Wat is een VRM op een moederbord en waarom is het belangrijk?

Voor de meeste pc-enthousiastelingen omvat het kiezen van het juiste moederbord belangrijke overwegingen zoals vormfactor, CPU-compatibiliteit, geheugenconfiguratie, connectiviteitsopties en overklokruimte. Een belangrijk onderdeel van het moederbord dat echter vaak onopgemerkt blijft, zelfs in een specificatieblad, is de VRM (spanningsregelaarmodule) - een elektronisch circuit dat verantwoordelijk is voor het waarborgen van de algehele werking van een systeem stabiliteit.

Om het belang van deze ondergewaardeerde schakelende regulator te beoordelen, gaan we meteen in op de werking van een VRM, de bijbehorende componenten, hoe onderscheid te maken tussen een hoogwaardige en slecht ontworpen VRM, evenals de impact ervan op de CPU prestatie.

Hoe werkt een VRM?

In de kern is de spanningsregelaarmodule op uw moederbord (ook wel de processorvermogensmodule genoemd) een gespecialiseerde bok converter (DC naar DC) die spanningen reguleert en converteert om af te stemmen op de specifieke vereisten van de CPU, het geheugen en andere componenten. Beschouw VRM's als mini-voedingen, vergelijkbaar met de hoofdeenheid, die 120 of 240 V wisselstroom uit het stopcontact haalt en dit verlaagt naar een veel lagere gelijkspanning (12 V/5 V/3,3 V).

In dit opzicht voeren moederbord-VRM's dezelfde bewerking uit als de PSU, maar op een secundair niveau. Hun primaire doel is om de inkomende 12V van de 8/4-pins EPS-connectoren om te zetten in een geschikt bedrijfsvoltage voor moderne CPU's (meestal in het bereik van 1,1-1,5V).

Bovendien spelen VRM's een cruciale rol bij het overbrengen van schone en consistente spanning naar elk energieverslindend onderdeel van uw pc, waardoor de kans op absurde spanningspieken of VDroops wordt verkleind. Dankzij hun constante conversiemogelijkheden, zorgen circuits voor spanningsregeling er ook voor dat meerdere generaties CPU's (met dynamische kernspanning) optimaal kunnen functioneren op een compatibele moederbord chipset.

Onderdelen van een VRM

Hoewel velen van ons de VRM beschouwen als een onafhankelijke, op zichzelf staande eenheid, vertegenwoordigt het acroniem een ​​verzameling afzonderlijke elektronische componenten rond de CPU-socket (LGA of PGA) en DIMM-slots op ons moederbord. Voor niet-ingewijden bevatten spanningsregelcircuits een combinatie van MOSFET-schakelaars die samenwerken met condensatoren, smoorspoelen en PWM-controllers om de vermogensfasering te vergemakkelijken proces.

Hier is een uitgebreid overzicht van alle essentiële componenten van moederbord-VRM's.

1. MOSFET's

MOSFET's (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistors) fungeren als geïsoleerde poorten die elektronische signalen binnen een spanningsregelcircuit versterken of verzwakken. In eenvoudiger bewoordingen regelen deze halfgeleiders de stroomstroom naar de CPU op basis van signalen en waarden die worden ontvangen van de PWM-controllerchip.

Een enkelfasige VRM maakt gebruik van twee MOSFET-schakelaars (low-side en high-side) om te helpen bij het moduleren van de gemiddelde uitgangsspanning van een circuit door met tussenpozen een ingangsspanning te schakelen. Aangezien het schakelmechanisme honderden keren per seconde optreedt, hebben MOSFET's de neiging om een ​​grote hoeveelheid te genereren van hitte, met temperaturen die potentieel meer dan 150°C kunnen bedragen onder zware belasting of zonder voldoende koeling.

Als gevolg hiervan zijn deze halfgeleiders vaak uitgerust met passieve koellichamen, miniatuurventilatoren of waterblokken om problemen met oververhitting te verminderen en de operationele efficiëntie te verbeteren.

2. smoorspoelen

Smoorspoelen zijn kubusvormige inductoren die hoogfrequente wisselstroomsignalen omzetten in lagere frequenties of gelijkstromen binnen een spanningsregelingscircuit. Met een donutvormige magnetische kern met een geïsoleerde spoel eromheen, dient dit elektronische apparaat een dubbele doel - opslag, filtratie en verfijning van stroom en de mogelijkheid om stroomafgifte te regelen in extreme scenario's zoals overklokken of overspannen.

Verder moet worden opgemerkt dat elke choke overeenkomt met een voedingsfase op uw moederbord. Hoe hoger het aantal fasen, hoe stabieler de spanningsoverdracht naar uw CPU zal zijn.

3. condensatoren

In tegenstelling tot smoorspoelen slaan condensatoren energie op in een elektrisch veld en ontladen ze de geaccumuleerde stroom indien nodig snel in aangesloten circuits. Het belangrijkste doel van deze cilindrische componenten is het voorkomen van plotselinge spanningspieken en het minimaliseren van rimpelingen in een spanningsregelcircuit.

In de context van moederbord-VRM's en hun overeenkomstige fasen, condensatoren, die als tijdelijk functioneren opslageenheden, verzamel de elektrische stroom die wordt ontvangen van de smoorspoelen en lever de vereiste stroom aan uw CPU. Eventuele overtollige lading van deze apparaten wordt geabsorbeerd of vrijgegeven via de circuitaarde.

4. PWM-controllers

PWM-controllers (pulsbreedtemodulatie) of driver-IC's (geïntegreerde schakelingen) genereren PWM-pulsen, die worden vervolgens doorgesluisd naar de analoge kerncomponenten van een spanningsregelcircuit - MOSFET's en stikt. Naast monitoring passen deze meerfasige controllers dynamisch de vermogensafgifte aan de CPU aan, waardoor deze piekefficiëntie kan behouden tijdens intensieve werklasten.

