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visionary_pcdvd
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加入日期: Jan 2008
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有關 VRM 的疑問

最近查知 VRM 是由 PWM控制器、電晶體、電感、電容等零件所組成,但每一相數應該使用幾顆電晶體或電容,似乎靈活性很大:

以目前華碩中、高階主機板中最常見的八相供電來說,通常只配十一顆電容。即使是普通的三相供電,也常見到只有五顆電容的設計。這讓我很困惑,因為每一相分配到的電容不能整除,除非有的分到二顆,有的只能分到一顆。

電晶體的分配則是每相二至四顆不等(通常相數越多顆數越少,不過常有例外),但每一相可分配到同等數量的電晶體,不像電容那樣分配不均。


請問各位先進:

一、只有分到一顆電容的那一相,穩定度會不會比較差?為什麼要這樣設計?

二、(三相但配置9-12顆電晶體)和(四相只配置8顆電晶體)相比,誰的設計比較優良或有缺陷?為什麼?

感謝
     
      
舊 2008-02-03, 03:32 PM #1
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加入日期: Jan 2008
文章: 1,281
看來這話題很冷門,但還是希望臥虎藏龍的大大們能解惑一下,感謝


補上一篇有點舊的相關文章:

了解主機板的供電系統

作為電腦各硬體子系統的工作平臺,主機板承載著電流和數據流兩大流量。本文將就對主機板穩定性影響較大的主機板供電系統作一闡述 。

一、供電電壓

  主機板上不同的硬體子系統需要不同的電壓,主要分為兩大類:鍵盤控制器、BIOS晶片等部件需要+5V電壓;記憶體、AGP 通道等系統I/O電壓則需要+3.3V。而不同的CPU其核心電壓並不一樣,最高可以達到3.5V(例如Pentium),最低 只有1.475V(例如Tualatin賽揚)。

  機箱電源向主機板提供了+5V和+3.3V兩種電壓,但鑒於電源輸出的電流雜波過多,因此目前大部分主機板廠商都將電源輸出 的+3.3V電壓閒置,而透過VRM(Voltage Regulator Module,電壓調整模組)將+5V電壓調低來為CPU和系統I/O供電。VRM為系統I/O提供+3.3V的電壓,而對CP U的供電電壓則根據CPU記載的VID(Voltage Identifer,電壓標示符)值來確定。不同的VID(VID0……VID4)值的組合控制VRM向CPU提供大小不同的電 壓。VRM是CPU供電的核心部分,其在主機板上的電路一般分佈在CPU附近,而電源控制整合電路是VRM的核心,其外表是一塊 多引腳的IC晶片。IC晶片的版本決定了VRM能向CPU供電電壓的值。圖2為不同的VRM版本與其支援的CPU的對照表。CP U在工作時,其耗電量處於很不穩定的狀態,可能瞬間增大,也可能瞬間減小。而VRM絕不可能對這些突然變化在足夠短的時間內做出 響應,因此還需要電容來儲存電能,以處理這些突變。

二、供電電流

  充足而純淨的電流是保證主機板穩定工作的重要條件。優質電源供給主機板的+5V電壓能提供20A以上的電流,經VRM調壓後 ,可以為CPU和系統I/O提供足夠大的工作電流。為了保證CPU等設備穩定可靠地工作,就需要有非常純淨的電流。因此,主機板 上設計了很複雜的電路對供電電流進行濾波處理。在主機板上,線圈和電容主要是用來對電流進行濾波的。由於線圈有蓄能的特點,所以 電流先流過線圈以便濾掉一部分高頻雜波,再流過電容進一步濾掉其餘的雜波。主機板上所用的電容主要有電解電容和鉭電容。電解電容 器容量大,可以用於濾除低頻雜波,但品質較差且壽命短。鉭電容品質最好,它在主機板上主要用來濾除中頻雜波。按照Intel白皮 書中的說法,在CPU的供電電路中,總電容值不能少於9000μF。因此在每塊主板CPU的插槽附近,都分佈了許多大容量的電解 電容,以便充分濾除CPU供電電流的雜波。

  使用電容時不能只一味追求大容量,還應注意到ESR(Equivalent Series Resistance,等效串聯電阻)值。因為電容越大,其電阻相對也會增大,對CPU的瞬間供電電流就會減小,不利於系統的穩 定。所以,ESR值越低越好。為解決這個問題,通常將多個電容並聯使用。這樣可降低ESR值,並可有效保護電路。

三、佈線要求

  主機板的基板是由4層或6層樹脂材料粘合在一起的PCB(印制電路板),其上的電子元件是透過PCB內部的蹟線(即銅箔線) 連接的。一般的主機板分為四層,最上面和最下面的兩層為"信號層",中間兩層分別是"接地層"和"電源層"。將信號層放在電源層 和接地層的兩側,既可以防止相互之間的干擾,又便於對信號線做出修正。如果要裝雙CPU或CPU的引腳數量超過425根(例如採 用Northwood核心的P4N,其引腳為478根),則需使用6層PCB。這樣可使PCB具有三或四個信號層、一個接地層、 一或兩個電源層。這樣的設計可使信號線相距足夠遠的距離,減少彼此的干擾,並且有足夠的電流供應。
 
舊 2008-02-04, 10:10 AM #2
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加入日期: Jan 2008
文章: 1,281
再附上相關產品****一則,因為由此****可知,一組四相VRM就能提供140A的電流給CPU:

快捷半導體公司 (Fairchild Semiconductor) 宣佈推出多相位PWM控制器FAN5019和高頻MOSFET驅動器FAN5009。為了滿足嚴苛的功率要求,快捷半導體的新型FAN5009/FAN5019 晶片組允許被設定成2、3或4相位的穩壓器,並將12V主電壓彙聚轉成高精度的核心電壓。

這些最新的功率管理產品將構成晶片組,作為完整VRM/VRD10.x功率解決方案的一部分,FAN5009/FAN5019晶片組還具備充足的延展能力,可配合高性能微處理器不斷發展的需求的電流,而此往往是單相位VRM實際所不能提供的。該晶片組還能經由12V輸入,向CPU內核提供高達140A的電流—為未來的VRM10.x 處理器提供延展能力和功率。

大多數同類產品均使用MOSFET RDS(on) 或偵測電阻來測量電流和設定負載線,但這種方法的精度較低且成本高。與其他競爭產品不同,快捷半導體的電流偵測方法允許設計人員改變FET的同時,無需重新補償負載線控制電路數值,並可以最低的系統成本提供高精度。

FAN5019的架構結合高度穩定的高速控制迴路和主動式電壓定位 (droop),以滿足CPU的負載暫態要求,同時將輸出電容的數量和相關成本降至最低。快捷半導體的VRM10.x解決方案利用溫度補償偵測電感電流方式–這是主要CPU製造商推薦的電流偵測方式–測量電流並精確地設置和維持負載線。

快捷半導體系統功率部行銷總監Madhu Rayabhari表示:“快捷半導體的VRM10.x晶片組解決方案可滿足嚴格的功率規格需求,包括精確的負載線要求,並同時減少元件數目和系統成本。為了在設計中進一步節省空間和成本,FAN5009驅動器內建升壓二極體,用於高端驅動。FAN5019 和FAN5009,加上快捷半導體各式精選的高端和低端功率MOSFET (包括新型高性能MOSFET BGA),為設計人員提供全面的單一來源,享用先進的VRM/VRD10.x電源元件。”

FAN5009/FAN5019並具有欠壓、過壓、急劇短路和短路保護等特點,以增加系統的安全性和可靠性。此外,FAN5019更採用動態VID技術的優勢,實現完美的“運作中”VID更改。動態VID可使處理器在運行過程中通過降低其Vcore電壓來節省功率。

FAN5019的腳位和功能向下相容快捷半導體的FAN53168和FAN53180控制器,而FAN5009的腳位和功能則向下相容 FAN53418驅動器。FAN5019採用28腳 TSSOP封裝,FAN5009採用8腳SOIC封裝。兩種元件的額定工作溫度範圍均為0至+85°C,並已投入批量生產。
舊 2008-02-04, 10:25 AM #3
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加入日期: Apr 2004
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以目前華碩中、高階主機板中最常見的八相供電來說,通常只配十一顆電容。即使是普通的三相供電,也常見到只有五顆電容的設計。這讓我很困惑,因為每一相分配到的電容不能整除,除非有的分到二顆,有的只能分到一顆。
電晶體的分配則是每相二至四顆不等(通常相數越多顆數越少,不過常有例外),但每一相分配到同等數量的電晶體,不像電容那樣分配不均。
請問各位先進:
一、只有分到一顆電容的那一相,穩定度會不會比較差?為什麼要這樣設計?
二、(三相但配置9-12顆電晶體)和(四相只配置8顆電晶體)相比,誰的設計比較優良或有缺陷?為什麼?

1.多相式同步降壓交換電源,各相自電感後輸出為並聯,共用輸出電容,只要能滿足其最低要求電容量、漣波電流值(由公式計算求得),電容數越多,等效ESR越低,其造成電路負擔也越小。除常見的固態電容外,CPU插槽中央及附近的陶質積層電容(MLCC)也須計算在內。
2.一般電路配置有1HS+1LS、1HS+2LS、2HS+2LS,因為MOSFET存在不可忽略之Rds-on參數,尤其是處理器用VRM,輸出高電流下MOSFET產生的損耗與電流平方呈正比,並聯可以達到降低Rds-on以及均分電流的功效,不過MOSFET並聯需要注意元件間速度需要彼此匹配,若是未匹配仍會造成早開或晚關者承受較大電流問題,而電路設計同樣也是關鍵。
舊 2008-02-05, 01:46 AM #4
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加入日期: Dec 2006
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文章: 8,344
這領域還是交給其他專業的大大....插不上話~ 只能分享自己買過的板子的功能.....
要拼供電相位數......不如試試Digital PWM數位電源轉換電路的板子
除了現在在用的DFI P35, MSI, Foxconn 幾家似乎都有幾張這種板子.(目前還不多)

數位PWM優點是能減少傳統電容以及電感的使用, 主機板CPU layout附近可能只有一顆
CPL-5-50,

雖然目前不少電容電感都是不錯的日系品,故障的機率已降低,但數位式PWM還能夠增加

電壓穩定性, 對於比較在要求超頻的,其實有幫助, 數位式也可望減少些信號干擾的情形.
舊 2008-02-05, 03:26 AM #5
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加入日期: Jan 2008
文章: 1,281
引用:
作者LSI狼
1.多相式同步降壓交換電源,各相自電感後輸出為並聯,共用輸出電容,只要能滿足其最低要求電容量、漣波電流值(由公式計算求得),電容數越多,等效ESR越低,其造成電路負擔也越小。除常見的固態電容外,CPU插槽中央及附近的陶質積層電容(MLCC)也須計算在內。
2.一般電路配置有1HS+1LS、1HS+2LS、2HS+2LS,因為MOSFET存在不可忽略之Rds-on參數,尤其是處理器用VRM,輸出高電流下MOSFET產生的損耗與電流平方呈正比,並聯可以達到降低Rds-on以及均分電流的功效,不過MOSFET並聯需要注意元件間速度需要彼此匹配,若是未匹配仍會造成早開或晚關者承受較大電流問題,而電路設計同樣也是關鍵。

雖然不能全部看懂(自己資質太差 ),但真的非常非常感謝狼大的說明
舊 2008-02-05, 06:05 PM #6
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加入日期: Jan 2008
文章: 1,281
引用:
作者Raziel
這領域還是交給其他專業的大大....插不上話~ 只能分享自己買過的板子的功能.....
要拼供電相位數......不如試試Digital PWM數位電源轉換電路的板子
除了現在在用的DFI P35, MSI, Foxconn 幾家似乎都有幾張這種板子.(目前還不多)

數位PWM優點是能減少傳統電容以及電感的使用, 主機板CPU layout附近可能只有一顆
CPL-5-50,

雖然目前不少電容電感都是不錯的日系品,故障的機率已降低,但數位式PWM還能夠增加

電壓穩定性, 對於比較在要求超頻的,其實有幫助, 數位式也可望減少些信號干擾的情形.

感謝大大分享 。據我爬文所知,數位PWM還有轉換效率比傳統PWM高的優點,但成本也比較高,之前好像常有高價位的板子採用,但現在似乎又變少了
舊 2008-02-05, 06:19 PM #7
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LSI狼
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加入日期: Apr 2004
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文章: 6,019
引用:
作者Raziel
這領域還是交給其他專業的大大....插不上話~ 只能分享自己買過的板子的功能.....
要拼供電相位數......不如試試Digital PWM數位電源轉換電路的板子
除了現在在用的DFI P35, MSI, Foxconn 幾家似乎都有幾張這種板子.(目前還不多)

數位PWM優點是能減少傳統電容以及電感的使用, 主機板CPU layout附近可能只有一顆
CPL-5-50,

雖然目前不少電容電感都是不錯的日系品,故障的機率已降低,但數位式PWM還能夠增加

電壓穩定性, 對於比較在要求超頻的,其實有幫助, 數位式也可望減少些信號干擾的情形.


的確是,D-VRM從早期伺服器主機板上,慢慢走進桌上高階主機板,其暫態響應、穩定度、能量提供能力與功率密度比起傳統多相同步降壓電路要高,使用元件也少,不過其主要缺點是相關零組件目前生產廠商少、小型CSP封裝的功率元件焊上主機板時需要較高精度並需注意其強度,所以現在使用傳統VRM的廠商,也開始利用數位與類比混合式控制的PWM控制器,來達成接近D-VRM的表現,惟其佔用面積仍舊比D-VRM大,所以若是D-VRM相關零組件供貨順暢,並有更多廠商生產的話,相信可以取代掉傳統VRM。
舊 2008-02-09, 02:21 AM #8
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