WIKI Cos'è un VRM? A cosa serve? Come funziona?

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Guida Dettagliata al VRM
Cos'è un VRM? A cosa serve? Come funziona?


Il VRM è un circuito integrato, che regola e decrementa la tensione in ingresso nella CPU, agendo quindi sulla tensione in arrivo dall'unità di alimentazione (Alimentatore a commutazione) che porta le varie rail, in particolare dalla 12 V dalla quale attinge la CPU e che la trasforma nella tensione in uscita che è solitamente pari a 1.2 V.

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Partiamo quindi dalla base arriva nel nostro PSU una corrente alternata con un valore efficace di 230V +/- 10% ad una frequenza di 50Hz +/- 1% (definito per normativa europea), dal PSU in poi questa corrente diventa corrente continua a 12V che passerà per il VRM fino ad arrivare alla CPU come 1,2V.
La corrente alternata è un onda sinusoidale con un ampiezza e un intensità variabili a differenza della corrente continua che è una linea retta.


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[ Approfondendo sul Valore efficace di 230 V a 50Hz ]
In un onda sinusoidale distinguiamo due valori, di picco (valore massimo) e tensione efficace. In un onda sinusoidale, i valori di picco sono 2 in un solo ciclo.
Il ciclo è concluso quando le tensioni raggiungono tutti i valori possibili, positivi e negativi, completando quindi questa S per poi ripartire all'infinito.
Un solo ciclo dura 20 ms, se 1 sec è composto da 1000 ms, 1000 ms / 20 ms da come risultato una frequenza di 50 Hz ovvero quante volte questo ciclo si ripete in un secondo.
Il valore efficace è quindi dato dal V max * 0,707 (numero valido solo per onde sinusoidali), che è semplicemente l'inverso della radice di 2 (il numero di picchi in un ciclo).

1/√2 = 1/1,414 = 0,707
Il valore efficace di una corrente alternata è l’intensità della corrente continua (ampere) che, attraversando lo stesso conduttore, dissiperebbe per effetto Joule la stessa potenza della corrente alternata. Ovvero un resistore, se collegato alla rete elettrica alternata, dissiperebbe una potenza variabile. Se lo stesso fosse applicato ad una corrente continua avrebbe un valore medio intorno ai 230V.

[ Approfondendo in modo semplice la differenza tra Alimentatori Lineari e Alimentatori a Commutazione ]
Un alimentatore Lineare dovrebbe quindi funzionare così:
Entra la 220V AC
1) Trasformatore, riduce il carico a 12V.
2) Il Ponte Raddrizzatore, con l'uso di diodi si raddrizza la corrente in una corrente unidirezionale (quindi va solo in avanti e non avanti e dietro) a onda intera o a semi onda.
3) Filtro a condensatore per livellare la tensione a livelli richiesti
4) Regolatore di tensione. Dopo il condensatore la tensione oscilla ancora un po' (ripple) e quindi è necessario un regolatore di tensione realizzato con un circuito integrato (voltage regulator) o con un semplice diodo zener.
Esce la DC

Funzionano bene per basse potenze, ma se sale la potenza richiesta le dimensioni diventano troppo ingombranti in quanto la grandezza del trasformatore e del condensatore di filtro è inversamente proporzionale alla frequenza di ingresso della tensione alternata. