Vrm چیست ؟

[The Joker]

با سلام و درود خدمت تمامی عزیزان

یکی از رایج ترین مشکلات در اورکلاک که باعث محدودیت می شود و دست کاربر را برای رسیدن به فرکانس های بالاتر تنگ می کند VRM است .
اکثر قطعات در کامپیوتر مثل GPU یا CPU و ... از VRM برای کاهش جریان استفاده می کنند
به صورت کلی و ساده VRM همان PSU یا منبع تغذیه برای قطعه مورد نظر است
علاوه بر آن بعضی از دوستان ممکن است که با واژه ی VRM نا آشنا باشند
بنده ی حقیر بر آن شدم تا جایی که در توانم بود یک توضیح جامع و کامل از VRM خدمت دوستان ارائه بدهم و امیدوارم که مورد پسند عزیزان واقع بشود ، هر کم و کسری که در متن میبینید را به بزرگی خودتان ببخشید .

VRM چیست :

Voltage Regulator Module یا به اختصار VRM که به آن منبع تغذیه یا مدار رگلاتور نیز می گویند یک دستگاهی است که تبدیلات DC به DC را انجام می دهد (DC=Direct Current)
این تبدیلات بسیار لازم و ضروری هستند زیرا اکثر چیپ های سخت افزاری نظیر GPU یا CPU و ... در ولتاژ های خروجی پاور مثل 12 ولت و 5 ولت نمی توانند فعالیت کنند و در ولتاژ های بسیار پایین تر مثل 1 ولت فعالیت می کنند ، به همین دلیل دستگاهی که برای کاهش دادن این ولتاژ ها مورد استفاده قرار می گیرد VRM نام دارد ، به همین دلیل VRM یک مبدل DC-DC است .
مسئولیت بعدی یک VRM فراهم کردن مقدار بسیار زیادی آمپر برای چیپ سخت افزاری ( به عنوان مثال GPU ) و همینطور ثابت و روان نگه داشتن ولتاژ خروجی است .

علاوه بر این به VRM مبدل باک (Buck) نیز گفته می شود .
(مبدل باک : به مبدلی گفته می شود که تبدیلات DC به DC گام رو به پایین (Step-down) را انجام می دهد) .


در تصویر زیر یک طرح ساده و اولیه از یک VRM را مشاهده می کنید

SW1 یک ترانزیستور است که ولتاژ ورودی را Commutates می کند .
L1 یک سلف (Inductor) است که وظیفه ی آن ذخیره و آزاد کردن انرژی در خازن Cout است که باعث روان شدن سیگنال ولتاژ می شود .
SW2 یک عدد ترانزیستور Freewheeling است که هنگام باز بودن ترانزیستور SW1 بسته است .
در هنگام تبدیل ولتاژ های کم یک عدد دیود(Diod) به جای ترانزیستور مورد استفاده قرار می گیرد .


یک VRM می تواند به سه بخش اصلی تقسیم شود : بخش Logical ، بخش Power Device و بخش Filt.e.r.ing Device .

بخش Logical که به آن ولتاژ کنترلر نیز می گویند ولتاژ و آمپر صحیح و مورد نیاز GPU را تامین می کند ، بخش ولتاژ کنترلر مغز VRM است .

Power Device بخش پر قدرت VRM تلقی می شود و از ماسفت ها ساخته شده است .
(Moseft چیست : ماسفت که کوتاه شده ی واژه ی Metal Oxyd Semiconductor Field Effect Transistor است و کار آن سویچ کردن پاور است و یکی از رایج ترین تزانزیستور های مورد استفاده در وسایل الکترونیکی است )

Filt.e.r.i.ng Device که وظیفه ی آن روان کردن ولتاژ خروجی ماسفت ها است و از چندین سلف و خازن ساخته شده است .

یک فاز (Phase) از power device و filt.e.r.ing device ساخته شده است و VRM نیز از یک عدد ولتاژ کنترلر و چندین فاز ساخته شده است .

تصویر زیر VRM یک عدد کارت گرافیک Asus EAH 5830 DirectCU را نشان می دهد .

