مدار تنظیم کننده ولتاژ چگونه کار می کند ؟

[hadi elec]

مدار تنظیم کننده ولتاژ چگونه کار می کندمدار تنظیم کننده ولتاژ , ولتاژ فراهم شده توسط کانکتور ATX 12V و یا EPS 12V را گرفته و سپس آن را به ولتاژ مورد نیاز برای قطعات مرتبط با مدار تبدیل می کند ( پردازنده , حافظه ها و چیپست و ... ) این تبدیل ولتاژی توسط یک مبدل DC-DC انجام می شود که تحت عنوان SMPS نام برده شده است. ساختاری مشابه این را در منابع تغذیه ملاحظه کرده اید. ( Switching Mode Power Supply )نقطه مرکزی و بعبارتی قلب این پروسه در واقع کنترلر PWM است. این مدار یک سیگنال موج مربعی تولید می کند که هر فاز را راه اندازی خواهد کرد. البته باید توجه داشت که سیکل وظیفه این موج مربعی با توجه به ولتاژ تولید شده توسط مدار تنظیم کننده ولتاژ , متغیر خواهد بود. ( سیکل وظیفه یا Duty Cycle مدت زمانی است که یک موج در وضعیت High قرار گرفته است. برای مثال یک سیگنال با 50% سیکل وظیفه به موجی اطلاق می شود که نیمی از زمان را در وضعیت Low – معمولا مقدار صفر ولت – و نیمی دیگر از زمان را در وضعیت High – در این مبحث 12 ولت – پشت سر خواهد گذاشت. )میزان ولتاژ خروجی که لازم است توسط مدار تنظیم کننده ولتاژ تولید شود از طریق پایه های Voltage ID ( VID ) و توسط پردازنده معین می شود. پایه های VID حاوی کدی باینری از سوی پردازنده است که میزان دقیق ولتاژ مورد نیاز پردازنده را اعلام خواهد کرد. برخی از مادربرد ها این اجازه را می دهند که بصورت دستی ولتاژ پردازنده را از طریق BIOS تغییر دهید. عملی که در BIOS انجام می گیرد در واقع تغییر کدی است که توسط کنترلر PWM خوانده شده است. بدین ترتیب کنترلر PWM بر اساس آنچه که در BIOS تنظیم شده است ولتاژ پردازنده را تغییر خواهد داد. دقت کنید که روال تشریح شده دقیقا برای دیگر قطعات ( حافظه ها و چیپست ) صدق می کند.مبدل DC-DC به نوعی یک سیستم حلقوی بسته محسوب می شود. در اینجا سیستم حلقه بسته بدین معنی است که کنترلر PWM دائما خروجی تنظیم کننده ولتاژ را مانیتور می کند. اگر ولتاژ خروجی افزایش یا کاهش داشته باشد آنگاه مدار , آن را تعدیل کرده ( این عمل با تغییر در فرکانس سیگنال PWM صورت می گیرد ) و آن را تصحیح می نماید. عملیات مانیتورینگ توسط یک سنسور جریان انجام خواهد شد. در واقع هرگاه مصرف جریان افزایش یابد خروجی ولتاژ به سمت کاهش میل پیدا می کند و بالعکس .در تصویر شماره 15 بلاک دیاگرامی از کنترلر PWM ملاحظه می کنید که معمولا در مدارات تنظیم کننده ولتاژ پردازنده دیده می شود. در این بلاک دیاگرام می توانید براحتی پایه های VID , پایه های Loopback ( CS – سمت چپ ) و خروجی های راه انداز هر فاز ( پایه های G - سمت راست ) را ملاحظه کنید.همانطور که ملاحظه می شود این IC می تواند تا 4 فاز را تحت کنترل خود قرار دهد.
