O que é um VRM em uma placa-mãe e por que é importante?

Para a maioria dos entusiastas de PC, escolher a placa-mãe certa envolve considerações importantes, como fator de forma, compatibilidade de CPU, configuração de memória, opções de conectividade e espaço para overclocking. No entanto, um componente principal da placa-mãe que muitas vezes passa despercebido, mesmo em uma folha de especificações, é seu VRM (módulo regulador de tensão) - um circuito eletrônico responsável por garantir a integridade geral de um sistema estabilidade.

Para avaliar a importância deste regulador de comutação subestimado, vamos nos aprofundar no funcionamento de um VRM, o componentes associados a ele, como diferenciar entre um VRM de alta qualidade e um VRM mal projetado, bem como seu impacto na CPU desempenho.

Como funciona um VRM?

Em sua essência, o módulo regulador de voltagem em sua placa-mãe (também conhecido como módulo de alimentação do processador) é um dinheirinho especializado conversor (DC para DC) que regula e converte tensões para alinhar com os requisitos específicos da CPU, memória e outros componentes. Pense nos VRMs como mini fontes de alimentação, semelhantes à unidade principal, que recebe 120 ou 240 V CA da tomada elétrica e a reduz para uma tensão CC muito menor (12 V/5 V/3,3 V).

Nesse sentido, os VRMs da placa-mãe executam a mesma operação que o PSU, mas em um nível secundário. Seu objetivo principal é converter os 12V de entrada dos conectores EPS de 8/4 pinos em uma tensão operacional adequada para CPUs modernas (normalmente na faixa de 1,1-1,5V).

Além disso, os VRMs são fundamentais na transmissão de voltagem limpa e consistente para todos os componentes que consomem muita energia em seu PC, reduzindo a probabilidade de surtos absurdos ou VDroops. Devido às suas capacidades de conversão constante, os circuitos de regulação de tensão também permitem que várias gerações de CPUs (com tensão de núcleo dinâmica) funcionem de maneira ideal em um compatível chipset da placa-mãe.

Componentes de um VRM

Embora muitos de nós consideremos o VRM uma unidade independente e independente, o acrônimo representa uma coleção de componentes eletrônicos distintos em torno do soquete da CPU (LGA ou PGA) e slots DIMM em nossa placa-mãe. Para aqueles não iniciados, os circuitos de regulação de tensão incorporam uma combinação de interruptores MOSFET que funcionam em conjunto com capacitores, indutores e controladores PWM para facilitar o faseamento de energia processo.

Aqui está uma visão geral abrangente de todos os componentes essenciais que constituem os VRMs da placa-mãe.

1. MOSFETs

MOSFETs (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistors) atuam como portas isoladas que amplificam ou atenuam sinais eletrônicos dentro de um circuito de regulação de tensão. Em termos mais simples, esses semicondutores controlam o fluxo de corrente para a CPU com base nos sinais e valores recebidos do chip controlador PWM.

Um VRM monofásico emprega dois interruptores MOSFET (lado baixo e lado alto) para auxiliar na modulação da tensão média de saída de um circuito alternando intermitentemente uma tensão de entrada. Como o mecanismo de comutação ocorre centenas de vezes por segundo, os MOSFETs tendem a gerar uma grande quantidade de calor, com temperaturas potencialmente superiores a 150°C sob cargas pesadas ou sem resfriamento adequado.

Como resultado, esses semicondutores geralmente são equipados com dissipadores de calor passivos, ventiladores em miniatura ou blocos de água para mitigar problemas de superaquecimento e melhorar a eficiência operacional.

2. estrangulamentos

Chokes são indutores de formato cúbico que transformam sinais CA de alta frequência em frequências mais baixas ou correntes diretas dentro de um circuito de regulação de tensão. Apresentando um núcleo magnético em forma de rosquinha com uma bobina isolada enrolada em torno dele, este dispositivo eletrônico serve a um duplo finalidade - armazenamento, filtragem e refinamento de energia e a capacidade de regular a entrega de energia em cenários extremos, como overclocking ou sobretensão.

Além disso, vale lembrar que cada choke corresponde a uma fase de alimentação da sua placa-mãe. Quanto maior o número de fases, mais estável será a transmissão de tensão para sua CPU.

3. Capacitores

Ao contrário das bobinas, os capacitores armazenam energia dentro de um campo elétrico e descarregam rapidamente a corrente acumulada nos circuitos conectados quando necessário. O principal objetivo desses componentes cilíndricos é evitar picos repentinos de tensão e minimizar ondulações em um circuito de regulação de tensão.

No contexto dos VRMs da placa-mãe e suas fases correspondentes, os capacitores, funcionando como unidades de armazenamento, acumule a corrente elétrica recebida das bobinas e forneça a energia necessária ao seu CPU. Qualquer excesso de carga desses dispositivos é absorvido ou liberado pelo aterramento do circuito.

