Feszültség szabályozók meghajtására fejlett processzor Intel Pentium család és AMD processzorok

Mikroprocesszorok a legerősebb energiafogyasztók a mai számítógépek. Áramfelvétele modern mikroprocesszor értéket érhet el több tíz amper. A minőség a tápfeszültség a mikroprocesszor a legfontosabb meghatározó tényező a stabilitást az egész rendszert. Arról, hogy milyen alaplap gyártók megoldani a problémát, hogy a nagy teljesítményű mikroprocesszort és jó minőségű élelmiszert, hogy azt mondtuk, a cikkben a figyelmét.

Az órajel mikroprocesszorok óta folyamatosan növekszik, és jelenleg eléri több GHz. Növelése az órajel a mikroprocesszor kíséri jelentős növekedése energiafogyasztása őket, és ennek következtében a növekedéséhez vezet a hőmérséklet a lapkán. Ezen túlmenően, az energiafogyasztás mikroprocesszorok befolyásolja és növeli a tranzisztorok száma kristály (korszerűbb processzor, a magasabb fokú integráció, azt). Bár a CMOS tranzisztorok képezik az alapját a mikroprocesszorok fogyaszt zárt apró áramlatok, de amikor beszélünk több millió tranzisztort elhelyezkedik lapkán, akkor elhanyagolása már nem szükséges. Fő energiafogyasztása CMOS tranzisztorok végzik idején beépítése, és természetesen, hogy a több tranzisztort be van kapcsolva, a nagyobb mennyiségű energiát fogyasztanak. Ennek eredményeként, több millió tranzisztorok vannak kapcsolva egy nagyfrekvenciás, amely képes ilyen áramfelvételét egy mikroprocesszor, amely érték már akár 50 amper vagy több. Így a processzor melegíteni kezd, ami jelentős romlás tranzisztor kapcsolási folyamatok és károsodását okozhatja. Ugyanakkor a probléma megoldására kizárólag a hűtőborda nem lehetséges.

Mindez arra kényszeríti a gyártókat, hogy csökkentsék a tápfeszültség mikroprocesszorok, pontosabban a tápfeszültség a kernel. Csökkentve a tápfeszültség képes megoldani a problémát a energiának a mikroprocesszor chip, és csökkenti annak hőmérsékletét. Ha a legelső mikroprocesszor 80x86 család volt a tápfeszültség + 5V (az első alkalommal, és csökkenti a feszültséget + 3.3V alkalmazták I80486), a legújabb generációs mikroprocesszorok már működhet tápfeszültsége + 0,5V (lásd. VR11 leírás Intel).

De az a tény, hogy egy ilyen kis feszültségű nem a rendszer által generált tápegység. Emlékezzünk vissza, hogy a kimeneten a feszültség keletkezik + 3.3V, + 5V és + 12V. Így saját feszültségszabályozó meg kell jelennie az alaplapon, amely képes csökkenteni ezeket a „magas” feszültséget a szükséges szintet a CPU mag kínálat, azaz egy értéket 0,5 - 1,6 V (1. ábra).

Mivel ez a szabályozó átalakítja a DC feszültséget a + 12V be DC feszültség, de kisebb érték, a vezérlő az úgynevezett DC-DC átalakító (DC-DC átalakító DC). Szeretném felhívni a figyelmet minden olyan szakember, hogy a CPU mag feszültség keletkezik most feszültség + 12V helyett + 5V vagy + 3.3V, mint lehetett tűnt logikusnak. Az a tény, hogy a csatorna feszültség + 12V a legnagyobb, és ezért lehetséges, hogy hozzon létre lényegesen nagyobb teljesítmény, kisebb áram értékét. Így a modern számítástechnikai rendszerek kritikussá válik feszültség + 12V, és hogy a legnagyobb áramot ezen a csatornán. Ez egyébként is tükröződik a leíró szabványok követelményeit rendszer töltők, amellyel összhangban terhelhetőség csatorna + 12V maximum. Ezen kívül, a kimenet a teljesítmény blokk kell legyen a két + 12V csatorna (+ 12V1 és + 12V2), ahol az aktuális ellenőrzés ezeknek a csatornáknak mindegyike el kell végezni függetlenül. Az egyik ilyen csatorna, nevezetesen + 12V2, használjuk időben a processzor kínálat, és biztosítsák a merev követelmények a stabilitás és a legkisebb tűréseket eltérések a névleges értéket.