نمای PCB کارت گرافیک Asus 5830 DirectCU همراه با فاز های VRM و چیپ ولتاژ کنتلر (VC)

با توجه به تصویر ، کارت گرافیک Radeon HD 5830 از 8 فاز تشکیل شده است که یک یا دو عدد از فاز ها وظیفه ی تغذیه بخش حافظه کارت گرافیک و 6 یا 7 عدد فاز دیگر وظیفه ی تغذیه تراشه ی گرافیکی کارت را بر عهده دارند .

چرا یک VRM از چندین فاز تشکیل شده است :
به این دلیل است که تراشه های گرافیکی جدید به میزان خیلی زیادی آمپر (80 آمپر برای بعضی GPU ها ) نیاز دارند ، فراهم کردن این میزان آمپر فقط توسط یک VRM با چندین فاز میسر است ، به چنین VRM هایی VRM های چند فازی یا Multiphase VRM گفته می شود .

در VRM های چند فازی ، هر ماسفت (در اکثر مواقع دو ماسفت برای هر فاز) توسط یک سیگنال PWM که توسط ولتاژ کنترلر تولید می شود هدایت می شود. سیگنال PWM وظیفه ی باز کردن و بستن ماسفت ها را بر عهده دارد.
ولتاژ خروجی یک VRM چند فازی مجموع ولتاژ های خروجی هر فاز است.
(PWM چیست : PWM که کوتاه شده ی واژه ی Pulse Width Modulation (مدولاسیون پهنای پالس) یک سیگنال با پالس مربعی است که عرض آن می تواند متفاوت باشد )

تصویر زیر سیگنال های pwm برای یک vrm 4 فازی را نشان می دهد

سیگنال ها PWM در یک VRM 4 فازی

در یک VRM چند فازی ، هر ماسفت تنها 1/n از کل ولتاژ خروجی را ارائه می کند که ماسفت ها و سلف های کوچکتر نیز امکان فعالیت داشته باشند . نکته ی مهم این است که اتلاف قدرت (Power Dissipation) بین تمام ماسفت ها پخش می شود که از داغ شدن بیش از حد یک فاز جلوگیری می کند و به کاهش دمای VRM نیز کمک به سزایی می کند.

به صورت کلی دو نوع تولید کننده ی سیگنال PWM وجود دارد : آنالوگ و دیجیتال .
تولید کننده ی سیگنال آنالوگ از قطعات الکترونیکی ساده ایی برای تولید سیگنال pwm بهره می برند ، اما قطعات الکترونیکی مورد استفاده در تولید کننده ی سیگنال دیجیتال بر اساس میکرو کنترلر هستند و قابلیت های برنامه نویسی نیز دارند.
بنابراین مقدار انرژی نهایی که یک vrm می تواند ارائه کند ارتباط مستقیمی با تعداد فاز ها دارد .

به عنوان مثال کمپانی معظم msi از این اصل به نفع خودش استفاده کرده است و در کارت های گرافیک High-END خود نظیر Radeon HD 5870 Lightning از vrm 15 فازی استفاده کرده است که 12 فاز وظیفه ی تغذیه GPU و 3 فاز وظیفه ی تغذیه ی بخش حافظه را بر عهده دارند که این باعث شده است که پتانسیل کارت گرافیک در اورکلاک بسیار بالا تر از حد معمولی رود.
وظیفه ی بخش Fil.t.e.ring Device در هر فاز در حقیقت ذخیره (هنگامی که ماسفت ها بسته هستند) و انتقال (هنگامی که ماسفت ها باز هستند ) انرژی مورد نیاز برای تراشه ی گرافیکی است .

به صورت اصلی دو نوع VRM وجود دارد :
vrm مبتنی بر سلف ( Inductor-Based VRM)
vrm مبتنی بر خازن (Capacitor-Based VRM)

VRM های مبتنی بر خازن در وسایلی مورد استفاده قرار می گیرد که از انرژی کمی استفاده می کنند ، در حالی که VRM های تحت سلف در وسایلی مورد استفاده قرار می گیرد که به آمپر زیادی نیاز دارند اما از انرژی کمی استفاده می کنند .
چوک (Choke) رایج ترین نامی است که به این گونه سلف ها نسبت داده اند .