کنترلر PWMhttp://www.shahrsakhtafzar.com/images2/VoltModCir/imageview15.jpeg (http://www.shahrsakhtafzar.com/images2/VoltModCir/imageview15.jpeg)
هر فاز از دو ترانزیستور و یک چوک تشکیل شده است. کنترلر PWM نمی تواند جریان کافی برای سوئیچ این ترانزیستور ها را فراهم کند بهمین دلیل یک راه انداز MOSFET برای هر فاز مورد نیاز است. معمولا وظیفه این راه انداز توسط یک IC انجام خواهد شد که به آن IC راه انداز MOSFETمی گویند. اما همانطور که در مطالب قبلی توضیح دادیم برخی تولید کنندگان مادربرد به منظور کاهش هزینه از یک ترانزیستور اضافی بعنوان راه انداز MOSFET استفاده می کنند. این نوع طراحی در مادربرد های ارزان قیمت معمول و شایع است.در تصویر شماره 16 می توانید شکلی از یک فاز مدار تنظیم کننده ولتاژ را ملاحظه کنید. ( اتصال Loopback در این شماتیک دیده نمی شود ) این فاز توسط راه انداز MOSFET مدل NCP5359 راه اندازی می شود. راه انداز MOSFET و سایر ترانزیستور ها توسط ولتاژ 12 ولت فراهم شده توسطATX 12V و یا EPS 12V تغذیه می شوند. ( محلی از تصویر که عبارات “10 V to 13.2 V” و “4 V to 15 V” نوشته شده است ) در این دیاگرام می توانید 2 ترانزیستور MOSFET , چوک و خازن های بکار رفته را مشاهده کنید. سیگنال Loopback نیز توسط اتصال دو سیم بصورت موازی از چوک به پایه های CS+ و CS- کنترلر PWM ایجاد می شود. پایه PWM نیز به خروجی PWM روی کنترلر PWM متصل می شود. همچنین پایه EN نیز بعنوان فعال کننده مدار عمل خواهد کرد.
شماتیک ساده یک فازhttp://www.shahrsakhtafzar.com/images2/VoltModCir/imageview16.jpeg (http://www.shahrsakhtafzar.com/images2/VoltModCir/imageview16.jpeg)
همانطور که در تصویر 15 ملاحظه کردید برای هر فاز یک خروجی مستقل توسط PWM وجود دارد. بر اساس آنچه که قبلا شرح داده ایم سیگنالPWM یک موج مربعی شکل است که سیکل وظیفه آن با توجه به ولتاژ مورد نیاز تغییر خواهد کرد. با فرض اینکه ولتاژ خروجی پایدار باشد تمام سیگنال های PWM سیکل وظیفه مشابهی خواهند داشت. در واقع می توان گفت اندازه هر مربع در موج یکسان است. عمل انتقال بین فاز ها سبب ایجاد تاخیری بین سیگنال ها می شود که تحت عنوان " شیف فازی " نامیده می شود.بهتر است از یک مثال استفاده کنیم : در حالتی که مداری با دو فاز داشته باشیم دو سیگنال PWM آینه یکدیگر خواهند شد. بنابراین در زمانیکه فاز 1 روشن است فاز شماره 2 خاموش خواهد بود و بالعکس. این روال مشخص می کند که هر فاز در 50% زمان به فعالیت می پردازد. در مداری با چهار فاز روال کار بدین شکل است : در ابتدا فاز شماره 1 فعال خواهد شد. سپس فاز 2 و در ادامه فاز شماره 3 و در نهایت فاز شماره 4. در زمان فعالیت هر یک از فاز ها سایر فاز ها خاموش بوده و فعالیتی را انجام نمی دهند. بدین ترتیب هر فاز تنها 25% از واحد زمانی را به فعالیت می پردازد. هر چه تعداد فاز های بکار رفته در مدار تنظیم کننده ولتاژ بیشتر باشد مدت زمانی که هر فاز در وضعیت فعال به سر می برد کاهش خواهد یافت. همانطور که در مطالب قبلی اشاره کردیم افزایش تعداد فاز ها در کنار افزایش هزینه مزیت های مناسبی را در بر خواهد داشت که از جمله مهمترین انها می توان به کاهش حرارت ایجاد شده در مدار تنظیم کننده ولتاژ و افزایش طول عمر قطعات بکار رفته در مدار اشاره داشت.