Питание компонентов материнских плат.

Питание компонентов материнских плат.

Питание всех компонентов материнских плат (процессора, чипсета, модулей памяти и т.д.) осуществляется от системного блока питания, который подключается к специальному разъему на материнской плате (на любой современной материнской плате имеется 24-контактный ATX-разъем питания, а также дополнительный 4-контактный в ATX12V или 8-контактный в EPS12V разъем питания). Все блоки питания выдают постоянное напряжение ±12, ±5 и +3,3 В, но различные микросхемы системных плат используют напряжения и иных номиналов (разные микросхемы требуют различного напряжения питания). Потому возникает необходимость преобразования и стабилизации постоянного напряжения, получаемого от системного блока питания, в постоянное напряжение, требуемое для питания конкретной микросхемы. Для этого на системных  платах используются соответствующие конверторы (преобразователи) напряжения, которые понижают номинальное напряжение источника питания до необходимого значения.

Во всех современных материнских платах используются импульсные преобразователи постоянного напряжения. Понижающий импульсный преобразователь постоянного напряжения для питания процессора часто называют модулем VRM (Voltage Regulation Module - модуль регулирования напряжения) или VRD (Voltage Regulator Down - модуль понижения напряжения). Разница терминов VRM и VRD заключается в том, что модуль VRD расположен непосредственно на материнской плате, а VRM представляет собой внешний модуль, устанавливаемый в специальный слот на материнской плате. В настоящее время внешние VRM-модули практически не встречаются и все производители применяют VRD-модули, но само название VRM так прижилось, что стало общеупотребительным и теперь его используют даже для обозначения VRD-модулей (импульсные регуляторы напряжения питания, применяемые для чипсета, памяти и других микросхем материнских плат, обычно не имеют своего специфического названия, однако по принципу действия они ничем не отличаются от VRD. Разница заключается лишь в количестве фаз питания и выходном напряжении). Преобразователь напряжения характеризуется входным и выходным напряжением питания. Выходное напряжение питания определяется конкретной микросхемой, для которой используется регулятор напряжения, но входное напряжение может быть или 5, или 12 В (сейчас производители материнских плат стали все чаще использовать входное напряжение 12 В).

В многофазных импульсных регуляторах напряжения каждая фаза образована драйвером управления переключениями MOSFET-транзисторов, парой самих MOSFET-транзисторов и сглаживающим LC-фильтром. При этом обычно используется один многоканальный PWM-контроллер, к которому параллельно подключается несколько фаз питания (рис.1).

Рис. 1. Два канала одной фазы питания при использовании  двухканального MOSFET-драйвера (а) и структурная схема 4-х фазного импульсного регулятора напряжения питания с одноканальными драйверами (б).

В N-фазном регуляторе напряжения питания ток распределяется по всем фазам, и следовательно, ток, протекающий по каждой фазе, будет в N раз меньше тока нагрузки (например, процессора). При использовании 4-фазного регулятора напряжения питания процессора с ограничением по току в каждой фазе 30 A, то максимальный ток через процессор составит 120 A (а этого вполне достаточно для большинства современных процессоров). Но если используются процессоры с TDP 130 Вт и предполагается возможность разгона процессора, то лучше использовать 6-фазный импульсный регулятор напряжения питания процессора, а не 4-фазный (или же использовать в каждой фазе питания дроссели, конденсаторы и MOSFET-транзисторы, рассчитанные на больший ток).

В многофазных регуляторах напряжения (для уменьшения пульсации выходного напряжения) все фазы работают синхронно с временным сдвигом друг относительно друга. Если T - это период переключения MOSFET-транзисторов (период PWM-сигнала) и используется N фаз, то временной сдвиг по каждой фазе составит T/N (рис. 2). За синхронизацию PWM-сигналов по каждой фазе с временным сдвигом отвечает PWM-контроллер.

Рис. 2. Временные сдвиги PWM-сигналов в 6-ти фазном регуляторе напряжения

 В результате того, что все фазы работают с временным сдвигом друг относительно друга, пульсации выходного напряжения и тока по каждой фазе также будут сдвинуты по временной оси друг относительно друга. Суммарный ток, проходящий по нагрузке, будет складываться из токов по каждой фазе, и пульсации результирующего тока окажутся меньше, чем пульсации тока по каждой фазе.