در قسمت های قبل گفته شد که GPU در ولتاژ خیلی کمی فعالیت می کند ، اما در عین حال به مقدار زیادی جریان آمپر نیاز دارد (مقدار آمپر در هر فاز ممکن است که به 20 آمپر یا بیشتر هم برسد) . در این حالت سلف به عنوان یک مخزن سافی در مقابل آمپر عمل می کند که از تغییرات بسیار خطرناک آمپر جلوگیری کند (سلف های چوک قطعات Passive ایی هستند که در مقابل تغییرات آمپرها از خود مقاومت نشان می دهند ). در این حالت سلف انرژی را به صورت یک میدان مغناطیسی ذخیره می کند .


VRM در کارت گرافیک Radeon hd 5970
کارت گرافیک Radeon hd 5970 یک کارت دو هسته ایی است و دو عدد vrm برای تغذیه هر دو هسته مورد استفاده قرار می گیرد .

تصویر زیر دیاگرام منبع تغذیه کارت گرافیک 5970 را نشان می دهد

کارت گرافیک 5970 از چیپ ولتاژ کنترلر Volterra VT1165MF بهره می برد . این چیپ به کاربر اجازه می دهد که ولتاژ GPU را تا 2 ولت افرایش دهد(همچنین به صورت تئوری امکان بالا بردن ولتاژ هر هسته به صورت جداگانه وجود دارد). ولتاژ دیفالت هسته ها 1ولت است .همچنین کارت 5970 قابلیت SoftMod را نیز دارا می باشد ، به این معنی که امکان افزایش ولتاژ به صورت نرم افزاری نیز وجود دارد .

چیپ VT1165MF سه ماسفت را با یک سیگنال PWM هدایت می کند . ولتاژ خروجی هر ماسفت بویسله ی چیپ Volterra VT1157SF محقق می شود ، همچنین هر هسته ی کارت گرافیک 5970 بویسله ی یک عدد VRM سه فازی تغذیه می شود .

انرژی مورد نیاز هر هسته کارت گرافیک 5970 از هسته ی کارت گرافیک 5870 کمتر است ، به همین دلیل است که تنها سه فاز برای تغذیه هر هسته ی کارت گرافیک 5970 در نظر گرفته شده است در حالی که تغذیه ی هسته ی کارت گرافیک 5870 بویسله ی یک VRM 4 فازی صورت می گیرد .

کمپانی معظم AMD مقداری جای خالی برای اظافه کردن فاز های بیشتر در کارت گرافیک 5970 در نظر گرفته است . کارت های گرافیکی High-END نظیر Asus Ares به 4 فاز برای تغذیه هر هسته نیاز دارند .

vrm مقدار بسیار زیادی انرژی مصرف و تبدیل می کنند ، به همین دلیل است که در کارت های گرافیک High-END نظیر همین کارت گرافیک 5970 یا 480 ، برای خنک سازی VRM هیت سینک جداگانه در نظر گرفته شده است .

کارت گرافیک Radeon HD 5850 همراه با هیت سنک های ThermalTake VRM-R5

خنک سازی VRM به خصوص ماسفت ها که جزئی از VRM ها هستند به دلیل گرمایی بیشتر نسبت به سایر قطعات به کار رفته در کارت گرافیک از اهمیت ویژه ایی برخوردار است به خصوص اگر کارت گرافیک اورکلاک شده باشد.
در عکس زیر تصویر یک کارت گرافیک Geforce GTX 275 را مشاهده می کنید که یکی از ماسفت ها ی بخش VRM کارت به دلیل نداشتن هیت سینک و کولر در تست Furmark آسیب دیده است .

