C029N, 4C024N).
Изначально смотрите не на количество фаз, а на реальные температуры во время работы с жористыми процессорами. Такие тесты можно найти либо в гугле, либо есть отличный канал Hardware Unboxed, который тестирует разные материнские платы. Естественно что количество фаз, линий питания, максимальные значения которые VRM может пропустить через себя - очень важные параметры, но вам, как конечному пользователю, это не сильно интересно. Также важно какое-никакое охлаждение системы питания, ибо на естественном отводе тепла, особенно без продуваемости в корпусе, далеко не заедешь. В идеале брать уже под среднебюджетные процессоры матери с охладом на ВРМ, учитывая что вы еще сможете апгрейднуться. К топовым процессорам безусловно нужна мать с хорошим охладом. И не забывайте ставить сзади сверху вертушку на выдув, она неплохо помогает отводить тепло от системы питания :)
Чтобы узнать количество фаз питания:
Узнайте какой контроллер используется (сколько максимум фаз поддерживает) -> узнайте какие используются драйверы и в каком режиме они работают (чистая фаза, даблер (синхронный или со смещением по фазе), квадрер (синхронный или со смещением по фазе)).
Считать фазы по количеству дросселей нельзя - это нам скажет о количестве линий питания, а не о количестве фаз. Иногда эти числа совпадают, иногда - нет.
Обычно в обзорах за конечного потребителя уже все посчитали, и можно наслаждаться готовыми данными.
Спасибо за прочтение.
Надеюсь, после этой статьи вы не будете больше брать дешевые материнские платы без охлаждения на мосфетах в паре с дорогими процессорами. Да, производитель заявляет поддержку i9 10900k даже на самых дешевых матерях, но система питания там на такое совсем не расчитана. В итоге взяв дешман мать + жористый процессоры вы не получите ничего, кроме огромных температур на мосфетах, троттлинга и по итогу выхода из строя вашей рабочей/игровой машины.
Мосфет ( MOSFET ) — это полупроводниковый полевой транзистор с оксидом металла (metal oxide semiconductor field effect transistor). В мире ПК эти электрические компоненты находятся на материнской плате настольного компьютера или ноутбука, а также на блоке питания.
В этой небольшой статье мы попытаемся разобраться что такое мосфеты (mosfet), а также выясним где они используются.
Выводы
Теперь вы знаете что такое VRM. Это весьма важный элемент, на который пользователи зачастую не обращают внимания. Данный модуль бывает как на материнских платах, так и на видеокартах. Чем больше количество фаз в VRM, тем стабильнее будет работать оборудование.
Любой, кто разбирал компьютер, видел как много различных элементов на материнской плате, в этой статье я постараюсь кратко описать и показать основные компоненты, устанавливаемые на материнские платы современных компьютеров.
Или мосфет. Обычно используется для усиления, генерации и преобразования электрических сигналов. В общем случае транзистором называют любое устройство, которое имитирует главное свойство транзистора - изменения сигнала между двумя различными состояниями при изменении сигнала на управляющем электроде.
Резистор - это пассивный элемент радиоэлектронной аппаратуры, предназначенный для создания в электрической цепи требуемой величины электрического сопротивления, обеспечивающий перераспределение и регулирование электрической энергии между элементами схемы.
Электролитические конденсаторы схожи с аккумуляторами, но в отличии от которых выводят весь свой заряд в крошечные доли секунды. Используются, чтобы выровнять напряжение или блокировать постоянный ток в цепи.
Керамические SMD, танталовые, ниобиевые и др. Лучше для электроники, которая не требует высокой интенсивности работы.
Светодиод (LED). В основном LED - крошечные лампочки.
Катушки и индуктивности
Индуктор (дроссель) - обмотка провода, катушка, используется для смягчения скачка тока при запуске. Зачастую стоят перед процессором.
Генератор тактовых частот.
Генератор тактовых частот (клокер) — устройство, формирующее тактовые частоты, используемые на материнской плате и в процессоре.
Кварц перемещает энергию назад и вперед между двумя формами в равные доли времени. Задаёт частоту работы всей электрической схемы.
SuperIO (SIO, MultiIO, MIO, "мультик").