In wezen verwerft de PWM-controller de referentiespanning van uw CPU (ook wel VRef genoemd in het BIOS) en meet deze met de heersende spanning van de VRM van uw moederbord. Elk verschil tussen de VRef en de werkelijke spanning zorgt ervoor dat dit apparaat de signalen opnieuw kalibreert, waarbij de uitgangsspanning onmiddellijk wordt gemoduleerd.

De kerncomponenten van een VRM worden ook aangevuld met diodes en weerstanden, die ervoor zorgen dat elektrische stroom die deze apparaten binnenstroomt, bepaalde drempels niet overschrijdt.

Meerfasige VRM's op een moederbord

Moderne CPU's en GPU's hebben een robuust stroomvoorzieningssysteem nodig, dat verder gaat dan alleen de mogelijkheden van een enkelfasige VRM. Om een ​​relatief stabiele en efficiënte transmissieprocedure te bereiken, nemen moederbordfabrikanten bijna altijd meerdere buck-converters parallel op, waardoor een meerfasige VRM-oplossing ontstaat.

Om te beginnen verdeelt de verspringende opstelling van een meerfasige VRM-opstelling de belasting in afzonderlijke vermogensfasen, waardoor deze over een groter fysiek gebied wordt verdeeld. Deze geavanceerde benadering van energiebeheer voorziet de CPU van een schone en nauwkeurig gereguleerde bedrijfsspanning en beperkt de warmteontwikkeling en stress binnen de kerncomponenten.

Wanneer u op zoek gaat naar een gloednieuw moederbord, zult u waarschijnlijk de terminologie voor fasevermogensontwerp tegenkomen in het marketingmateriaal, waarmee de toewijzing van fasen aan de PCB (printplaat). Deze specificatie wordt door fabrikanten vaak aangeprezen in een "A+B" (8+2) of "X+Y+Z" (16+2+2) formaat - de beginwaarde voorafgaand aan het "+" teken geeft het aantal fasen aan dat aan de CPU is toegewezen, terwijl de combinatie na het plusteken betrekking heeft op andere kritieke componenten op een moederbord. (RAM, chipset, iGPU, enz.).

In gevallen waarin het werkelijke aantal voor de CPU gereserveerde fasen groter is dan acht, zoals te zien is in aanduidingen als "18+2" of zelfs hoger, fabrikanten van moederborden hebben de neiging om een ​​uitgekiend apparaat op te nemen dat a verdubbelaar. Simpel gezegd, met VRM-verdubbelaars kunnen fabrikanten de besturingssignalen voor een fase splitsen, waardoor het aantal fasen effectief wordt verdubbeld vanuit het oogpunt van besturing. De voordelen zijn echter mogelijk niet zo groot als echte aanvullende fasen.

Bovendien levert de opname van verdubbelaars in een "Echte" 8-fasen VRM-opstelling aanzienlijke verbeteringen op aan het stroomfaseringsproces tegen lagere fabricagekosten.

Hoe onderscheid te maken tussen een hoogwaardige en slecht ontworpen VRM-configuratie?

Verschillende factoren spelen een rol bij het evalueren van moederborden op basis van de kwaliteit van hun VRM-configuraties. Zelfs als u niet van plan bent uw CPU te overklokken, kan een slecht ontworpen VRM-oplossing de stroom teniet doen leveringsmechanisme met een aanzienlijke marge, wat leidt tot systeeminstabiliteit, crashes, BSOD's en andere opvallende zaken problemen.

Hier leest u hoe u onderscheid kunt maken tussen een eersteklas VRM-configuratie en een configuratie die ver achterblijft bij de verwachtingen.

• Fase Power Ontwerp: Een van de gemakkelijkste methoden om de kwaliteit van een VRM-configuratie te bepalen, is door het totale aantal zichtbare chokes op uw moederbord fysiek te inspecteren. Voor een chipset op instapniveau zoals de AMD A620, zou u maximaal vier tot zes voedingsfasen moeten kunnen vinden die verborgen zijn onder een koellichaam. Een mid-range of high-end moederbord profiteert daarentegen van een veel groter aantal fasen voor het verwerken van energieverslindende componenten.
• Lekbestendige condensatoren: Hoogwaardige VRM's maken gebruik van solid-state condensatoren, vaak op de markt gebracht als "Japanse condensatoren", "donkere condensatoren" of "Hi-C". caps." In vergelijking met hun elektrolytische tegenhangers hebben vaste condensatoren een veel hogere tolerantie en zijn ze minder vatbaar voor veroudering.
• Premium legeringssmoorspoelen: We raden aan te investeren in een moederbord dat SFC's (Super Ferrite Chokes) of Premium Alloy Chokes gebruikt, omdat deze minder stroom verbruiken, corrosiebestendig zijn en minder elektromagnetische interferentie genereren.

Natuurlijk is het inspecteren van een moederbord voor aankoop niet eenvoudig. U kunt het echter altijd goed bekijken wanneer het aankomt en het vervolgens terugsturen als het niet in orde is.

Moederbord VRM's: de onbezongen held van moderne computers

In wezen kan het concept van een VRM behoorlijk ingewikkeld zijn, omdat er een overvloed aan technisch jargon aan te pas komt. (MOSFET's, smoorspoelen, condensatoren, PWM-controllers, enz.) die misschien onbekend zijn voor de gemiddelde pc liefhebber. Ondanks deze complexiteit dienen VRM's op het moederbord als de ruggengraat voor efficiënte spanningsoverdracht naar de CPU en andere essentiële componenten in uw pc.