آشنایی با VRM و نحوه کارکرد آن – بخش دوم

آشنایی با VRM و نحوه کارکرد آن – بخش دوم

شرف الشمس

آشنایی با VRM و نحوه کارکرد آن – بخش دوم

اصطلاح VRM بیانگر موارد مختلفی می تواند باشد، از یک رگلاتور خطی ساده گرفته است تا مبدل های باک چند فازی همگام که SMPS نام دارند، علاوه بر آن ...

آشنایی با VRM و نحوه کارکرد آن – بخش دوم

در بخش پیشین مقاله "آشنایی با VRM و نحوه کارکرد آن" با ساختار رگلاتور ولتاژ و نحوه کارکرد آن به صورت بسیار مختصر آشنا شده و دانستیم واژه مذکور به بخشی از مادربرد یا کارت گرافیک اطلاق می‌‌شود که برای کاهش جریان ریل‌های خروجی منبع تغذیه مورد استفاده قرار می‌گیرد. در این بخش از مقاله و همینطور بخش‌های آتی با مفاهیم اولیه، سخت‌افزارهای به کار رفته در ساختار رگلاتور ولتاژ و نحوه کارکرد آن به صورت دقیق آشنا شده و با ارائه مثال‌های متنوع قصد بررسی موشکافانه ساختار نامبرده را داریم. فهم و درک صحیح نحوه کارکرد رگلاتور ولتاژ نیازمند آشنایی کامل با سخت‌افزارهای تشکیل دهنده و اصطلاحات کاربردی آن می‌باشد.

VRM: اصطلاح VRM بیانگر موارد مختلفی می تواند باشد، از یک رگلاتور خطی ساده گرفته است تا مبدل های باک چند فازی همگام که Switching Mode Power Supply یا SMPS نام دارند، علاوه بر آن رگلاتورهای ولتاژ قرار گرفته بر روی مادربرد که وظیفه کنترل جریان پردازنده مرکزی را برعهده دارند نیز از نوع رگلاتورهای چند فازی می باشند. برخی افراد ساختار رگلاتور را با اصطلاح PWM می‌شناسند که کاملاً اشتباه است، زیرا PWM اصطلاحی است که به مدولاسیون پهنای باند یا یک تراشه که بخشی از رگلاتور می باشد نسبت داده‌اند، در صورتی‌که رگلاتور ولتاژ یک مدار کامل می‌باشد که وظیفه تأمین جریان تراشه سخت‌افزاری را بر عهده دارد. همچنین به VRM ممکن است VR یا VRC که مخفف عبارت Voltage Regulator Circuit می‌باشد نیز گفته شود.

PWM: مدولاسیون پهنای باند طرحی می‌باشد که بر اساس آن فازها در زمان مناسب روشن و خاموش می‌شوند، علاوه بر آن ممکن است به طرح نامبرده تراشه کنترلگر رگلاتور نیز گفته شود. تراشه کنترلگر رگلاتور وظایف مختلفی را بر عهده دارد، از روشن و خاموش کردن فازها گرفته تا نظارت بر ویژگی‌های مختلف یک ساختار مدار همگی از وظایف تراشه مذکور می‌باشند. PWM تنها قسمتی از یک VRM است که می‌توان آن را دیجیتال در نظر گرفت، اما طراحی یک PWM آنالوگ نیز کاملاً امکان‌پذیر می‌باشد.

Duty Cycle (چرخه کار): چرخه کار نسبت تقسیم ولتاژ خروجی به ولتاژ ورودی است، به‌عنوان‌مثال اگر میزان جریان ورودی 12v و میزان جریان خروجی 1.2v باشد، نسبت چرخه کار 0.1 یا 10 درصد است. چرخه کار مشخص‌کننده مدت‌زمانی است که High-side MOSEFT باید روشن (فعال) بماند که در این مثال 10 درصد مدت زمانی است تا از جریان 12 ولت مقدار 1.2 ولت خروجی به دست آید.

Switching Frequency: فرکانسی است که در آن رگلاتور ولتاژ عملیات سویچ را انجام می‌دهد. افزایش فرکانس سویچینگ به معنای حرکت سریع‌تر جریان در سرتاسر رگلاتور می‌باشد. اما اگرچه افزایش فرکانس سویچینگ به واکنش گذرا و کاهش میزان Ripple کمک می کند، در افزایش دما و کاهش میزان بهره‌وری نیز تاثیرگذار می‌باشد. فرکانس سویچینگ تعیین کننده تعداد سویچ ها یا تعداد پالس فازها در هر ثانیه است، به عنوان مثال اگر فرکانس سویچینگ 300kHZ باشد، فاز ها 300.000 مرتبه در هر ثانیه یا یک بار در هر 3.33 میکرو ثانیه پالس می دهند. ثبات فرکانس سویچینگ در تمام فازها الزامی می‌باشد، به عنوان مثال اگر تعداد فاز ها دو برابر شوند، میزان فرکانس برای تعداد فاز های دوبرابر شده نیز باید به نصف کاهش پیدا کند. اگر فرکانس کاهش پیدا نکند، تمام فرکانس سویچینگ موثر مدار VRM دو برابر می شود که این خود در بروز مشکلات دیگر تاثیرگذار می‌باشد.

MOSFET: بطور اساسی MOSFET یک سویچ ساده است که اگر ولتاژ به گیت (دروازه) عرضه شود فعال می‌شود. ماسفت‌ها معمولاً از سه بخش تشکیل شده‌اند، دروازه که از آن برای کنترل ماسفت استفاده می شود، Drain محلی است که جریان در آن سرازیر شده و منبع (Source) که به منبع جریان متصل شده است. همانطور که پیشتر گفته شد ماسفت ها سویچ های ساده ای هستند، هنگامی که ولتاژ معینی به گیت عرضه شود، Drain و Source به یکدیگر متصل می شوند تا جریان آزادانه سرازیر شود، به عبارتی دیگر جریان بتواند آزادانه جریان پیدا کند. علاوه بر آن ممکن است به ماسفت FET نیز گفته شود (در آینده با این نوع سویچ‌ها آشنایی بیشتری پیدا می کنیم). ماسفت ها معمولآ بر دو نوع می‌باشند.

mosfet-hardware

High-Side MOSFET: منبع این نوع ماسفت ها به یک جریان ورودی متصل شده است که معمولآ ریل 12v در رگلاتورهای جدید است و همچنین Drain این نوع ماسفت ها نیز به سلف یا منبع ماسفت Low-Side متصل شده است. درایور وظیفه کنترل دروازه این نوع ماسفت‌ها را بر عهده دارد. عملیات سویچینگ در این نوع ماسفت‌ها بسیار سریع صورت می گیرد. هنگامی که فازی روشن باشد، ماسفت های بخش High-Side نیز روشن می‌باشند. مدت زمان روشن بودن این نوع ماسفت ها نیز توسط چرخه کار تعیین می شود. ماسفت های بخش High-Side در محدود سازی میزان جریان خروجی فازها نقش عمده‌ای را برعهده دارند، علاوه بر آن به این نوع ماسفت‌ها Control MOSFET نیز گفته می شود.

Low-Side MOSFET: منبع این نوع ماسفت‌ها نیز به سلف‌‎ها یا بخش Drain ماسفت های High-Side متصل شده است، اما بخش Drain ماسفت های Low-Side به زمین متصل شده‌اند. این نوع ماسفت ها هنگامی که فازها خاموش می‌باشند روشن شده و اجازه تخلیه‌سازی تمام بار موجود در سلف‌ها را صادر می‌کنند. ماسفت های بخش Low-Side نسبت به ماسفت های بخش High-Side مدت زمان بیشتری را روشن (فعال) می مانند و به همین دلیل میزان رسانایی و درصد از بین رفتن جریان در آنها از اهمیت بسیار بالایی برخوردار است. ماسفت های همگام (Synchronous MOSFET) نام دیگری است که به ماسفت‌های مذکور نسبت داده اند.

mosfet-structure

Driver: درایور یک تراشه می‌باشد که وظیفه کنترل ماسفت‌ها در هر فاز را برعهده دارد. تراشه نامبرده توسط سیگنال PWM هدایت می‌شود.

Inductor (سلف): سلف که ممکن است قشر کثیری از کاربران آن را بانام چوک بشناسند قطعه‌ایی است که وظیفه آن ذخیره یا فیلتر کردن انرژی می‌باشد. سلف‌ها همانطور که پیشتر گفته شد انرژی را در یک قالب یک میدان مغناطیسی ذخیره می‌کنند. یک عدد سلف از یک سیم حلقوی ضخیم تشکیل‌شده است که پوششی فلزی آن را احاطه کرده است (البته در برخی سلف‌ها ممکن است که سیم حلقوی، پوشش فلزی را احاطه کرده باشد). اگر به رگلاتور ولتاژ نگاه کنید قطعه مکعبی تعبیه شده در هر فاز سلف یا همان چوک می‌باشد. جریان خروجی هر فاز برای آخرین بار توسط سلف‌ها محدود می‌شود. جریان‌های اشباع‌شده حداکثر جریان‌هایی می‌باشند که سلف‌ها توانایی تحمل آن‌ها را دارند.

inductor-choke

Capacitor (خازن): خازن‌ها از دو ورقه نازک فلزی تشکیل‌شده‌اند که یک دی الکتریک بین دو ورقه نامبرده قرار گرفته و پوششی فلزی آن‌ها را احاطه کرده است. برخلاف سلف‌ها، خازن‌ها انرژی را در قالب یک میدان الکتریکی ذخیره می‌کنند.

Doubler: به طور اساسی، سخت‌افزارهای نامبرده به عنوان یک مالتی پلکسر عمل می‌کنند. کار اصلی آنها تقسیم یک سیگنال PWM به دو سیگنال می‌باشد، علاوه بر آن در کاهش حداکثر مقدار فرکانس سویچینگ به نصف نیز نقش به سزایی را ایفا می‌کنند. بعضی از تراشه‌ها نظیر تراشه IR3599 به عنوان یک Quadrouplers عمل می‌کنند و همانطور که از نام آن پیداست (Quad به معنای 4 می باشد)، یک سیگنال PWM را دریافت کرده و با دو مرتبه تقسیم آن به دو سیگنال، چهار سیگنال را به عنوان تحویل می دهد. امروزه دوبرابرکننده‌ها در برخی مادربردها به عنوان یک تراشه جداگانه یا ترکیب شده با درایور به کار گرفته می‌شوند.

جهت آشنایی بیشتر و مطالعه بخش‌‎‌های دیگر مقاله بر روی لینک‌های زیر کلیک نمایید.

آشنایی با VRM و نحوه کارکرد آن - بخش اول

آشنایی با VRM و نحوه کارکرد آن - بخش سوم

آشنایی با VRM و نحوه کارکرد آن - بخش چهارم

آشنایی با VRM و نحوه کارکرد آن - بخش پایانی

  • ۲۶ بهمن ۱۳۹۴
مطالب مشابه

کانال تلگرامی طومار

۰ دیدگاه
دیدگاه ها
دعا و طلسم
هاروس
×