Третья по значимости и размеру микросхема на материнской плате – после мостов. Отвечает за порты ввода-вывода (COM, LPT, GamePort, инфракрасный порт, PS/2 для клавиатуры и мыши и др.). Является микроконтроллером (выполняет часть прошивки биос), выродился из контроллера клавиатуры, но в современных платах выполняет множество важных функций. Он например мониторит сигналы с Шим и когда убедится что всё ОК с питанием - даёт южному мосту команду "нажали на вкл, запускайся", ещё он управляет режимами S0-S5. На текущий момент это его основной функционал, а функции ввода - вывода - отмирающий придаток. Зачастую обладает дополнительным функционалом:
встроенный Hardware Monitoring
контроллер управления скоростью вентиляторов
интерфейс для подключения CompactFlash-карт.
ШИМ-контроллер (от Широтно-Импульсная Модуляция) - главная микросхема, управляющая напряжением на материнской плате.
Мосты (северный и южный).
Северный мост (MCH).
Одним из основным составляющим компонентом материнской платы будь то компьютера либо ноутбука является Северный мост (англ. Northbridge; в отдельных чипсетах Intel, также — контроллер-концентратор памяти с английского Memory Controller Hub)
MCH является системным контроллером чипсета на материнской плате платформы x86, к которому в рамках организации взаимодействия подключено следующие оборудование:
1. через Front Side Bus — микропроцессор, если в составе процессора нет контроллера памяти, тогда через шину контроллера памяти подключена— оперативная память.
2. через шину графического контроллера — видеоадаптер (в материнских платах нижнего ценового диапазона, видеоадаптер часто встроенный. В таком случае северный мост, произведенный Intel, называется GMCH (от англ. Chipset Graphics and Memory Controller Hub).
Название чипа как «Северный мост» можно объяснить представлением архитектуры чипсета в виде карты. В результате процессор будет располагаться на вершине карты, на севере
Исходя из назначения, северный мост определяет параметры (возможный тип, частоту, пропускную способность):
- системной шины и, косвенно, процессора (исходя из этого — до какой степени может быть разогнан компьютер);
- оперативной памяти (тип — например SDRAM, DDR, DDR2, её максимальный объем);
Во многих случаях именно параметры и быстродействие северного моста определяют выбор реализованных на материнской плате шин расширения (PCI, PCI Express) системы.
В свою очередь, северный мост соединён с остальной частью материнской платы через согласующий интерфейс и южный мост. Когда технологии производства не позволяют скомпенсировать возросшее, вследствие усложнения внутренней схемы, тепловыделение чипа, современные мощные микросхемы северного моста помимо пассивного охлаждения (радиатора) для своей бесперебойной работы требуют использования индивидуального вентилятора или системы жидкостного охлаждения, что в свою очередь увеличивает энергопотребление всей системы и требует более мощного блока питания.
Минуя северный мост согласно нашей схеме двигаясь на юг на материнской плате расположен южный мост.
Южный мост ( ICH)
Южный мост (от англ. Southbridge) (функциональный контроллер), также известен как контроллер-концентратор ввода-вывода (от англ. I/O Controller Hub, ICH).
Обычно это одна микросхема, которая связывает «медленные» (по сравнению со связкой «Центральный процессор-ОЗУ») взаимодействия (например, Low Pin Count, Super I/O или разъёмы шин для подключения периферийных устройств) на материнской плате с ЦПУ через Северный мост, который, в отличие от Южного, обычно подключён напрямую к центральному процессору.
Если взять функциональность, то южный мост включает в себя:
- контроллеры шин PCI, PCI Express, SMBus, I2C, LPC, Super I/O;
- PATA (IDE) и SATA контроллеры;
- часы реального времени (Real Time Clock);
- управление питанием (Power management, APM и ACPI);
- энергонезависимую память BIOS (CMOS);
- звуковой контроллер (обычно AC'97 или Intel HDA).
Опционально южный мост также может включать в себя контроллер Ethernet, RAID-контроллеры, контроллеры USB, контроллеры FireWire, аудио-кодек и др. Реже южный мост включает в себя поддержку клавиатуры, мыши и последовательных портов, но обычно эти устройства подключаются с помощью другого устройства — Super I/O (контроллера ввода-вывода).
Поддержка шины PCI включает в себя традиционную спецификацию PCI, но может также обеспечивать и поддержку шины PCI-X и PCI Express. Хотя поддержка шины ISA используется достаточно редко, она все таки является неотъемлемой частью современного южного моста. Шина SM используется для связи с другими устройствами на материнской плате (например, для управления вентиляторами). Контроллер DMA позволяет устройствам на шине ISA или LPC получать прямой доступ к оперативной памяти, обходясь без помощи центрального процессора.
Контроллер прерываний обеспечивает механизм информирования ПО, исполняющегося на ЦПУ, о событиях в периферийных устройствах. IDE интерфейс позволяет «увидеть» системе жёсткие диски. Шина LPC обеспечивает передачу данных и управление SIO (это такие устройства, как клавиатура, мышь, параллельный, последовательный порт, инфракрасный порт и флоппи-контроллер) и BIOS ROM (флэш).
APM или ACPI функции позволяют перевести компьютер в «спящий режим» или выключить его.
Системная память CMOS, поддерживаемая питанием от батареи, позволяет создать ограниченную по объёму область памяти для хранения системных настроек (настроек BIOS).
Меню настроек Bios.
Северный и южный мосты материнской платы вкупе составляют одно целое устройство управления всей системой так сказать глаза, уши, руки ЦП. Вкупе эти два чипа называются – чипсет.
Чипсет (англ. chipset) — набор микросхем, спроектированных для совместной работы с целью выполнения набора каких-либо функций. Так, в компьютерах чипсет, размещаемый на материнской плате выполняет роль связующего компонента, обеспечивающего совместное функционирование подсистем памяти, центрального процессора (ЦП), ввода-вывода и других. Чипсеты так можно встретить и в других устройствах, например, в радиоблоках сотовых телефонов.
Чаще всего чипсет современных материнских плат компьютеров состоит из двух основных микросхем северного и южного моста (иногда объединяемых в один чип, т. н. системный контроллер-концентратор (англ. System Controller Hub, SCH):
Иногда в состав чипсета включают микросхему Super I/O, которая подключается к южному мосту по шине Low Pin Count и отвечает за низкоскоростные порты: RS232, LPT, PS/2.
Существуют и чипсеты, заметно отличающиеся от традиционной схемы. Например, у процессоров для разъёма LGA 1156 функциональность северного моста (соединение с видеокартой и памятью) полностью встроена в сам процессор, и следовательно, чипсет для LGA 1156 состоит из одного южного моста, соединенного с процессором через шину DMI.
Создание полноценной вычислительной системы для персонального и домашнего компьютера на базе, состоящих из столь малого количества микросхем (чипсет и микропроцессор) является следствием развития техпроцессов микроэлектроники развивающихся по закону Мура.
В создании чипсетов, обеспечивающих поддержку новых процессоров, в первую очередь заинтересованны фирмы-производители процессоров. Исходя из этого, ведущими фирмами (Intel и AMD) выпускаются пробные наборы, специально для производителей материнских плат, так называемые англ. referance-чипсеты. После обкатки на таких чипсетах, выпускаются новые серии материнских плат, и по мере продвижения на рынок лицензии (а учитывая глобализацию мировых производителей, кросс-лицензии) выдаются разным фирмам-производителям и, иногда, субподрядчикам производителей материнских плат.
Список основных производителей чипсетов для архитектуры x86: Intel, NVidia, ATI/AMD: (после перекупки в 2006 году ATi вошла в состав Advanced Micro Devices), Via, SiS
Микропроцессор (ЦП)- является полным механизмом вычисления.
BIOS (Basic Input-Output System) микросхемы основной системы ввода/вывода.
Технология Dual Bios на материнских платах производства Gigabyte. В случае сбоя основного bios его можно восстановить из резервной микросхемы.
Батарейка CMOS. Служит для хранения настроек BIOS и для поддержания системного времени в актуальном состоянии.
Аудиокодек (англ. Audio codec; аудио кодер/декодер) — компьютерная программа или аппаратное средство, предназначенное для кодирования или декодирования аудиоданных.
Сетевой контроллер (Onboard LAN).
