Что такое VRM (модуль регулятора напряжения)? Простой обзор

По | 29.07.2020

Когда дело доходит до материнских плат, каждый хочет что-то свое для своего рабочего стола. Некоторые люди предпочитают иметь несколько вариантов USB-порта для подключения, в то время как другие предпочитают использовать несколько видеокарт для игр.

Но есть один важный аспект конструкции материнской платы, который люди часто игнорируют: модуль регулятора напряжения (VRM). Он отвечает за питание процессора и графического процессора.

В этой обзорной статье мы обсудили, почему VRM является наиболее важным компонентом, как он работает, и почему люди не должны упускать из виду это при выборе новой материнской платы.

Что такое VRM?

VRM (сокращение от модуля регулятора напряжения) — это мини-источник питания, подключенный к микропроцессору. Точно так же, как основной источник питания (SMPS или импульсный источник питания) получает 240 или 120 вольт от настенной розетки и понижает его до 12 вольт постоянного тока, материнская плата VRM делает это во второй раз, чтобы обеспечить соответствующее напряжение для процессора.

VRM, также называемый модулем питания процессора, представляет собой преобразователь питания постоянного тока, который понижает напряжение, преобразуя +12 или +5 вольт в намного более низкое напряжение, требуемое микропроцессором.

Большинство VRM обеспечивают нагрузку от 0,5 до 3,5 В, что позволяет интегрировать микропроцессоры с различным напряжением питания на одной материнской плате.

Современные VRM чувствуют [varying] требуется напряжение от процессора и соответственно отрегулируйте источник питания. Они припаяны к материнской плате, чтобы сделать «зондирование». Некоторые графические процессоры также используют VRM из-за их требований к высоковольтному напряжению. Такие VRM очень сильно нагреваются при выполнении своей задачи, поэтому им необходим радиатор для отвода избыточного тепла.

Как это работает?

VRM обычно реализуется в качестве переключающего регулятора из-за его эффективности. Хотя это всего лишь понижающий преобразователь, который точно понижает напряжения до соответствующих уровней, его конструкция довольно сложна, чем простая схема.

VRM состоит из трех компонентов:

  1. МОП-транзистор: Полупроводниковое устройство, которое широко используется для коммутации и усиления электронных сигналов.
  2. Дроссель (индуктор): Пассивный компонент, который накапливает энергию в магнитном поле, когда электрический ток проходит через него.
  3. КонденсаторЕще один пассивный компонент, хранящий электрическую энергию в электрическом поле.

Однофазная схема VRM

Схема VRM состоит из двух полевых МОП-транзисторов (верхняя и нижняя), которые служат фактическими переключателями. Когда полевой МОП-транзистор закрыт, индуктор создает магнитные поля (заряжается). Если полевой МОП-транзистор остается закрытым в течение достаточного времени, индуктор накапливает полный заряд, достигая 12 вольт (аналогично источнику питания).

Тем не менее, фактическая цель индуктора в цепи VRM состоит в том, чтобы не допустить мгновенного достижения напряжения 12 вольт. Скорость изменения напряжения зависит от индуктивности индуктора. Например, большой индуктор с высокой индуктивностью будет изменять напряжение с относительно меньшей скоростью.

Когда полевой МОП-транзистор открывается, магнитное поле индуктора начинает разрушаться, создавая ток, который подается на ЦП. В то же время внезапный скачок напряжения генерируется на индуктивной нагрузке. Чтобы устранить этот всплеск, через индуктор подключен обратный диод.

Когда полевой МОП-транзистор разомкнут, нижний выключатель замкнут. Эта конфигурация позволяет току проходить через полевой МОП-транзистор вместо диода, что повышает эффективность схемы.

Целью схемы является подача соответствующего напряжения, требуемого процессором. Поскольку большинство современных микропроцессоров потребляют 1,2 вольт, схема отключает зарядку дросселя, когда напряжение на индуктивности достигает 1,2 вольт. Как только это происходит, напряжение начинает падать. После определенного падения напряжения цепь снова начинает заряжать индикатор.

Этот цикл повторяется снова и снова с помощью метода, называемого широтно-импульсной модуляцией. И вот как схема поддерживает и обеспечивает соответствующее рабочее напряжение.

Обычно у нас нет только двух полевых МОП-транзисторов, одного индуктора и одного конденсатора для всей системы ЦП. Большинство VRM используют несколько MOSFET, несколько индукторов и несколько конденсаторов (соединенных параллельно) для питания микропроцессора.

