يعد تنظيم الطاقة أمرًا بالغ الأهمية عندما يتعلق الأمر بحماية اللوحة الأم ومكوناتها.
بالنسبة لمعظم عشاق الكمبيوتر الشخصي ، يتضمن اختيار اللوحة الأم المناسبة اعتبارات رئيسية مثل عامل الشكل ، وتوافق وحدة المعالجة المركزية ، وتكوين الذاكرة ، وخيارات الاتصال ، وزيادة سرعة التشغيل. ومع ذلك ، فإن أحد مكونات اللوحة الرئيسية الرئيسية التي غالبًا ما يمر دون أن يلاحظها أحد ، حتى في ورقة المواصفات ، هو VRM (وحدة منظم الجهد) - دائرة إلكترونية مسؤولة عن ضمان النظام بشكل عام استقرار.
لتقييم أهمية منظم التحويل هذا الذي لا يحظى بالتقدير الكافي ، دعنا نتعمق في عمل VRM ، المكونات المرتبطة به ، وكيفية التمييز بين VRM عالية الجودة وذات تصميم رديء ، بالإضافة إلى تأثيرها على وحدة المعالجة المركزية أداء.
كيف تعمل VRM؟
في جوهرها ، تعتبر وحدة منظم الجهد على اللوحة الأم (يشار إليها أيضًا باسم وحدة طاقة المعالج) باكًا متخصصًا محول (DC إلى DC) ينظم ويحول الفولتية لتتماشى مع المتطلبات المحددة لوحدة المعالجة المركزية والذاكرة وغيرها عناصر. فكر في وحدات تنظيم الجهد على أنها مصادر طاقة صغيرة ، على غرار الوحدة الرئيسية ، التي تأخذ 120 أو 240 فولت تيار متردد من مأخذ التيار الكهربائي وتخفضه إلى جهد تيار مستمر أقل بكثير (12 فولت / 5 فولت / 3.3 فولت).
في هذا الصدد ، تقوم وحدات VRM الخاصة باللوحة الأم بإجراء نفس العملية مثل PSU ، ولكن على المستوى الثانوي. هدفهم الأساسي هو تحويل 12V الوارد من موصلات EPS 8/4-pin إلى جهد تشغيل مناسب لوحدات المعالجة المركزية الحديثة (عادة في نطاق 1.1-1.5V).
علاوة على ذلك ، تعد وحدات تنظيم الجهد (VRM) محورية في نقل جهد كهربائي نظيف ومتسق إلى كل مكون متعطش للطاقة في جهاز الكمبيوتر الخاص بك ، مما يقلل من احتمالية حدوث أي ارتفاعات غير معقولة أو VDroops. نظرًا لقدرات التحويل الثابتة ، تسمح دوائر تنظيم الجهد أيضًا لأجيال متعددة من وحدات المعالجة المركزية (بجهد قلب ديناميكي) بالعمل على النحو الأمثل على جهاز متوافق شرائح اللوحة الأم.
مكونات VRM
بينما يعتبر الكثير منا أن VRM وحدة مستقلة قائمة بذاتها ، يمثل الاختصار مجموعة من المكونات الإلكترونية المتميزة المحيطة بمقبس وحدة المعالجة المركزية (LGA أو PGA) وفتحات DIMM على اللوحة الأم الخاصة بنا. بالنسبة لأولئك غير المبتدئين ، تشتمل دوائر تنظيم الجهد على مجموعة من مفاتيح MOSFET التي تعمل جنبًا إلى جنب مع المكثفات والموانع ووحدات تحكم PWM لتسهيل عملية توزيع الطاقة عملية.
فيما يلي نظرة عامة شاملة على جميع المكونات الأساسية التي تشكل وحدات VRM للوحات الأم.
1. الترانزستورات
تعمل MOSFETs (ترانزستورات تأثير المجال من أكسيد المعادن وأشباه الموصلات) كبوابات معزولة تعمل على تضخيم الإشارات الإلكترونية أو تخفيفها داخل دائرة تنظيم الجهد. بعبارات أبسط ، تتحكم أشباه الموصلات في تدفق التيار إلى وحدة المعالجة المركزية بناءً على الإشارات والقيم المستلمة من شريحة تحكم PWM.
تستخدم وحدة تنظيم الجهد أحادي الطور مفتاحي MOSFET (الجانب المنخفض والجانب العالي) للمساعدة في تعديل متوسط جهد الخرج لدائرة عن طريق تبديل جهد الدخل بشكل متقطع. نظرًا لأن آلية التبديل تحدث مئات المرات في الثانية ، تميل دوائر MOSFET إلى توليد كمية كبيرة من الحرارة ، مع درجات حرارة يمكن أن تتجاوز 150 درجة مئوية في ظل أحمال ثقيلة أو بدون تبريد كافٍ.