Сетевой контроллер (Onboard LAN) представляет собой отдельную микросхему. Как и в случае с аудио кодеком при выходе из строя может сильно греться. Ремонтируется так же заменой или демонтажем.
Иногда, при неисправности внуренней сетевухи или звуковухи компьютер может не стартануть вводя в ступор южник. Можно починить материнскую плату просто отпаяв микросхему и как правило с вероятностью 80% компьютер заводится и тогда отключив в BIOS
сеть и/или звук и вставив внешнюю плату можно пользоваться компьютером без опаски.
В этой статье вы узнаете все про VRM материнских плат ваших компьютеров. Она будет разделена на два раздела: для новичков в компьютерном железе и для продвинутых пользователей. В первом мы рассмотрим все основные пункты и примерно подскажем, сколько нужно фаз материнской плате. А во втором уже подробно рассмотрим саму работу VRM.
Содержание статьи:
Как они работают
Мосфеты напоминают выключатели, которые включаются и выключаются по сигналу интегральной микросхемы (ИС), называемой ШИМ-чипом/контроллером. Мосфеты быстро включаются и выключаются, что позволяет пропускать большой ток короткими очередями. Это, наряду с другими частями VRM, управляет напряжением, посылаемым на другие комплектующие.
Для охлаждения мосфетов во время экстремальных разгонов, энтузиасты часто используют водяное охлаждение.
Мосфеты и блоки питания
Мосфеты делают то же самое и в блоках питания. Они используются в преобразователях и цепях регуляторов для коммутации в импульсных источниках питания (SMPS).
В SMPS энергия извлекается из розетки перед ее разбиением на небольшие пакеты, а мосфеты работают переключателями. Затем эти пакеты передаются через конденсаторы, индукторы и другие электрические компоненты, способные накапливать энергию. В конце концов, пакеты сливаются в один для получения стабильного электропитания.
Для работы большинства комплектующих компьютера необходимо питание. Для пользователя это означает лишь то, что нужно не забыть подключить блок питания к розетке, а вот на практике всё несколько иначе.
В блоке питания напряжение розетки преобразовывается с 220 В в 12 В. Прежде, чем добраться до процессора, видеокарты или другого устройства, питание проходит через специальные модули – VRM. Именно о том, что это такое, мы и расскажем в данной статье.
Что такое VRM?
Давайте разберемся что такое VRM на материнской плате. Аббревиатура VRM переводится как «модуль регуляции напряжения». Важно понимать, что это не один какой-то элемент устройства, а их совокупность. По умолчанию VRM включает в себя следующие компоненты:
- ШИМ-контроллер или PWM контроллер (салатовый); (оранжевый);
- дроссель (красный);
- конденсатор (синий).
Всё вместе это и называется «модулем регулятора напряжения». Такие модули есть на материнских платах и видеокартах. В первую очередь такой модуль преобразовывает напряжение, подаваемое от блока питания к комплектующим. Комплектующим, как правило, не нужны все 12 В. К примеру, процессоры используют лишь 1,5 В. Вторая важная задача для VRM – подавать это напряжение стабильно, без скачков и перепадов.
Указанную выше совокупность элементов принято также называть фазой питания. Проходя через такую фазу, питание передаётся устройству в виде импульса. Это значит, что в какой-то момент времени происходят скачки напряжения. Они негативно сказываются на работе оборудования. Дабы такие скачки свести к минимуму, принято использовать не одну фазу питания, а несколько. Их импульсы смещаются друг относительно друга таким образом, чтобы на выходе получалось «ровное» значение напряжения. Взгляните на изображение ниже. В нём схематически изображена работа VRM, состоящая из 4-х фаз питания.
На сегодняшний день в VRM принято использовать в среднем от 4 до 8 фаз. Чем их больше, тем стабильнее будет напряжение. Кроме того, от их количества зависит и максимальная мощность, которую может получить процессор. Последний параметр особо важен в случаях, когда планируется его разгон.
Мосфеты на материнской плате
На ПК мосфеты образуют VRM (модуль регулятора напряжения), который контролирует, сколько напряжения получают комплектующие на материнской плате, такие как процессор или видеокарта.
