Что такое VRM на материнской плате и почему это важно?

Для большинства энтузиастов ПК выбор правильной материнской платы включает в себя такие ключевые факторы, как форм-фактор, совместимость ЦП, конфигурация памяти, возможности подключения и запас по разгону. Тем не менее, один из основных компонентов материнской платы, который часто остается незамеченным даже в спецификациях, — это VRM. (модуль регулятора напряжения) — электронная схема, отвечающая за обеспечение общей стабильность.

Чтобы оценить важность этого недооцененного импульсного регулятора, давайте углубимся в работу VRM, компоненты, связанные с ним, как отличить высококачественный VRM от плохо спроектированного, а также его влияние на ЦП производительность.

Как работает VRM?

По своей сути модуль регулятора напряжения на материнской плате (также называемый модулем питания процессора) представляет собой специализированный блок питания. преобразователь (постоянный ток в постоянный), который регулирует и преобразует напряжение в соответствии с конкретными требованиями процессора, памяти и других устройств. компоненты. Думайте о VRM как о мини-блоках питания, похожих на основной блок, который берет 120 или 240 В переменного тока от электрической розетки и понижает его до гораздо более низкого постоянного напряжения (12 В / 5 В / 3,3 В).

В связи с этим VRM материнской платы выполняют ту же работу, что и блок питания, но на вторичном уровне. Их основная задача — преобразовать входящие 12 В от 8/4-контактных разъемов EPS в подходящее рабочее напряжение для современных процессоров (обычно в диапазоне 1,1–1,5 В).

Кроме того, VRM играют ключевую роль в передаче чистого и стабильного напряжения на каждый энергоемкий компонент вашего ПК, снижая вероятность любых абсурдных скачков напряжения или VDroops. Благодаря своим устойчивым возможностям преобразования схемы регулирования напряжения также позволяют нескольким поколениям ЦП (с динамическим напряжением ядра) оптимально функционировать на совместимом чипсет материнской платы.

Компоненты VRM

В то время как многие из нас считают VRM независимым, автономным устройством, аббревиатура представляет собой набор отдельных электронных компонентов, окружающих разъем ЦП (LGA или PGA) и слоты DIMM на нашей материнской плате. Для тех, кто не знаком, схемы регулирования напряжения включают комбинацию переключателей MOSFET. которые работают в тандеме с конденсаторами, дросселями и ШИМ-контроллерами для облегчения фазировки мощности процесс.

Вот исчерпывающий обзор всех основных компонентов, составляющих VRM материнской платы.

1. МОП-транзисторы

МОП-транзисторы (металлооксидно-полупроводниковые полевые транзисторы) действуют как изолированные затворы, которые усиливают или ослабляют электронные сигналы в цепи регулирования напряжения. Проще говоря, эти полупроводники управляют подачей тока на ЦП на основе сигналов и значений, полученных от микросхемы ШИМ-контроллера.

В однофазном VRM используются два переключателя MOSFET (нижняя сторона и верхняя сторона), которые помогают модулировать среднее выходное напряжение схемы путем прерывистого переключения входного напряжения. Поскольку механизм переключения происходит сотни раз в секунду, полевые МОП-транзисторы имеют тенденцию генерировать большое количество импульсов. тепла с температурами, которые потенциально могут превышать 150°C при больших нагрузках или без надлежащего охлаждения.

В результате эти полупроводники часто оснащаются пассивными радиаторами, миниатюрными вентиляторами или водяными блоками для уменьшения проблем с перегревом и повышения эффективности работы.

2. Дроссели

Дроссели представляют собой индукторы кубической формы, которые преобразуют высокочастотные сигналы переменного тока в более низкие частоты или постоянные токи в цепи регулирования напряжения. Обладая магнитным сердечником в форме пончика с изолированной катушкой, обернутой вокруг него, это электронное устройство выполняет двойную функцию. цель — хранение, фильтрация и доработка энергии, а также возможность регулировать подачу энергии в экстремальных сценариях, таких как разгон. или перенапряжения.

Кроме того, следует отметить, что каждый дроссель соответствует фазе питания на вашей материнской плате. Чем больше количество фаз, тем стабильнее будет передача напряжения на ваш процессор.

3. конденсаторы

В отличие от дросселей, конденсаторы хранят энергию в электрическом поле и при необходимости быстро разряжают накопленный ток в подключенных цепях. Основная цель этих цилиндрических компонентов — предотвратить внезапные скачки напряжения и свести к минимуму пульсации в цепи регулирования напряжения.

В контексте VRM материнской платы и соответствующих им фаз конденсаторы, функционирующие как временные накопителей, накапливать электрический ток, полученный от дросселей, и подавать необходимую мощность на ваши ПРОЦЕССОР. Любой избыточный заряд от этих устройств поглощается или высвобождается через заземление цепи.