نتيجة لذلك ، غالبًا ما تكون هذه أشباه الموصلات مزودة بأحواض حرارة سلبية أو مراوح صغيرة أو كتل مائية للتخفيف من مشكلات ارتفاع درجة الحرارة وتحسين الكفاءة التشغيلية.
2. الإختناقات
الإختناقات عبارة عن محاثات على شكل مكعب تقوم بتحويل إشارات التيار المتردد عالية التردد إلى ترددات منخفضة أو تيارات مباشرة داخل دائرة تنظيم الجهد. يتميز هذا الجهاز الإلكتروني بقلب مغناطيسي على شكل كعكة دائرية مع ملف معزول ملفوف حوله ، وهو يعمل بشكل مزدوج الغرض - تخزين الطاقة وترشيحها وصقلها والقدرة على تنظيم توصيل الطاقة في السيناريوهات المتطرفة مثل رفع تردد التشغيل أو overvoling.
علاوة على ذلك ، تجدر الإشارة إلى أن كل خنق يتوافق مع مرحلة الطاقة على اللوحة الأم. كلما زاد عدد المراحل ، زاد استقرار انتقال الجهد إلى وحدة المعالجة المركزية الخاصة بك.
3. المكثفات
على عكس الاختناقات ، تقوم المكثفات بتخزين الطاقة داخل مجال كهربائي وتفريغ التيار المتراكم بسرعة في دوائر متصلة عند الضرورة. الغرض الرئيسي من هذه المكونات الأسطوانية هو منع ارتفاعات الجهد المفاجئ وتقليل التموجات في دائرة تنظيم الجهد.
في سياق وحدات VRM للوحة الأم والمراحل المقابلة لها ، تعمل المكثفات كمؤقتة وحدات التخزين ، تجمع التيار الكهربائي المستلم من الإختناقات وتوصيل الطاقة المطلوبة لك وحدة المعالجة المركزية. يتم امتصاص أي شحنة زائدة من هذه الأجهزة أو إطلاقها عبر أرضية الدائرة.
4. وحدات تحكم PWM
تولد وحدات تحكم PWM (تعديل عرض النبضة) أو محركات IC (دوائر متكاملة) نبضات PWM ، والتي يتم توجيهها لاحقًا إلى المكونات التناظرية الأساسية لدائرة تنظيم الجهد - MOSFETs و الاختناقات. إلى جانب المراقبة ، تعمل وحدات التحكم متعددة المراحل هذه على ضبط توصيل الطاقة بشكل ديناميكي إلى وحدة المعالجة المركزية ، مما يسمح لها بالحفاظ على أعلى كفاءة أثناء أعباء العمل المكثفة.
في الأساس ، تكتسب وحدة التحكم PWM الجهد المرجعي لوحدة المعالجة المركزية الخاصة بك (يشار إليها أيضًا باسم VRef داخل BIOS) وتقيسه بالجهد السائد من VRM الخاص باللوحة الأم. أي اختلافات بين VRef والجهد الفعلي تدفع هذا الجهاز إلى إعادة معايرة الإشارات ، وتعديل جهد الخرج على الفور.
يتم أيضًا استكمال المكونات الأساسية لـ VRM بواسطة الثنائيات والمقاومات ، والتي تحمي من تدفق التيار الكهربائي إلى هذه الأجهزة من تجاوز العتبات المحددة.
متعددة المراحل VRMs على اللوحة الأم
تتطلب وحدات المعالجة المركزية (CPU) ووحدات معالجة الرسومات (GPU) الحديثة نظامًا قويًا لتوصيل الطاقة ، والذي يمتد إلى ما هو أبعد من مجرد إمكانات وحدة تنظيم الجهد أحادية الطور. لتحقيق إجراء نقل مستقر وفعال نسبيًا ، يقوم مصنعو اللوحات الأم دائمًا بدمج محولات باك متعددة على التوازي ، مما يخلق حلًا متعدد المراحل لوحدة تنظيم الجهد.
بالنسبة للمبتدئين ، يقسم الترتيب المتدرج لإعداد VRM متعدد المراحل الحمل إلى مراحل طاقة منفصلة ، ويوزعها عبر منطقة مادية أوسع. يوفر هذا النهج المتطور لإدارة الطاقة لوحدة المعالجة المركزية جهدًا تشغيليًا نظيفًا ومنظمًا بدقة ويحد من توليد الحرارة والضغط داخل المكونات الأساسية.