П роцессоры и видеокарты, имеют строгое рабочее напряжение, и VRM не допус кает его превышения. Мосфеты важны для работы VRM и влияют на количество тепла, выделяемого VRM во время работы. Мосфеты могут довольно сильно нагреется, если вы используете мощную видеокарту. Р адиатор материнской платы охлаждает мосфеты и, следовательно, VRM. Помимо обеспечения стабильности и безопасности всей системы в целом, охлаждение мосфетов важно для любого разгона.
Раздел 1. Для новичков
Немного про VRM
VRM – модуль регулирования напряжения, в составе которого находятся MOSFET-транзисторы, дроссели, конденсаторы, драйверы и контроллер. Основной задачей модуля является обеспечение питания процессора и контроллера памяти. Простыми словами, VRM просто понижает 12-вольтовое напряжение, идущее от блока питания, на значение, которое необходимо процессору (например, 1.35 В).
Существует мнение, что чем больше MOSFET-транзисторов (далее – цепей питания), тем лучше. Но так происходит не всегда. Дело в том, что зачастую VRM делится на две части: CPU и остальные части материнской платы, такие как контроллер памяти и т.д. Из-за этого конфигурации могут быть различными.
Чем больше расположено цепей питания в зоне CPU, тем лучше. Если у вас на материнской плате, допустим, расположено 6+2, то это будет лучше, чем 4+4 при разгоне процессора. Также учтите, что первое число – количество цепей CPU, а второе – количество цепей остальных элементов.
Дело в том, что зона VRM при том же разгоне процессора начинает греться. Вспомним курс школьной физики и приведем небольшой пример, почему все же первое число в конфигурации VRM должно быть больше, чем второе.
У вас есть условный процессор, который вы решили разогнать. Когда вы повышаете его частоту, вам также надо увеличить напряжение для стабильности. При повышении напряжения соответственно растет и сила тока, вспомните формулу I=U/R. Когда растет сила тока, повышается и нагрузка на фазы питания, из-за чего они и начинают перегреваться. Больше фаз питания – меньше нагрев, из-за распределения между ними: сила тока на один MOSFET-транзистор уменьшается.
Количество цепей питания на другие элементы материнской платы в целом вообще не важны, так как их всегда хватает для рядового пользователя (даже при разгоне той же оперативной памяти), из-за этого большинство отдают предпочтение именно первому числу в конфигурации 6+2.
Производители материнских плат зачастую устанавливают «удвоители» фаз питания (рассматривается подробнее во втором разделе). Они попросту виртуальные, а делается это для увеличения пропускаемой силы тока через MOSFET, из-за чего снижается нагрев. Узнать фактическое количество фаз питания на материнской плате можно несколькими способами:
- посмотрев обзоры на материнскую плату, в которых они могут быть указаны
- поискав на соответствующих форумах
- прочитав datasheet (техническую документацию) определенного драйвера в вашей материнской плате, далее сопоставив количество фаз, указываемых производителем, и поддерживаемых драйвером.
Также желательно выбирать материнские платы с охлаждением на цепях питания во избежание перегрева.
Сколько цепей питания надо?
Однозначно ответить на вопрос, на какую материнскую плату обращать внимание, мы не сможем, однако попробуем ответить на вопрос о количестве фаз. Мы подготовили таблицу. Рекомендуется не нагружать отдельную цепь током более 30 А, из этого выходит следующее:
Количество цепей (без даблера) | Максимальная сила тока | Выходящая мощность Imax×U |
---|---|---|
3 | 90 А | 117 Вт |
4 | 120 А | 156 Вт |
6 | 180 А | 234 Вт |
8 | 240 А | 312 Вт |
Примечание:
при напряжении на процессор 1.3 В
Стоит все же отметить, что данная информация носит рекомендательный характер. Невозможно точно сказать без проверки по техническим документам, на какую силу тока можно нагружать MOSFET-транзисторы на конкретно вашей материнской плате.
Раздел 2. Информация для продвинутых пользователей
Итак, мы закончили с простыми объяснениями. Если у вас уже закипела голова, можете не продолжать читать, потому как далее пойдет физика, но, к счастью, с нашей инфографикой.
