什么是VRM和为什么我的CPU / GPU需要一个吗?

2019年的10月25日

直流电源为一台电脑

你需要把这个电源的12 V输出到一个较低的水平在你的CPU使用。

能量变换,无论是农用,交直流两用,或直流-直流,是现代生活的基础。没有能量转化,我们可能会被范德格拉夫发电机驱动我们的电子产品。当谈到计算机的世界,特别是cpu,极稳定的直流-直流功率转换是必需的。计算机行业有重不同直流-直流转换器的成本和效益,最终选定了电压调节模块(VRMs)为cpu提供稳定的直流电源。

那么什么是VRM吗?有很多方法之间的转换直流电压水平,和一个VRM就是这么做的。VRM本质上是一个特立独行巴克转换器和运行在相同的工作原理。然而,VRMs高性能计算机,尤其是超频游戏电脑,倾向于使用一个标准的组件,通常不稳压电路或集成电路。

什么是VRM和它是如何工作的呢?

VRM的12 V输出转换电脑电源低电压(范围从1.1 V至3.3 V)使用的CPU或GPU。这个开关式稳压器实现为一个巴克转换器,一个非常简单的布局,尽管VRM比典型的开关式稳压器使用不同的组件。就像一个buck-boost转换器或一个转换器,VRM使用PWM来提供在mosfet开关,它提供了所需的监管。输出电压和电流可以通过选择适当的工作周期和频率。

如果VRM基本上是一个巴克转换器,那么为什么不使用一个典型开关式稳压器集成电路的电压调整CPU / GPU吗?电子在一个CPU已经运行在低直流电压,但是也有微薄噪音利润率相比ICs运行在更高的电压。利润非常低噪声要求高度稳定的电压调节。组件用于VRM提供更精确和稳定的电压调节比典型的巴克转换器。

VRMs分为两种类型:单级和多级(有时称为多相VRM)。一个典型的单级VRM的线路图如下所示。下部MOSFET和电感为监管提供反馈,并被处理器的电压稳定的电容器。多级VRM利差mosfet和电感在多个阶段并行工作周期较低(~ 10%是典型的,虽然这取决于阶段的数量)。

电路图的单级和多级VRMs

为什么要使用多级VRM ?

现代计算机使用多级VRM,通常使用3种或3种以上的阶段。由于场效应管并行级联,他们自然切换与一些延迟,等于的准时脉宽调制信号。这将导致开关的阶段序列。使用多个阶段的好处是,场效应管是产生热量分散到一个较大的区域,尽管每个董事会。这就增加了成本然而,这是现代高性能计算的一个重要方面是热调节可以gpu的一个严重问题,特别是在超频处理器。

VRM的输出电压将阻尼,慢慢脱落,同样是任何RLC电路的情况。这应该说明使用多级VRM的另一个好处:输出电压本质上是一个阻尼瞬态响应和瞬态电压切换发生时将有更少的时间下降更多。注意,最低工作周期只是切换频率乘以最低准时PWM信号。

使用多个阶段允许每个MOSFET的PWM频率低,然而,输出电压将补偿由于每个阶段的转换。这将导致输出电压小于任何下垂VRM见过在一个阶段或一个典型的开关式稳压器使用责任周期更长,给定的时间常数。这是如下图所示。

从强度和单级VRM电压输出。注意,输出为VRMs有相同的时间常数,但多级VRM ~ 1%变异,而变异单级VRM已近10%。

VRM中组件

VRMs可以用于其他应用程序比CPU或GPU的监管。当用于CPU或GPU,上面的图所示的电感器不是一个电感器,它实际上是一个超级扼流。对消除这些阻碍重要开关噪声场效电晶体的每个阶段。一个超级扼流有较低的寄生电容比一个电感并联RLC电路和基本功能。低寄生电容提供了一个更高的阻尼瞬态响应的输出。因为当前从mosfet和它产生的热能,场效应管应包括翅片散热片,如果空间允许。

VRM回路图中所示的电容器应该选择这样一个self-resonance频率,比PWM开关频率(即大。,它像一个理想电容)为了提供一个低阻抗路径为高频噪声。注意结合负载,输出电容和铁氧体堵塞形成一个复杂的RLC电路。电容器和铁氧体堵塞应该选择这样过阻尼等效RLC电路的瞬态响应,确保一个更稳定的VRM的输出。

多级VRM黑色PCB上的CPU