Преимущество многофазных VRM

В многофазном VRM каждая фаза обрабатывает часть общего тока, которая требуется CPU / GPU. Например, когда процессору требуется 50 ампер, двухфазный VRM делит ток между двумя фазами. Таким образом, 25 ампер передаются через первую фазу, а остальные 25 ампер передаются через вторую фазу.

Это означает, что если у вас есть две фазы питания, каждая фаза работает 50% времени. И если вы добавите третью фазу, каждая фаза будет работать только 33% времени и так далее.

VRM четырехфазная схема

Чем больше фаз питания, тем надежнее VRM. В частности, чем больше фаз питания вы добавляете, тем круче работает каждая фаза, и тем больше мощность VRM может выдавать, обеспечивая более стабильные напряжения для микропроцессора.

Работа кулера увеличивает срок службы VRM и снижает риск перегрева. Лучшая стабильность питания процессора также может в некоторой степени снизить требуемое напряжение для стабильности разгона.

Важно понимать, что качество VRM нельзя улучшить, просто добавив больше фаз питания. Фактические компоненты и их интегральная схема играют важную роль в определении того, сколько энергии может выдерживать VRM и как долго он может выдавать стабильное напряжение.

Низкокачественный VRM может ухудшить производительность процессора и ограничить его способность работать под нагрузкой. Это также может привести к неожиданным отключениям, особенно при разгоне.

Компоненты VRM на материнской плате

Современные VRM состоят из 6, 8, 12 и даже 16 фаз, чтобы обеспечить оптимальную производительность по разумным ценам. Несколько производителей продавали VRM как «6 + 2» или «8 + 3». Значение перед знаком плюс показывает количество фаз, выделенных для питания процессора, а значение после знака плюс показывает фазы, выделенные для других компонентов, таких как GPU или RAM.

VRM также расположены рядом со слотами RAM на материнской плате. Но, поскольку ОЗУ потребляет гораздо меньше энергии, чем процессор, и разгон ОЗУ делают лишь несколько человек, это часто игнорируется.

Как CPU / GPU использует VRM?

Большинство VRM не генерируют фиксированное напряжение. Вместо этого они получают цифровые сигналы от микропроцессора, которые инструктируют их о необходимых (различных) уровнях напряжения.

При запуске VRM подает микропроцессору предварительно определенное напряжение. Затем процессор связывается с VRM через ряд битов, известных как определение идентификации напряжения (VID).

Как только VRM получает VID, он декодирует необходимое напряжение питания и начинает работать в качестве регулятора напряжения, непрерывно обеспечивая микропроцессору необходимую мощность. Он также минимизирует энергопотребление в идеальных интервалах за счет снижения напряжения питания.

Например, устройство с 6-битным VID выводит один из 64 (26) различные выходные напряжения. Эти напряжения обычно находятся в определенном диапазоне. Несколько цифровых клавиш зарезервированы для определенных операций, таких как перезапуск устройства. Производители компонентов предоставляют конкретные таблицы, в которых указано, как эти ключи соответствуют напряжению питания.

Читайте: что такое оперативная память DDR5? Особенности и доступность

Как искать хороший VRM?

Некоторые производители материнских плат увеличивают количество компонентов, используемых в каждой фазе питания, фактически не увеличивая количество фаз питания. BI50M Mortar от MSI и Z390 Maximus XI Hero от ASUS являются примерами такого дизайна.

Некоторые производители заявляют о большем количестве фаз, просто добавив несколько дросселей и транзисторов. Хотя это создает видимость большего количества фаз, на самом деле это не добавляет никакой отдельной фазы. ASUS TUF Z370-Pro Gaming, Biostar B450MHC и Gigabyte B450 Aorus M являются примерами такого дизайна.

Эти тактики распространены на рынке. Таким образом, очень сложно определить количество фаз питания, просто посмотрев на количество конденсаторов и катушек индуктивности на материнской плате.

Единственный правильный способ определить количество фаз питания — это самостоятельно проанализировать фактический компонент или найти авторитетный источник, который провел такой анализ на материнской плате, которую вы рассматриваете.

Не напрягайтесь из-за VRM

Для обычных пользователей, которые в основном используют свой компьютер для просмотра и просмотра фильмов, не стоит беспокоиться о VRM. Лучше всего сосредоточиться на особенностях и дизайне материнской платы.

Читайте: 5 квантовых процессоров с новой вычислительной парадигмой

Однако пользователи, использующие процессор с 16+ ядрами или пытающиеся побить рекорды разгона, определенно получат преимущество от использования высокопроизводительных VRM с более чем восемью фазами питания.

Источник

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *