Разбираемся с системами питания процессора на материнских платах
Достаточно давно на материнской плате появился дополнительный разъём питания, помимо большого стандартного ATX. Рядом с процессором можно увидеть небольшую группу от 4 до 8 контактов, а иногда и даже пару таких. Как раз это и есть питание для VRM – системы стабилизации и питания процессора. В современных материнских платах особо компоненты не рассмотреть: они почти всегда спрятаны за радиаторами.VRM – одна из самых важных составляющих, ведь от него полностью зависит питание процессора, и насколько оно качественное, будет зависеть стабильная работа всей системы.
Как устроен VRM
Voltage Regulator Module представляет собой импульсный преобразователь постоянного напряжения, более привычное название DC-DC конвертер. Основная его часть – катушка индуктивности, режим работы которой регулируется двумя ключами с конденсатором на выходе для сглаживания пульсаций.
Работу можно разделить на 2 такта: сначала открывается один транзистор, заряжая энергией сердечник катушки индуктивности. На втором такте дроссель отключается от входного напряжения и сердечник начинает отдавать энергию, возникает электродвижущая сила, которая на выходе дросселя образует нужное напряжение обратной полярности и собирается в конденсаторе.
Достаточно простая схема позволяет понизить напряжение и увеличить силу тока, к тому же с большим КПД, 90-95%. Использование импульсной технологии позволяет максимально сделать схему миниатюрной.
Таких одиночных модулей на материнской плате обычно несколько, точное количество обычно указывается в документации к материнской плате в значении количества фаз питающей системы процессора. Причём эти модули действительно управляются специальным контроллером со сдвигом по времени. Чем больше фаз – тем более стабильное напряжение на выходе и тем больший ток VRM материнской платы может обеспечить, соответственно тем более мощный процессор можно будет использовать в готовой сборке. Максимальная мощность процессора указывается в документации к материнской плате, но к официальной она отношение имеет слабо и может не соответствовать реальной.
Зачем такие сложности
VRM питается 12 вольтами, обычно именно этот показатель является основным для компьютерных блоков питания. Это самое большое напряжение, которое есть в компьютере. Со школьных уроков физики нам известно, что мощность – это сила тока, умноженная на напряжение, и если процессор имеет мощность 120 Вт, то по линии 12 В итоговое потребление находится на уровне 10 ампер, соответственно можно использовать достаточно тонкие провода.
А вот сам процессор уже питается напряжениями около 1-1,4 вольта, соответственно потребляет сотни ампер и с такими значениями провода к нему больше бы напоминали комплект для сварочного аппарата. На самом деле так и есть, только всё это выполнено на материнской плате в виде дорожек, а в сокете процессора несколько ножек предназначены именно для питания, создавая необходимую площадь сравнимую с сечением проводника на сотни ампер.
Как достигается большое количество фаз VRM
Контроллеры для VRM редко имеют отличное от 4 количество фаз, а сама система питания процессора – это сложное сбалансированное устройство. Достигать больших выходных значений путём увеличения мощности самих компонентов – это самое простое решение проблемы. Но в таком случае VRM будет достаточно горячая, а лишнее тепло в компьютере – это вечная головная боль. Поэтому нехватку в линиях управляющего контроллера производители материнских плат научились решать несколькими способами.
Самый простой способ – усиление одной фазы двумя модулями, то есть из 4 линий мы получаем 8 линий, но они не совсем честные. По факту – это всё тот же четырёхфазный VRM, просто каждая линия теперь имеет большую мощность за счёт дополнительного модуля с дросселем. И некоторые производители даже не стесняются выдавать такое решение как дополнительные фазы, но это не так.
Другой способ увеличения и мощности и количества фаз – установка промежуточной микросхемы удвоителя частоты между дополнительными модулями, а не напрямую, как в прошлом примере. В таком случае мы действительно получаем систему с увеличенным количеством фаз, пусть даже это и не настоящие выходы контроллера. Но такое решение является честным и позволяет на выходе VRM получить более линейное напряжение, к тому же тепловыделение такой системы будет ниже: большее количество дроссельных модулей работают поочерёдно, а соответственно будут выделять меньше тепла.
Будет не лишним изучить какие транзисторы используются в обвязке катушки индуктивности. Нередко здесь производители тоже пытаются экономить. Мы помним, что дроссель заряжается большим напряжением, соответственно меньшим током, а снимается с него небольшое напряжение, но больший ток, поэтому транзисторы могут быть разной мощности, это достаточно распространённое и эффективное решение. Иногда второй более мощный транзистор заменяется на два, причём это даже не выглядит как попытка сэкономить. Всё же 2 транзистора по итогу будут меньше греться, и не только потому, что через них будет протекать ток, разделённый пополам между ними. Общее сопротивление двух транзисторов будет меньше, чем одного, то есть это тоже один из способов борьбы с тепловыделением.
Самые мощные VRM с их точной настройкой используются производителями в материнских платах для разгона, созданные специально для удовлетворения всех потребностей энтузиастов и оверклокеров. Естественно, для раскрытия всего потенциала системы, будет нужен процессор с разблокированным множителем.
Заключение
Производители сами заинтересованы в качестве своей продукции, конечно же топовые игровые материнские платы комплектуются более качественными системами питания, которые поддерживают разгон, а в разогнанном состоянии процессору необходимо более качественное и стабильное питание. От недорогих бюджетных плат такого не требуется и системы питания на них значительно скромнее. В большинстве случаев, в документации к материнской плате содержится вся необходимая информация и списки поддерживаемых процессоров.