VRM های به کار رفته در کارت گرافیک 5970 از نوع vrm های مبتنی بر سلف هستند ، این نوع vrm ها به سلف های خارج از چیپ(Off-Chip) نیاز دارند .
این سلف های Off-Chip بویسله ی چیپ Colitronics CLPA-3-50 هدایت می شوند که دارای سه فاز هستند و به صورت اختصاصی فقط برای چیپ ولتاژ کنترلر Volterra طراحی شده اند . CPLA-3-50 یک قطعه ی سه فاز Low Noise است که هر فاز آن ظرفیت القاء مغناطیسی تا 50 نانو هنری را دارند
(نانو هنری واحد شناسایی و توصیف سلف است ، خازن بوسیله ی واحد فاراد توصیف می شود و مقاومت بوسیله واحد اهم)

دو عدد ماسفت دیگر که در کارت گرافیک 5970 به کار رفته اند به چیپ CLP-2-50 که دارای 2 فاز است گره خورده اند و بویسیله ی ولتاژ کنترلر VT1165MF کنترل می شوند.

محاسبه ی TDP
Thermal Design Power یا به اختصار TDP کارت گرافیک 5870 188 وات است و GPU آن در ولتاژ 1 ولت فعالیت می کند . GPU در کارت گرافیکی تنها قطعه ایی نیست که برق مصرف می کند و قطعات دیگر هم برق مصرف می کنند . اگر این گونه بود ، مقدار آمپر مورد نیاز برای هسته 188 آمپر محاسبه می شد که غیر ممکن است .
فرض کنیم که GPU به 78 آمپر در حالت فول لود نیاز دارد ، این بدان معنی است که 78 وات از 188وات را GPU مصرف می کند و 110 وات باقی مانده را باقی قطعات روی برد کارت گرافیک از جمله چیپ های حافظه و فن و vrm و ... مصرف می کنند .

ماسفت های VT1157SF به کار رفته در سری Radeon hd 5000 بویسله ی یک چیپ اختصاصی محافظت می شوند که بزرگترین فرق بین سری 4000 و سری 5000 است .
کار این چیپ محافظت کننده این است که اگر انرژی اتلاف شده در ماسفت ها از حد مجاز بیشتر شوند این چیپ کارت گرافیک را به منظور بازگشت به محدوده ی بی خطر از فعالیت باز می دارد .

VRM در کارت گرافیک Geforce GTX 480
کارت گرافیک Geforce GTX 480 دارای 6 فاز برای تغذیه GPU و 1 فاز برای تغذیه حافظه است .
بر خلاف کارت گرافیک Radeon HD 5970 کارت 480 دارای تنظیم کننده ی ولتاژ VT1165 نیست اما از ولتاژ کنترلر Chil CHL 8266 بهره می برد .
چیپ ولتاژ کنتلر در قسمت پشت PCB کارت گرافیک قرار دارد . GPU کارت گرافیک 480 در محدوده ی ولتاژ بین 0.990 و 0.995 فعالیت می کند .

نمای PCB کارت گرافیک Geforce GTX 480 از رو به رو


VRM کارت گرافیک




نمای PCB کارت گرافیک Geforec GTX 480 از پشت همراه با چیپ ولتاژ کنتلر

هر فاز در VRM کارت گرافیک Geforce GTX 480 از سه عدد ماسفت ، یک عدد چوک و یک عدد خازن ساخته شده اند .


منبع متن :Geeks3d.com
نویسنده : The Joker
منبع اصلی : Overclockingheroes.com

کپی برداری از مطلب تنها با ذکر منبع بلامانع می باشد

با تشکر از همه ی عزیزان ، امیدوارم که از مطلب لذت برده باشید

[The Joker]

امروز چند بار اومدم دنبال این تاپیک بگردم دنبال یه سری نکته بودم همش حواسم به موضوع دیگه ای پرت میشود بالاخره حواسم سر تونستم این تاپیکو پیدا کنم

محمد جوان جان بازم ازت خیلی خیلی ممنونم واقعا بهم کمک کرد و یک سری چیزها در مورد مدار تغذیه برام روشن شد..من تا امروز یه سری چیزا رو نمیدونستم و واقعا روم نمیشه بگم چیا بودن :دی

خواهش می کنم آقا مهدی عزیز دل
شما تاج سر بنده هستید
خوش حالم که این تاپیکه به درد خورد

[soorush]

بي نظير بود