متن اصلی

به نام خالق پیدا و پنهان که پیدا و نهان داند به یکسان.

پردازنده مرکزی یکی از مهم‌ترین و حیاتی‌ترین قطعات موجود در کامپیوتر به شمار رفته و مغز کامپیوتر نامیده می‌شود. از زمانی که شخص کامپیوتر را روشن کرده و تا زمانی که مجدداً آن را خاموش کند تمامی دستورات توسط پردازنده مرکزی پردازش می‌شوند. مطمئناً مراقبت و نگه‌داری از قطعه‌ای که چنین مسئولیت خطیر و بزرگی را بر دوش داشته از اهمیت بسیار بالایی برخوردار است. یکی از مهم‌ترین نکاتی که توجه به آن بسیار ضروری است تغذیه مناسب و صحیح واحد پردازش مرکزی نامبرده می‌باشد. وظیفه تغذیه صحیح و مناسب پردازنده مرکزی بر عهده کمپانی‌های سازنده مادربرد است. همان‌طور که می‌دانید وظیفه فراهم آوردن جریان موردنیاز کامپیوتر بر عهده منبع تغذیه یا همان PSU می‌باشد. اما همان‌طور که پیشتر گفته شد تغذیه قطعه بسیار باارزشی تحت عنوان واحد پردازنده مرکزی تااندازه‌ای دارای اهمیت است که تمامی مادربردها بلااستثنا دارای ساختاری تحت عنوان مدار رگلاتور یا VRM می‌باشند که وظیفه تغذیه صحیح و مناسب پردازنده مرکزی را بر عهده‌ دارند. استفاده از قطعات باکیفیت در توسعه منبع تغذیه پردازنده مرکزی نه‌ تنها سلامت آن را تضمین کرده، بلکه پتانسیل پردازنده مرکزی در اورکلاک و همچنین کارایی آن نیز با افزایش قابل توجهی رو‌به‌رو می‌شود. پردازنده مرکزی تنها قطعه‌ی موجود در کامپیوتر نیست که احتیاج به منبع تغذیه مستقل جهت فعالیت دارد. تراشه شتاب‌دهنده گرافیکی که همگان آن را بانام کارت گرافیک می‌شناسند نیز دارای ساختار VRM به‌منظور تغذیه صحیح و مناسب تراشه گرافیکی می‌باشد.

برق شهری که توسط نیروگاه برق به خانه شما می‌رسد از نوع جریان متناوب یا AC می‌باشد. جریان متناوب به معنای تغییر جهت حرکت یون‌های انرژی موجود در یک رسانا به صورت دوره‌ای می‌باشد. عملیات تغییر جهت حرکت یون‌های انرژی یا به عبارتی دیگر معکوس شدن جهت حرکت یون‌ها بر اساس تعداد سیکل‌های پیشفرض در ثانیه انجام گرفته و تشکیل موجی همانند یک موج سینوسی را می‌دهد. جریان متناوب در انتقال الکتریسیته (یون‌های انرژی) به مسیرهای بسیار دورتر از مولد نقش به سزایی را به خود اختصاص داده و در مقایسه با جریان مستقیم از راندمان بسیار بالاتری برخوردار می‌باشد. منبع تغذیه کامپیوتر یا PSU جریان متناوب برق شهری را به جریان مستقیم تبدیل کرده و سپس آن را در دسترس سخت‎‌افزارهای موجود در دل کامپیوتر قرار می‌دهد. ممکن است از خود سؤال کنید دلیل تبدیل جریان برق شهری چیست؟

در جواب باید گفت درست است که برق شهری از نوع جریان متناوب می‌باشد، اما این جریان دارای ولتاژ بسیار بالایی بوده و درعین‌حال دارای نوسانات بسیار فراوانی نیز می‌باشد و به‌هیچ‌عنوان جهت استفاده در کامپیوتر توصیه نمی‌شود. علاوه بر آن بسیاری از سخت‌افزارهایی که یک شخص روزانه با آنها سروکار دارد نیز تنها با استفاده از جریان مستقیم توانایی فعالیت دارند. منبع تغذیه کامپیوتر ابتدا جریان مذکور را تبدیل و سپس تصفیه کرده و جریانی بسیار روان و پاک را در دسترس کامپیوتر قرار می‌دهد. جریان 220 ولت برق شهری توسط منبع تغذیه کامپیوتر به جریان‌های بسیار کمتر در چندین شاخه تبدیل می‌شود. این شاخه‌ها عبارت‌اند از شاخه 12 ولت، شاخه 5 ولت، شاخه 3.3 ولت و … . شاخه 12 ولت به‌صورت مستقیم جهت تغذیه پردازنده مرکزی در نظر گرفته‌شده است، اما پردازنده مرکزی در این ولتاژ نیز امکان فعالیت نداشته یا به‌عبارتی‌دیگر این جریان برای پردازنده مرکزی بسیار زیاد می‌باشد. پردازنده مرکزی در ولتاژهای بسیار پایین‌تر نظیر 1 یا 1.5 ولت به فعالیت می‌پردازد، بنابراین ساختاری جهت کاهش جریان 12 ولت و تبدیل آن به جریان 1 یا 1.5 ولت جهت تغذیه پردازنده مرکزی لازم و ضروری می‌باشد که این وظیفه بر دوش منبع تغذیه پردازنده مرکزی یا همان VRM گذاشته‌ شده است. یکی از رایج‌ترین مشکلات در اورکلاک که باعث ایجاد محدودیت شده و دست کاربر را در رسیدن به فرکانس‌های بالاتر تنگ می‌کند VRM است. به‌صورت کلی و ساده VRM همان PSU یا منبع تغذیه برای قطعه موردنظر می‌باشد.

 

آشنایی با رگلاتور ولتاژ (مدار رگلاتور) به صورت خلاصه.

Voltage Regulator Module یا به‌اختصار VRM که به آن منبع تغذیه یا مدار رگلاتور نیز می‌گویند به ساختاری گفته می‌شود که تبدیلات جریان مستقیم به جریان مستقیم (DC به DC) را انجام می‌دهد. تبدیلات نامبرده از اهمیت بسیار بالایی برخوردار می‌باشند زیرا اکثر تراشه‌های سخت‌افزاری نظیر پردازنده مرکزی، تراشه شتاب دهنده گرافیکی و … در ولتاژهای خروجی منبع تغذیه نظیر 12 ولت و 5 ولت امکان فعالیت نداشته و در ولتاژهای بسیار پایین‌تر نظیر یک ولت فعالیت می‌کنند، به همین دلیل ساختاری که برای کاهش دادن ولتاژهای مذکور مورداستفاده قرار می‌گیرد VRM نام دارد. علاوه بر آن به VRM مبدل باک (به مبدلی گفته می‌شود که تبدیلات DC به DC گام رو به پایین را انجام می‌دهد) نیز گفته می‌شود. مسئولیت بعدی یک VRM فراهم آوردن مقدار بسیار زیادی آمپر به‌منظور تغذیه تراشه سخت‌افزاری (به‌عنوان‌مثال تراشه شتاب‌دهنده گرافیکی) و علاوه برآن ثابت و روان نگه‌داشتن ولتاژ خروجی نیز می‌باشد. تصویر زیر نشان‌دهنده طرحی بسیار ساده و اولیه از یک رگلاتور ولتاژ می‌باشد.

basic_voltage_regulator_module

  • SW1 نشان‌دهنده یک ترانزیستور است که ولتاژ ورودی را به‌منظور تبدیل به جریان مستقیم تنظیم یا جهت حرکت آن را معکوس می‌کند.
  • L1 نشان‌دهنده یک سلف است که وظیفه‌ی آن ذخیره و آزاد کردن انرژی در خازن Cout به‌منظور روان شدن سیگنال ولتاژ است.
  • SW2 نشان‌دهنده یک عدد ترانزیستور هرزگرد (به ترانزیستوری که وظیفه محافظت از دستگاه سویچینگ در برابر جریان معکوس یک‌بار القایی را بر عهده دارد گفته می‌شود) است که هنگام باز بودن ترانزیستور SW1 بسته (خاموش) می‌باشد. در هنگام تبدیل ولتاژهای ضعیف یک عدد دیود وظیفه‌ی ترانزیستور مذکور را برعهده می‌گیرد.

هنگامی‌که جریان ورودی سلف به صورتی ناگهانی قطع یا با اختلال مواجه شود، سلف تلاش می‌کند با تغییر قطب و افزایش ولتاژ جریان ورودی به خود را حفظ کند. اگر یک عدد ترانزیستور یا دیود هرزگرد در مدار حاضر نباشد، ولتاژ ورودی به سلف می‌تواند تااندازه‌ای افزایش پیدا کند تا به دستگاه سوچینگ آسیب رسانده و آن را از کار بیندازد. اما اگر ترانزیستور یا دیود مربوطه در مدار حاضر باشد، جریان معکوس شده اجازه ورود به دیود و از بین رفتن را پیدا کرده و درنتیجه آسیبی به دستگاه سوچینگ وارد نمی‌آید.

به‌طورکلی یک رگلاتور ولتاژ تشکیل شده از سه بخش فوق می‌باشد: بخش منطقی عقلانی، بخش تصفیه‌سازی و بخش انتقال جریان. بخش منطقی عقلانی (Logical) که به آن کنترلگر ولتاژ یا ولتاژ کنترلر نیز می‌گویند ولتاژ و آمپر موردنیاز پردازنده مرکزی و تراشه شتاب دهنده گرافیکی را تامین کرده و عنوان مغز رگلاتور ولتاژ را به خود اختصاص داده است. انتقال جریان بخش پرقدرت رگلاتور ولتاژ تلقی شده و تشکیل شده از چندین ماسفت می‌باشد. در آینده با ماسفت آشنایی بیشتری پیدا می‌کنیم. بخش تصفیه‌سازی جریان نیز همانطور که از نام آن پیداست وظیفه‌ی روان‌سازی ولتاژ خروجی ماسفت‌ها را برعهده داشته و تشکیل شده از چندین خارن و سلف می‌باشد. یک‌فاز تشکیل‌شده از بخش انتقال جریان و بخش تصفیه‌سازی ولتاژ خروجی بوده و رگلاتور ولتاژ نیز از یک عدد کنترلگر ولتاژ و چندین فاز تشکیل‌شده است.

رگلاتورهای ولتاژ مبتنی بر خازن و رگلاتورهای ولتاژ مبتنی بر سلف نمونه‌ای از انواع رگلاتورهای مورد استفاده در قطعات الکترونیکی مختلف می‌باشند. رگلاتورهای مبتنی بر خازن در سخت‌افزارهایی مورداستفاده قرار می‌گیرند که به مقدار انرژی پایینی جهت فعالیت نیاز دارند، درحالی‌که رگلاتورهای تحت سلف در وسایلی مورداستفاده قرار می‌گیرند که به مقدار آمپر بالایی جهت فعالیت نیاز داشته، اما از انرژی پایینی بهره می‌برند.

پیشتر گفته شد که تراشه شتاب‌دهنده گرافیکی در ولتاژ بسیار پایینی فعالیت می‌کند، اما درعین‌حال به مقدار زیادی جریان آمپر نیاز دارد (مقدار آمپر در هر فاز ممکن است به 20 آمپر یا بیشتر هم برسد). در این حالت سلف به‌عنوان یک مخزن صافی در مقابل جریان عمل کرده و از تغییرات بسیار خطرناک آن جلوگیری می‌کند. ذکر این نکته ضروری است که سلف انرژی را در قالب یک میدان مغناطیسی در خود ذخیره می‌کند. تصاویر فوق نمایانگر رگلاتور ولتاژ کارت گرافیک ASUS EAH 5830 DirectCU می‌باشند.

asus_eah_5830_pcb

asus_eag_5830_directcu

همانطور که مشاهده می‌کنید کارت‌گرافیک مذکور از تعداد هشت فاز تشکیل شده است که یک یا دو عدد از فازها وظیفه ی تغذیه بخش حافظه کارت‌گرافیک و شش یا هفت عدد فاز باقی‌مانده نیز وظیفه‌ی تغذیه تراشه‌ی گرافیکی کارت را بر عهده دارند. در این بخش از مقاله با رگلاتور ولتاژ و سخت‌افزارهای به کار رفته در دل آن به صورت بسیار مختصر آشنا شدیم. در بخش‌های آتی مقاله اطلاعات بیان شده فعلی را شکافته و با ورود به بطن مدار نامبرده به بررسی موشکافانه آن می‌پردازیم.

 

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

آشنایی با VRM و نحوه کارکرد آن – بخش دوم

آشنایی با VRM و نحوه کارکرد آن – بخش سوم

آشنایی با VRM و نحوه کارکرد آن – بحش چهارم

آشنایی با VRM و نحوه کارکرد آن – بخش پایانی