4. Controladores PWM

Controladores PWM (modulação por largura de pulso) ou Driver ICs (circuitos integrados) geram pulsos PWM, que são posteriormente canalizados para os principais componentes analógicos de um circuito de regulação de tensão - MOSFETs e engasga. Além do monitoramento, esses controladores multifásicos ajustam dinamicamente o fornecimento de energia à CPU, permitindo que ela mantenha o máximo de eficiência durante cargas de trabalho intensivas.

Em essência, o controlador PWM adquire a tensão de referência de sua CPU (também conhecida como VRef no BIOS) e a mede com a tensão predominante do VRM de sua placa-mãe. Qualquer diferença entre o VRef e a tensão real faz com que este dispositivo recalibre os sinais, modulando a tensão de saída instantaneamente.

Os principais componentes de um VRM também são complementados por diodos e resistores, que impedem que a corrente elétrica que flui para esses dispositivos ultrapasse os limites especificados.

VRMs multifásicos em uma placa-mãe

As CPUs e GPUs modernas exigem um sistema robusto de fornecimento de energia, que vai além das meras capacidades de um VRM monofásico. Para obter um procedimento de transmissão relativamente estável e eficiente, os fabricantes de placas-mãe quase sempre incorporam vários conversores buck em paralelo, criando uma solução VRM multifásica.

Para começar, o arranjo escalonado de uma configuração VRM multifásica divide a carga em estágios de energia separados, distribuindo-a por uma área física mais ampla. Essa abordagem sofisticada de gerenciamento de energia fornece à CPU uma tensão operacional limpa e regulada com precisão e reduz a geração de calor e o estresse nos componentes principais.

Ao comprar uma placa-mãe novinha em folha, você provavelmente encontrará a terminologia de design de energia de fase em seu material de marketing, indicando a alocação de fases para o PCB (placa de circuito impresso). Essa especificação é frequentemente divulgada pelos fabricantes em um formato "A+B" (8+2) ou "X+Y+Z" (16+2+2) - o valor inicial que precede o sinal "+" significa o número de fases dedicadas à CPU, enquanto a combinação após o sinal de mais pertence a outros componentes críticos em um placa-mãe. (RAM, Chipset, iGPU, etc.).

No entanto, nas instâncias em que o número real de fases reservadas para a CPU excede oito, como visto em designações como "18+2" ou até superior, os fabricantes de placas-mãe tendem a incluir um dispositivo sofisticado chamado dobrador. Simplificando, os dobradores VRM permitem que os fabricantes dividam os sinais de controle para uma fase, dobrando efetivamente o número de fases do ponto de vista do controle. No entanto, os benefícios podem não ser tão significativos quanto as verdadeiras fases adicionais.

Além disso, a inclusão de duplicadores em uma configuração de VRM de 8 fases "Verdadeiro" produz melhorias significativas no processo de faseamento de energia a um custo de fabricação menor.

Como diferenciar entre uma configuração de VRM de alta qualidade e de baixa engenharia?

Vários fatores entram em jogo ao avaliar as placas-mãe com base na qualidade de suas configurações de VRM. Mesmo se você não planeja fazer overclock de sua CPU, uma solução VRM mal projetada pode arruinar a energia mecanismo de entrega por uma margem considerável, levando à instabilidade do sistema, falhas, BSODs e outros flagrantes problemas.

Veja como diferenciar entre uma configuração de VRM de nível superior e uma que fica muito aquém das expectativas.

• Projeto de energia de fase: Um dos métodos mais fáceis de determinar a qualidade de uma configuração de VRM é inspecionar fisicamente o número total de bobinas visíveis em sua placa-mãe. Para um chipset básico como o AMD A620, você deve ser capaz de localizar um máximo de quatro a seis fases de energia escondidas sob um dissipador de calor. Por outro lado, uma placa-mãe de gama média ou alta tira proveito de uma contagem de fase muito maior para lidar com componentes que consomem muita energia.
• Capacitores resistentes a vazamentos: VRMs de alta qualidade utilizam capacitores de estado sólido, geralmente comercializados como "capacitores japoneses", "capacitores escuros" ou "Hi-C caps." Em comparação com suas contrapartes eletrolíticas, os capacitores sólidos têm uma taxa de tolerância muito maior e são menos propensos a envelhecimento.
• Chokes de Liga Premium: Recomendamos investir em uma placa-mãe que utilize SFCs (Super Ferrite Chokes) ou Premium Alloy Chokes, pois consomem menos energia, resistem à corrosão e geram menor interferência eletromagnética.

Obviamente, inspecionar uma placa-mãe antes de comprá-la não é fácil. No entanto, você sempre pode dar uma boa olhada quando chegar e, em seguida, enviá-lo de volta se não estiver em ordem.

Placa-mãe VRMs: o herói desconhecido da computação moderna

Fundamentalmente, o conceito de um VRM pode ser bastante intrincado, pois envolve uma infinidade de jargões técnicos (MOSFETs, bobinas, capacitores, controladores PWM, etc.) que podem ser desconhecidos para o PC médio entusiasta. Apesar dessas complexidades, os VRMs da placa-mãe servem como espinha dorsal para uma transmissão de voltagem eficiente para a CPU e outros componentes essenciais do seu PC.