Новая эра VRMостроения

Буквально вчера столкнулся с мат. платой MSI P45 Neo2 (MS-7512 VER:1.1). Был сильно удивлен. Пациент поступил в состоянии "КЗ по 12V линии от доп. разъема питания". Ну, что ж - оперировать, так оперировать. В процессе исследования комплектующих мат. платы было обнаружено, что VRM процессора собран на ISL6336A и 5 элементах с названием R2J20602. Если с ШИМом все понятно - он банален, то элементы меня заинтересовали, т.к. они выглядят весьма интересно и сразу возникло предположение, что они содержат и драйвера, и МОСФЕТы. Догадка подтвердилась при чтении даташита.

Видно, что эти элементы называются DrMOS - сокращение от Driver MOSFET. Прелесть этих "кирпичиков" заключается в том, что они стандартизированы... И соответствуют спецификации Intel аж от 2004 года.
Причины разработки этих элементов понятны: желание производителей увеличить потенциальный выходной ток VRM путем улучшения х-к полевых транзисторов, повышения частот преобразования, что требует более компактного дизайна, и уменьшение площади элементов (занимают меньше места на плате -> экономия за счет текстолита). В общем, круто звучит. На практике все немного хуже, т.к. если раньше мы могли отдельно поменять ШИМ, драйвера и МОСФЕТы, которые стоили относительно дешево, то теперь придется менять DrMOS целиком, а новые они будут стоить ого-го... Подождем - увидим, т.к. пока что это не очень распространенное решение, но в перспективе все производители переползут на них.
В ходе изучения вопроса наткнулся на интересную статью Плюсы и минусы многофазных импульсных регуляторов напряжения питания процессоров. Хотел прооппонировать там, но не нашел где. Поэтому свои мысли выложу тут, благо автор технически грамотен и заслуживает рассмотрения...

Неправда. Линейные конверторы напряжения на материнских платах сейчас на мат. платах встречаются. Иначе как запитываются такие маломощные элементы как память, звуковой кодек, сетевой чип и пр.? На некоторых платах линейные преобразователи используются для питания мостов...

согласен. Но, ИМХО, отказались не потому что охлаждение такая большая проблема, а потому что много энергии теряется просто так, которая могла использоваться по делу. Действительно, КПД линейного преобразователя низок и зависит от падения напряжения на нем. Импульсный преобразователь имеет КПД ~90%. Формулы расчета и практические результаты можно посмотреть в даташитах на ШИМ-контроллеры.

Согласен. Но на мой взгляд, логично называть VRM любой преобразователь, который управляется аналогом VID'ов. С другой стороны, раз автор заявляет существование VRD, то где же VRU (Voltage Regulator Up)? Тем более, что в англоязычной технической лит-ре понижающий и повышающий преобразователи называют buck (step-down) и boost (step-up). Т.е. вопрос с правильной терминологией открыт...

Согласен с тем, что принцип действия тот же (а какие еще варианты есть? ). Не согласен с тем, что разница лишь в количестве фаз и выходном напряжении. Т.е. это не основное. Основное то, что существует множество микросхем ШИМ-контроллеров (подразумеваются Buck Controller'ы, про ЧИМ забудем) для применений в различных ситуациях. И ШИМы преобразователей процессоров имеют в своем составе набор сигналов VID, по которым процессор "заказывает" у преобразователя то напряжение, которое его устроит. У самого простого ШИМа на несколько фаз этих сигналов может и не быть.
И ШИМ-контроллеры преобразователей процессоров соответствуют спецификациям фирм Intel и AMD для определенных линеек процессоров (это как раз и означает какой набор VID'ов какому напряжению соответствует, какие допуски могут быть и пр.). Т.е. реально эти ШИМы "умные" за счет того, что им нужно реализовывать много возможностей (напр., переходы между режимами энергосбережения).

в англ. лит-ре используется термин duty cycle. Причем это величина обратная скважности. И автор статьи путает их (ср. формулы).

Оказывается, что не всегда. Во-первых, не обязательно N-канальные - иногда бывает выгоднее ставить P-канальники. Во-вторых, [в случае P4P800-X] вместо MOSFET могут ставить JFET.
Во-вторых, то, что описано выше - это синхронный преобразователь. Существует еще вариант с управляемым и неуправляемым ключом - это и есть "классический" вариант преобразователя на транзисторе и диоде. Сейчас он теряет актуальность, т.к. синхронный конвертер работает эффективнее (потери на транзисторе нижнего плеча сильно меньше, чем на диоде).

Это в теории так должно быть. На практике есть три состояния:
- верхний включ открыт, нижний закрыт
- верхний включ закрыт, нижний открыт
- ОБА ключа закрыты
Ситуация, когда оба ключа открыты - аварийная (можно подумать, что при этом произойдет ). На самом деле надо просто понимать, что переключения мнгновенно не происходят.

слишком многа букаффф. Над формулами надо думать, сравнивать с данными из даташитов на ШИМки - я пойду лучше кофе попью

Пишем по-русски или на новоязе /by Оруэлл/? Пишем - "опорное", читаем - "референсное".

полуправда. Потому что не технологией DrMOS единой жив человек. Аналогичные элементы есть у фирм Volterra, Primarion/Infineon и пр. и используются в схемах питания видеокарт и в преобразователях питания серверных компонентов.

невнятно. Лучше было бы привести конкретные примеры реализаций (тычем в сторону фирмы Gigabyte) и конкретных моделей ШИМ-контроллеров, которые умеют так работать. Нафига объединять фазы разных регуляторов не вкурил...

Пока дальше было лень... Потом допишу.