4. ШИМ-контроллеры

ШИМ-контроллеры (широтно-импульсная модуляция) или микросхемы драйверов (интегральные схемы) генерируют ШИМ-импульсы, которые впоследствии направляются в основные аналоговые компоненты схемы регулирования напряжения — полевые МОП-транзисторы и душит. Помимо мониторинга, эти многофазные контроллеры динамически регулируют подачу питания на ЦП, позволяя ему поддерживать максимальную эффективность во время интенсивных рабочих нагрузок.

По сути, ШИМ-контроллер получает опорное напряжение вашего процессора (также называемое VRef в BIOS) и измеряет его с преобладающим напряжением VRM вашей материнской платы. Любые различия между VRef и фактическим напряжением побуждают это устройство перекалибровать сигналы, мгновенно модулируя выходное напряжение.

Основные компоненты VRM также дополнены диодами и резисторами, которые защищают от протекания электрического тока в эти устройства от превышения установленных пороговых значений.

Многофазные VRM на материнской плате

Современным процессорам и графическим процессорам требуется надежная система подачи питания, которая выходит за рамки простых возможностей однофазного VRM. Чтобы обеспечить относительно стабильную и эффективную процедуру передачи, производители материнских плат почти всегда включают несколько понижающих преобразователей параллельно, создавая многофазное решение VRM.

Во-первых, ступенчатое расположение многофазной установки VRM делит нагрузку на отдельные каскады мощности, распределяя ее по более широкой физической области. Этот сложный подход к управлению питанием обеспечивает ЦП чистым и точно регулируемым рабочим напряжением и снижает тепловыделение и нагрузку на основные компоненты.

Покупая новую материнскую плату, вы, скорее всего, встретите в ее маркетинговых материалах терминологию проектирования питания фаз, указывающую на распределение фаз между материнской платой. PCB (печатная плата). Эта спецификация часто рекламируется производителями в формате «A+B» (8+2) или «X+Y+Z» (16+2+2) — начальное значение, предшествующее знаку «+». обозначает количество фаз, выделенных для ЦП, тогда как комбинация, следующая за знаком плюс, относится к другим критическим компонентам на материнская плата. (ОЗУ, чипсет, iGPU и т. д.).

Однако в случаях, когда фактическое количество фаз, зарезервированных для ЦП, превышает восемь, как показано на обозначения типа «18+2» или даже выше, производители материнских плат, как правило, включают навороченное устройство, называемое удвоитель. Проще говоря, удвоители VRM позволяют производителям разделять управляющие сигналы на фазы, эффективно удваивая количество фаз с точки зрения управления. Однако преимущества могут быть не такими значительными, как настоящие дополнительные фазы.

Кроме того, включение удвоителей в «настоящую» 8-фазную установку VRM позволяет значительно улучшить процесс фазирования мощности при более низких производственных затратах.

Как отличить высококачественную конфигурацию VRM от плохо спроектированной?

При оценке материнских плат на основе качества их конфигураций VRM учитываются несколько факторов. Даже если вы не планируете разгонять процессор, плохо спроектированное решение VRM может снизить мощность. механизма доставки со значительным отрывом, что приводит к нестабильности системы, сбоям, BSOD и другим вопиющим проблемы.

Вот как отличить конфигурацию VRM высшего уровня от конфигурации, которая не соответствует ожиданиям.

• Расчет мощности фазы: Один из самых простых способов определить качество конфигурации VRM — физически проверить общее количество дросселей, видимых на материнской плате. Для чипсет начального уровня, такой как AMD A620, вы сможете найти максимум четыре-шесть фаз питания, скрытых под радиатором. Напротив, материнская плата среднего или высокого класса использует гораздо большее количество фаз для работы с энергоемкими компонентами.
• Герметичные конденсаторы: В высококачественных VRM используются твердотельные конденсаторы, которые часто продаются как «японские конденсаторы», «темные конденсаторы» или «Hi-C». конденсаторы.» По сравнению с их электролитическими аналогами твердотельные конденсаторы имеют гораздо более высокую степень допуска и менее подвержены старение.
• Дроссели из премиального сплава: Мы рекомендуем инвестировать в материнскую плату, в которой используются дроссели SFC (суперферритовые дроссели) или дроссели из высококачественного сплава, поскольку они потребляют меньше энергии, устойчивы к коррозии и генерируют меньшие электромагнитные помехи.

Конечно, осмотреть материнскую плату перед покупкой непросто. Тем не менее, вы всегда можете внимательно осмотреть его, когда он прибудет, а затем отправить его обратно, если он не в порядке.

VRM для материнских плат: незамеченный герой современных вычислений

По сути, концепция VRM может быть довольно сложной, поскольку она включает в себя множество технических терминов. (МОП-транзисторы, дроссели, конденсаторы, ШИМ-контроллеры и т. д.), которые могут быть незнакомы среднему ПК. энтузиаст. Несмотря на такие сложности, VRM материнской платы служат основой для эффективной передачи напряжения на ЦП и другие важные компоненты вашего ПК.