Приведем схему условной VRM для лучшего понимая дальнейшего текста:
PWM расшифровывается как Pulse-Width Modulation, что на русском обозначает Широтно-Импульсная Модуляция. PWM-контроллер или ШИМ-контроллер является координатором количества энергии, которая пройдет через фазы на процессор. Он управляет этим, изменяя ширину импульсов, которая зависит от количества энергии, требуемой процессору.
Тот самый даблер или квадрер. Но начнем мы не с них. Для начала разберемся в некоторых очень важных вещах:
- Цепь питания состоит из MOSFET-транзисторов и LC-фильтра. Большее количество цепей увеличивает силу тока, проходящую через VRM.
- Фаза питания находится непосредственно на ШИМ-контроллере. Из одной фазы питания на ШИМ-контроллере ток выходит в драйвер (или даблер, если таковой имеется). Количество фактических (без даблера) фаз влияет на уменьшение пульсаций. То есть больше фаз – меньше пульсаций. Неспроста, к слову, фазы питания так называют, потому что переключаются транзисторы не в одно время, а с небольшим сдвигом по фазе:
Для лучшего понимания вышесказанного вернемся к той самой инфографике в начале:
Даблер может увеличивать количество цепей питания вдвое, при этом используя только одну фазу. Квадрер же – вчетверо. Однако зачастую устанавливаются в материнских платах именно даблеры.
Дело в том, что ШИМ-контроллер ограничен количеством каналов управления и управляет таким же количеством фаз. Для обхода его и используют. Зачем это нужно? Для того, чтобы увеличить силу тока, проходящую через VRM, без использования лучшего контроллера. Отметим, что при увеличении максимальной пропускной способности силы тока и неизменном потреблении питания процессора уменьшатся и температуры MOSFET-транзисторов.
Рассмотрим сначала блок-схему VRM без даблера:
Переходим к простому даблеру. Он формирует импульсы со сдвигом по времени, уменьшая их частоту на выходе.
На схеме VRM он устанавливается между самим ШИМ-контроллером и драйвером.
В заключении покажем блок-схему VRM с даблером:
Драйвер управляет двумя MOSFET-транзисторами: согласует сигналы с низким напряжением, поступающие с ШИМ-контроллера или удвоителя, с необходимыми напряжениями. Драйвер также устраняет промежуток между переключением транзисторов из открытого состояния в закрытое.
Иногда происходит такое, что один транзистор не до конца закрывается, а другой уже открывается. В такой ситуации через них протекает сквозной ток 12 В, из-за чего транзисторы начинают сильно нагреваться. Это тоже устраняет драйвер, создавая задержки между сигналами управления транзисторами.
MOSFET расшифровывается как Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor (полупроводниковый полевой транзистор на основе оксида металла). Это нечто иное, как обычный МОП-транзистор. Работа полевого транзистора кроется в том, что у него есть возможность управлять протекающим током с помощью электрического поля.
- Кремниевая подложка. Может быть двух типов: p и n. В подложках типа p преобладают положительно заряженные атомы в узлах кристаллической решетки кремния. В n-типовой подложке, наоборот, преобладают отрицательно заряженные атомы.
- Области полупроводника n+. Эти области обогащены свободными электронами, к ним подключаются электроды стока-истока.
- Диэлектрик. Он выполняется из оксида кремния SiO2. Целью его является изоляция электрода затвора от подложки из кремния. К поверхности диэлектрика подключается электрод затвора.
Сглаживающий фильтр включает в себя катушку индуктивности (L), которая подключается последовательно с нагрузкой, и конденсатор (C), который подключается параллельно.
Его предназначение кроется в преобразовании 12-вольтовых импульсов в постоянное низковольтное напряжение питания процессора.
Работа двух MOSFET-транзисторов и LC-фильтра
Работу двух транзисторов можно представить в двух тактах:
-
Открывается транзистор, заряжая катушку индуктивности.
Далее цикл повторяется на определенной частоте, зачастую в мегагерцах (миллион раз в секунду и более)
Далее импульсы сглаживаются LC-фильтром, образуя почти прямую на графике:
Почему не прямая? Дело в том, что идеальных LC-фильтров не бывает, всегда будут присутствовать небольшие пульсации.
После этих действий все фазы объединяются в одну, вследствие чего пульсации уменьшаются:
Читайте также: