Как выбрать материнскую плату с лучшей системой питания за свои деньги. Часть 1

22 July 2020

Если вы решили разгонять процессор или ставить CPU с большим количеством ядер и высоким потреблением энергии, то вам нужна плата, которая не просто поддерживает его, а та, что обладает лучшей системой питания за свои деньги. А для этого надо понимать, что это питание из себя представляет. Давайте попробуем разобраться.

Как выбрать материнскую плату с лучшей системой питания за свои деньги. Часть 1

Блок питания персонального компьютера предназначен для преобразования напряжения 220 вольт в линии 3,3; 5 и 12 вольт. От 12 вольт запитываются видеокарта и процессор.

Как выбрать материнскую плату с лучшей системой питания за свои деньги. Часть 1

Давайте представим идеальный блок питания мощностью 500 ватт с одной единственной линией 12 вольт. Такой блок может дать силу тока 42 ампера. Но процессору не нужны 12 вольт, он работает на напряжении 1-2 вольта, и при этом ему необходима очень большая сила тока, порядка 100-300 ампер. Как же это организовать? Как из 12 вольт сделать 1-2 вольта, а из 42 ампер — 300? Вот за это преобразование и отвечает модуль регулятора напряжения (VRM - Voltage Regulator Module) материнской платы.

Как выбрать материнскую плату с лучшей системой питания за свои деньги. Часть 1

Для этого процесса используется импульсный преобразователь напряжения. Основное слово — импульсный. Преобразователь делит секунду на 12 равных частей, затем в 1/12 секунды подает напряжение 12 вольт, а в другие 11/12 секунды не подает ничего. Таким образом, в среднем за секунду мы имеем нужный нам 1 вольт. За счет регулировки частоты таких импульсов и их длительности мы можем создавать любое среднее напряжение, которое нам нужно.

Как выбрать материнскую плату с лучшей системой питания за свои деньги. Часть 1

Но питать процессор такими импульсами нельзя, ему нужен постоянный поток энергии. И тут на сцену выходит LC-фильтр, задачей которого является сглаживание этих импульсов в более-менее прямую линию. LC-фильтр состоит из индуктивности (L) и ёмкости (C), то есть дросселей и конденсаторов (черные кубики и серебристые цилиндрики, расположенные на материнской плате в районе сокета).

Как выбрать материнскую плату с лучшей системой питания за свои деньги. Часть 1

LC-фильтр сглаживает подаваемые импульсы, а за саму подачу импульса отвечает другая часть VRM, а именно мосфет, который подаёт сформированный импульс в нужный момент. Но сам мосфет не знает, когда нужно осуществить подачу импульса, ему нужна команда. Командиром в данном случае выступает контроллер.

Как выбрать материнскую плату с лучшей системой питания за свои деньги. Часть 1

Итак, что у нас получается? Контроллер даёт команду управления мосфету с определенной частотой. Мосфет, согласно командам, подает напряжение или отключает его в нужный момент. LC-фильтр сглаживает импульсы, чтобы получилось стабильное напряжение. Но всё равно даже после сглаживания остаются небольшие пульсации.

Как выбрать материнскую плату с лучшей системой питания за свои деньги. Часть 1

При пульсациях на процессор подается напряжение в диапазоне, скажем, от 0,9 до 1,1 вольта. В моменты, когда питание будет 0,9 вольта, процессор будет недополучать энергии, следовательно, будет нестабилен. Если поднять напряжение, то верхняя граница диапазона тоже увеличится, и, как следствие, компоненты будут греться и увеличится расход электроэнергии.

Как выбрать материнскую плату с лучшей системой питания за свои деньги. Часть 1

Чтобы выйти из положения, инженеры увеличили частоту подачи импульсов контроллером, но данная частота ограничена, к тому же при увеличении частоты импульсов мосфет может перегреться. Да и проблема с силой тока никак не решается. Ведь через один мосфет никак не может протекать 200 или 300 ампер — он просто сгорит.

Так что был предложен такой выход: вместо одного мосфета и одного LC-фильтра можно разместить несколько, скажем десять, тогда решается вопрос с силой тока. Если объединить 10 мосфетов по 30 ампер, то мы получим нужные нам 300 ампер, чего более чем достаточно для питания современного процессора.

Как выбрать материнскую плату с лучшей системой питания за свои деньги. Часть 1

А если контроллер будет давать для каждого мосфета команду с определенным сдвигом (в разную фазу) и каждый мосфет будет подавать импульсы со своим сдвигом по фазе, то на выходе получится, что при работе нескольких фаз одновременно пульсации будут сокращаться. И чем больше будет фаз (сдвигов), тем больше будут сокращаться пульсации.

Как выбрать материнскую плату с лучшей системой питания за свои деньги. Часть 1

Такие цепочки из мосфетов и фильтров обычно называются цепями питания. А если цепи имеют сдвиг по фазе друг относительно друга, то их называют фазами питания. Цепи решают проблему силы тока, а фазы — проблему гашения пульсаций.

Загвоздка лежит в вопросе, каким образом управлять всеми мосфетами. В настоящее время максимальное количество каналов контроллера — шестнадцать. Это значит, что такой контроллер может управлять 16 мосфетами. Платы с такими контроллерами есть, они не из дешевых и только недавно начали появляться на свет. Чаще всего мы с вами имеем дело с контроллерами, у которых максимум 6-8 каналов. Например, контроллер IR 35201 — достаточно популярный и во многом эталонный, имеет 8 каналов. Но нужно понимать, что не все каналы будут использованы на процессор. Есть ещё iGPU — встроенное видеоядро у Intel, или система SOC на чипсете у AMD, на которую тоже нужно отдать 1-2 канала. В итоге из 6-8 каналов, которые имеются у среднего контроллера, обычно только от 4 до 7 приходится непосредственно на сам процессор. И возникает вполне резонный вопрос: как, скажем, при помощи пяти каналов управлять десятью мосфетами?

Тут есть два варианта. Первый — распараллеливание. В этом случае на каждый канал цепляют два мосфета, а порой даже три.

Как выбрать материнскую плату с лучшей системой питания за свои деньги. Часть 1

С точки зрения обеспечения процессора питанием здесь всё в порядке. Мы получаем нужные 300 ампер и нужные 10 цепей питания. Но гашение пульсаций в данном случае происходит недостаточно хорошо, так как каналов выделено всего пять. Каждая пара мосфетов работает на одной фазе. Таким образом, данная схема имеет 10 цепей питания и лишь 5 фаз. Теперь вы понимаете, что цепи и фазы — вовсе не одно и то же. Зачастую производители, когда указывают якобы количество фаз питания, лукавят и указывают по факту число цепей питания, а фаз там намного меньше.

Во второй части статьи мы продолжим разговор о способах управления мосфетами и о том, как оценить качество компонентов системы питания выбранной вами материнской платы.

Источник