عند التسوق للحصول على لوحة أم جديدة تمامًا ، من المحتمل أن تواجه مصطلحات تصميم طاقة المرحلة في موادها التسويقية ، مما يشير إلى تخصيص المراحل إلى ثنائي الفينيل متعدد الكلور (لوحة الدوائر المطبوعة). غالبًا ما يتم الترويج لهذه المواصفات من قبل الشركات المصنعة بتنسيق "A + B" (8 + 2) أو تنسيق "X + Y + Z" (16 + 2 + 2) - القيمة الأولية التي تسبق علامة "+" يشير إلى عدد المراحل المخصصة لوحدة المعالجة المركزية ، في حين أن التركيبة التي تلي علامة الجمع تتعلق بالمكونات الهامة الأخرى في اللوحة الأم. (ذاكرة الوصول العشوائي ، مجموعة الشرائح ، iGPU ، إلخ).
ومع ذلك ، في الحالات التي يتجاوز فيها العدد الفعلي للمراحل المحجوزة لوحدة المعالجة المركزية ثمانية ، كما هو موضح في تسميات مثل "18 + 2" أو حتى أعلى ، تميل الشركات المصنعة للوحات الأم إلى تضمين جهاز مخادع يسمى a مضاعف. ببساطة ، تسمح مضاعفات VRM للمصنعين بتقسيم إشارات التحكم للمرحلة ، مما يؤدي إلى مضاعفة عدد المراحل بشكل فعال من وجهة نظر التحكم. ومع ذلك ، قد لا تكون الفوائد كبيرة مثل المراحل الإضافية الحقيقية.
علاوة على ذلك ، فإن إدراج المضاعفات في إعداد VRM ذي الثماني مراحل "صحيح" ينتج عنه تحسينات كبيرة في عملية تقسيم الطاقة بتكلفة تصنيع أقل.
كيف نميز بين تكوين VRM عالي الجودة وذات هندسة رديئة؟
تلعب عدة عوامل دور عند تقييم اللوحات الأم بناءً على جودة تكوينات VRM الخاصة بها. حتى إذا كنت لا تخطط لزيادة سرعة وحدة المعالجة المركزية الخاصة بك ، فإن حل VRM المصمم بشكل سيئ يمكن أن يفسد الطاقة آلية التسليم بهامش كبير ، مما يؤدي إلى عدم استقرار النظام ، والأعطال ، و BSODs ، وغير ذلك من السطوع مشاكل.
فيما يلي كيفية التمييز بين تكوين VRM من المستوى الأعلى وتكوين أقل بكثير من التوقعات.
- مرحلة تصميم الطاقة: تتمثل إحدى أسهل الطرق لتحديد جودة تكوين VRM في فحص إجمالي عدد الاختناقات المرئية على اللوحة الأم فعليًا. ل شرائح الدخول مثل AMD A620، يجب أن تكون قادرًا على تحديد موقع بحد أقصى من أربع إلى ست مراحل طاقة مخفية أسفل المشتت الحراري. في المقابل ، تستفيد اللوحة الأم متوسطة المدى أو المتطورة من عدد الطور الأكبر بكثير للتعامل مع المكونات المتعطشة للطاقة.
- المكثفات المقاومة للتسرب: تستخدم وحدات VRM عالية الجودة مكثفات الحالة الصلبة ، والتي يتم تسويقها غالبًا باسم "المكثفات اليابانية" أو "المكثفات الداكنة" أو "Hi-C" قبعات. "مقارنةً بنظيراتها الإلكتروليتية ، تتمتع المكثفات الصلبة بمعدل تحمل أعلى بكثير وتكون أقل عرضة شيخوخة.
- الإختناقات المصنوعة من السبائك الممتازة: نوصي بالاستثمار في اللوحة الأم التي تستخدم SFCs (ملفات Super Ferrite) أو ملفات Premium Alloy Chokes لأنها تستهلك طاقة أقل وتقاوم التآكل وتولد تداخلًا كهرومغناطيسيًا أقل.
بالطبع ، فحص اللوحة الأم قبل الشراء ليس بالأمر السهل. ومع ذلك ، يمكنك دائمًا إلقاء نظرة جيدة عليها عند وصولها ، ثم إرسالها مرة أخرى إذا لم تكن جاهزة للخدش.
VRMs اللوحة الأم: البطل المجهول للحوسبة الحديثة
بشكل أساسي ، يمكن أن يكون مفهوم VRM معقدًا تمامًا لأنه يتضمن عددًا كبيرًا من المصطلحات الفنية (MOSFETs ، الإختناقات ، المكثفات ، وحدات التحكم PWM ، وما إلى ذلك) التي قد تكون غير مألوفة بالنسبة للكمبيوتر العادي متحمس. على الرغم من هذه التعقيدات ، تعمل وحدات تنظيم الجهد (VRM) الخاصة باللوحة الأم بمثابة العمود الفقري لنقل الجهد بكفاءة إلى وحدة المعالجة المركزية (CPU) والمكونات الأساسية الأخرى في جهاز الكمبيوتر الخاص بك.
