Was ist VRM (Spannungsreglermodul) und wie funktioniert es?

Einführung in das VRM

Was ist VRM? VRM ist die Abkürzung für „Voltage Regulator Module” (Spannungsreglermodul), das auch als Prozessor-Leistungsmodul (PPM) bekannt ist. Als Abwärtswandler liefert es die richtige Versorgungsspannung für einen Mikroprozessor und wandelt +5 V oder +12 V in eine viel niedrigere Spannung um, die von der CPU benötigt wird, sodass Prozessoren mit unterschiedlichen Versorgungsspannungen auf derselben Hauptplatine installiert werden können.

In PC-Systemen besteht VRM im Allgemeinen aus MOSFET-Bauteilen (Power-MOSFET). Einige Spannungsreglermodule sind fest auf das Motherboard gelötet, während andere in einem offenen Steckplatz montiert sind, der speziell für modulare Spannungsregler vorgesehen ist.

Einige Prozessoren (z. B. die Intel Haswell-CPU) verfügen über Spannungsreglerkomponenten im selben Gehäuse (oder Bare-Die / Nacktchip) wie die CPU, anstatt den VRM als Teil der Hauptplatine zu verwenden.

Dieses Design vereinfacht die komplexe Spannungsregelung, die zahlreiche CPU-Versorgungsspannungen und das dynamische Ein- und Ausschalten verschiedener Bereiche der CPU umfasst, in gewissem Maße.

Die auf Gehäusen oder nackten Chips integrierten Spannungsregler werden oft als vollständig integrierte Regler (FIVR) oder einfach als integrierte Spannungsregler (IVR) bezeichnet.

Da CPU-Entwickler niedrigere CPU-Kernspannungen verwenden möchten, brauchen die meisten modernen CPUs Spannungen unter 1,5 V. Eine niedrigere Spannung trägt zur Reduzierung des Stromverbrauchs der CPU bei. Der Stromverbrauch wird normalerweise durch die thermische Verlustleistung (TDP) angegeben, die den Nennwert für die Auslegung von CPU-Kühlsystemen darstellt.

Einige Spannungsregler liefern eine feste Versorgungsspannung an den Prozessor, aber die meisten Spannungsregler erfassen die erforderliche Versorgungsspannung vom Prozessor und fungieren im Wesentlichen als stufenlos einstellbarer Regler. Insbesondere gemäß den Intel-Spezifikationen sollte der auf die Hauptplatine gelötete VRM erfasst werden.

Aufgrund des höheren Leistungs- und Strombedarfs nutzen auch moderne Grafikprozessoren (GPUs) den VRM. Diese VRMs können viel Wärme erzeugen und erfordern einen von der GPU getrennten Kühlkörper.

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Der VRM wird in der Regel in Form von „8+3“ oder „6+2“ verkauft. Die Zahl vor dem Pluszeichen steht für die Anzahl der Phasen, die für die Stromversorgung der CPU vorgesehen sind. Die Zahl nach dem Pluszeichen steht für die VRM-Phasen, die andere Komponenten der Hauptplatine (z. B. RAM) mit Strom versorgen.

Wenn die erste Zahl größer als 8 ist, z. B. „12+1”, „18+1” oder höher, verwenden Hersteller normalerweise ein Gerät, das als Doubler bezeichnet wird. Mit solch einem Doubler können sie vorhandene Phasen nutzen, ohne weitere Phasen auf der Platine hinzuzufügen.

Dies ist zwar nicht so effektiv wie vollständig getrennte Phasen, aber es ist tatsächlich möglich, einige elektrische Verbesserungen zu geringeren Kosten zu erzielen. Und da Hersteller damit ihre Käuferzahl zu geringen Kosten erhöhen können, wird diese Lösung oft verwendet.

Was ist VRM? Nach dem Lesen dieses Abschnitts sollten Sie dies nun wissen, und im folgenden Abschnitt erfahren Sie, wie VRMs funktionieren.

Wie funktioniert der VRM?

Die erste Aufgabe des VRM besteht darin, die 12-Volt-Spannung aus dem Netzteil Ihres Computers in eine nutzbare Spannung umzuwandeln. Bei Prozessoren liegt diese normalerweise zwischen 1,1 V und 1,3 V. Interne Präzisionselektronik kann nämlich durch zu hohe Spannungen leicht kurzgeschlossen werden.

Bei der Stromversorgung des Prozessors ist ebenso Genauigkeit wichtig, und die erforderliche Spannung muss so genau wie möglich bereitgestellt werden. Aus diesem Grund ist der VRM komplexer als einfache Kabel. Im Wesentlichen handelt es sich jedoch um einen Abwärtswandler, der die Spannung präzise auf ein geeignetes Niveau reduziert. Der VRM verwendet drei Komponenten, um seine Aufgabe zu erfüllen: MOSFET, Induktivität (auch Drosselspule genannt) und Kondensator.

Außerdem gibt es einen integrierten Schaltkreis (IC) zur Steuerung aller Funktionen, der manchmal als PWM-Controller bezeichnet wird.

Wie verbessert VRM die Leistung?

VRM zielt darauf ab, eine saubere und zuverlässige Stromversorgung zu gewährleisten. Allerdings kann bereits ein einfacher VRM eine ausreichende Leistung liefern, um eine CPU der Mittelklasse mit mittlerer Geschwindigkeit zu betreiben. Beim Übertakten oder Ausreizen der Komponenten wird die Qualität des VRM jedoch immer wichtiger.

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Overclocker sollten nach VRMs aus zuverlässigen Komponenten Ausschau halten. Wenn deren Komponenten billig sind, können sie unter Last möglicherweise nicht genügend Spannung liefern, was zu unerwarteten Ausfallzeiten führt.

Unterm Strich

Was ist VRM? In diesem Artikel haben wir für Sie detaillierte Informationen dazu beleuchtet. Sie kennen nun die Definition, die Funktionsweise und wie VRM die Leistung verbessert.