Meg kell jegyezni azt is a következő pillanatban. Mivel a teljesítmény által fogyasztott a processzor, elég nagy (elérheti közel 100 W), meg kell végezni feszültség átalakítás impulzus módszerrel. A lineáris transzformáció nem tud kielégítően magas hatásfok az ilyen teljesítmény, és vezet jelentős veszteségeket, és így a hő a konverter elemek. A mai napig csak a wavelet transzformáció előállítását teszi lehetővé a hatékony és költséghatékony tápegység kis mérete és elfogadható áron teljesítményt. Így a tárolt DC-DC átalakító az alaplapon, ami egy lefelé impulzus átalakító típusa (Step Down, vagy berendezés).

DC-DC átalakító le típus

Alapvető DC áramkör buck átalakító a 2. ábrán látható. Meg kell jegyezni, hogy a szabályozók az ilyen típusú modern külföldi szakirodalomban hívták Buck Converter vagy Buck Regulator. A Q1 tranzisztor ebben a rendszerben a kulcs, amely arra korlátozódik, nyitása / pózol a DC impulzus feszültség.

A amplitúdója a generált impulzusok egyenlő 12V. Ahhoz, hogy javítsa a konverziós hatékonyságot, hogy a Q1 kapcsoló egy nagyfrekvenciás (minél nagyobb a frekvencia, annál hatékonyabb konverzió). A valós áramkörök alaplap vezérli a kapcsolási frekvenciát az inverter tranzisztorok terjedhet 80 kHz és 2 MHz-es.

Ezután, a kapott impulzus feszültség simítjuk L1 tekercset és elektrolit kondenzátor C1. Ennek eredményeként C1sozdaetsya DC feszültségű, de kisebb mértékű. A nagyságát az egyenáramú feszültség generált arányos a impulzusszélesség szerezhetők be a kimeneti Q1. Ha Q1 nyitva hosszabb ideig, a tárolt energia az L1, is jobban, hogy ennek eredményeként, növeli a feszültséget a C1. Ennek megfelelően, másrészt - rövidebb időtartamú nyitott Q1 tranzisztor. feszültség C1 csökken. Ez az állandó feszültség ellenőrzési módszer az úgynevezett impulzus szélesség moduláció - PWM (PWM - Pulse Width Modulation).

Egy nagyon fontos áramköri elem egy dióda D1. Ez dióda támasztja alá az a terhelőáram termelt L1 tekercs, az időszakokban, amikor a Q1 tranzisztor zárva van. Más szóval, a nyílt Q1, indukciós áram és a terhelési áram által az áramforrást, és ahol a tekercs halmozódik energiát. Bezárása után a Q1 tranzisztor, a terhelési áram által fenntartott felhalmozott energia a fojtó. Ez az áram átfolyik a D1, azaz fojtószelep energiát fordítunk, hogy fenntartsák a terhelési áram (lásd. 3. ábra).

Azonban a gyakorlati áramkörök bak szabályozók, amely egy erős áramlatok, vannak problémák. Az a tény, hogy a legtöbb diódák nem rendelkezik elegendő teljesítményt, és van egy viszonylag nagy ellenállású p-n átmenetet. Mindez nem kritikus alacsony terhelésnél áramlatok. De nagy áramok, mindez vezet jelentős veszteséget, erős fűtés a D1 dióda, a feszültség emelkedik, hogy robban és fordított áramok diódán keresztül, amikor a Q1 tranzisztor kapcsolási. Ezért ez a rendszer úgy van módosítva, hogy növeli a teljesítményt és a veszteségek csökkentésére, ami a D1 dióda helyett kezdték használni egy tranzisztor - Q2 (4. ábra).

Q2 tranzisztor, hogy egy MOS tranzisztor, van egy nagyon alacsony on-ellenállás és egy nagy teljesítményű. Mivel Q2 elvégzi a dióda funkció működik szinkronban Q1, de szigorúan ellentétes fázisú, azaz a egy reteszelő pont Q1, Q2 tranzisztor nyit és fordítva, amikor a nyílt Q1, Q2 tranzisztor - zárt (lásd 5. ábra.).

Egy ilyen megoldás csak akkor lehetséges, a szervezet a feszültség átalakítók modern alaplapok, amely, mint már mondtuk, azonban nagyon nagy áram a processzor.

Befejezése után értékelje az alapvető technológiákat impulzus feszültség szabályozók, viszont a gyakorlati rendszereket azok megvalósításának.

Alapjai szervezet a CPU mag feszültségszabályozó

Azonnal érdemes megemlíteni, hogy már régóta az elemi bázis gyártók indított speciális chipek tervezett építési impulzus feszültség szabályozók PC alaplap. Az ilyen speciális chipek javíthatja a teljesítményt a vezérlő, hogy a nagy tömörség és a költségek csökkentése, mind a szabályozók és a költségek a fejlesztés. Eddig három lapkákat Feszültségstabilizátor alaplapok lehet azonosítani szánt CPU mag feszültség:

- egy fő vezérlő (fővezérlő), amely más néven, mint a PWM vezérlő (PWM-vezérlő) vagy feszültségszabályozó (Voltage Regulator);

- ellenőrzési vezető MOS tranzisztorok (szinkron-egyenirányító MOSFET Driver);

- Kombinált szabályozó funkcióit egyesíti, és a PWM vezérlő és meghajtó MOS tranzisztorok.

Mivel a különböző chipek használják a modern alaplapok, találunk két fő lehetőséget az építési impuizusfeszüitség szabályozói processzormag kínálat.

I kiviteli alakban. Ez a kiviteli alak tipikus alkalmazások egy belépő szintű alaplapokat eltérő alacsony termelékenység, azaz a leggyakrabban használt alaplap, amely nem jellemző a nagy teljesítményű, erőteljes processzorok. Ebben a kiviteli alakban, a teljesítmény-tranzisztorok az inverter által ellenőrzött IC szabályozó kombináció. Ez a chip a következő funkciókat biztosítja:

- olvasási állapot azonosító jelet a processzor tápfeszültség (VIDn);

- képező PWM jelet a szinkron irányítást a teljesítmény MOSFET;

- kontroll értéke képződött feszültség;

- végrehajtásának jelenlegi védelmét a teljesítmény MOSFET;

- kialakulása egy jelet megerősítve a megfelelő működését vezérlő, és amelynek a kimenetén a megfelelő feszültséggel a processzor mag (PGOOD jel).

Egy példa az ebben a kiviteli alakban a feszültségszabályozó mutatjuk a 6. ábrán. Ebben az esetben, mint láttuk, a teljesítmény-tranzisztorok közvetlenül kimeneteihez csatlakoztatott a kombinált vezérlő chip. Mint ilyen, a vezérlő chip HIP6004 használt elég gyakran.

II változatot. Ez a kiviteli alak az jellemző a alaplapokat szánt nagy teljesítményű processzorok. Mivel a nagy teljesítményű processzor magában foglalja a fogyasztása nagy áramok, a feszültségszabályozó csinál egy többcsatornás (7. ábra).

Miután több csatorna csökkenti az aktuális értékét minden egyes csatornát, vagyis csökkenti az áramlatok kapcsolt MOSFET. Ez viszont növeli a megbízhatóságot a teljes áramkör, és lehetővé teszi, hogy kisebb teljesítményű tranzisztorok, ami pozitív hatással van az értéke mind a szabályozó és az alaplap egészére.

Ez a kiviteli alak jellemzi két vezérlő IC típus: mester PWM vezérlő és meghajtó MOS tranzisztorok. Szinkronizált vezérlés a MOS tranzisztorok végzik vezetők, amelyek mindegyike lehet kezelni egy és két pár tranzisztort tartalmaz. A vezető biztosítja a ellenfázisú kapcsolási tranzisztorok összhangban egy bemeneti jelet (általában jelöljük PWM), amely meghatározza a kapcsolási frekvencia és a nyitott állapotban a tranzisztorok. A számos vezető IC felel meg a kapcsolási szabályozó csatornákat.

Irányítsd az összes illesztőprogram hordoz fő vezérlő (Main Controller), amelynek a fő funkciók a következők:

- impulzus alakításában, hogy ellenőrizzék a vezető MOSFET;

- változik a szélessége a vezérlő impulzusok stabilizálása érdekében a kimeneti feszültség szabályozó;

- irányítást a kimeneti vezérlő feszültség;

- nyújtó túláram MOS tranzisztorok;

- olvasási állapot azonosító jelet a processzor tápfeszültség (VIDn).

Amellett, hogy ezeket a funkciókat lehet végezni, és egyéb kiegészítő funkciók, amelynek jelenléte fogja meghatározni, hogy milyen típusú a fő vezérlő.

Az általános rendszer egy ilyen feszültségszabályozó van a 8. ábrán látható. A legtöbb modern fő vezérlők 4-csatornát, vagyis 4. kimenő PWM jel, hogy ellenőrizzék a vezető tranzisztor.

Így, az aktuális időpontban, feszültség szabályozók a processzor magok lehetnek 2-csatorna, csatorna 3 és 4-es csatorna.

2. példa végrehajtása a csatorna vezérlő ábra mutatja be a 9.. Ez a szabályozás épül segítségével chipek Fő Vezérlő típusa HIP6301, ami elvileg egy négy csatornás, két csatorna, de maradt.

Ennek fő motorja a rendszerben használt HIP6601B chip.

4. példa végrehajtása kapcsolat vezérlő segítségével ugyanazt a fő Controller'a bemutatott 10. ábra.

HIP6301 vezérlő dekódolja a CPU mag feszültség az 5-bites azonosító kód (VID0 - VID4), és létrehoz PWM kimeneti impulzusokat egy frekvencia akár 1,5 MHz. Ráadásul kialakult PGOOD jelet (jó étel) abban az esetben, hogy a CPU mag feszültség keletkezik feszültség szabályozó megfelel a beállított értéket keresztül VIDn jeleket.

Jellemzők többcsatornás szabályozók

Amikor egy többcsatornás Feszültségstabilizátor lehet jegyezni, számos problémát vet fel kell oldani, hogy a fejlesztők a alaplapok. Az a tény, hogy minden egyes csatorna egy kapcsolóüzemű szabályozó, amely kapcsoló egy nagyfrekvenciás generál annak kimeneti áram impulzusok. Ezek az impulzusok, persze, ki kell egyenlíteni, és erre a célra, az elektrolit kondenzátorokat és tekercsek. De a tény az, hogy mivel a nagy áram terhelés, kondenzátorok és indukciós, elvégre nem elég, hogy hozzon létre egy valóban állandó feszültség, ennek eredményeként, a lüktetés (11. ábra) figyelhető meg az élelmiszer-feldolgozó buszra. És ezek az ingadozások nem menti számának növekedése kondenzátorok vagy növeli a kondenzátor kapacitása és tekercs, vagy növeljék a konverziós arány (ha nem mondjuk egy gyakoriságának növekedése több alkalommal). Természetesen ezek a pulzálás vezethet instabil működését a processzor.

Out probléma csak megtalálható a használatát többcsatornás építészet egy feszültségszabályozó. De csak, ha több párhuzamos csatornán, hogy megoldja a problémát, de még mindig nem sikerül. Meg kell győződnie arról, hogy a különböző csatornákon kulcsok kapcsolva a fáziseltolódás, azaz kell őket nyitni egyesével. Ez lehetővé teszi azt, hogy az egyes csatornák továbbra is fenntartja a kimeneti áram szabályozó szigorúan megszabott ideig. Más szóval, a simító kondenzátorok feltöltött állapotban maradt, de a különböző csatornákon különböző időpontokban. Például, ha a 4-csatornás vezérlő, a kimeneti kondenzátor újratölteni négyszer órajelperiódus a vezérlő, azaz pulzáló áramok az egyes csatornák eltolt fázisban egymáshoz képest 90 ° -kal (lásd. 12. ábra). Ez megfelel egy növekedése a frekvencia konverziós 4-szer, és ha a kapcsolási frekvencia a tranzisztorok minden egyes csatorna a 0,5 MHz-es, a frekvencia a impulzusok a simítás kondenzátor már 2 MHz-es.

Így a PWM impulzusokat kimenetén a fő vezérlő áramkör (kimenő PWM jelek), van, hogy kövesse egy bizonyos fázisban eltolt és fáziseltolásokkal határozza meg a belső építészet, a chip és adják általában a szakaszában tervezése chipek. Azonban néhány vezérlők segítségével lehet konfigurálni őket különböző üzemmód: 2-fázisú, 3 fázisú vagy 4-fázisú vezérlő (hogy ez hogyan történik megtalálható a leírások a vezérlők is).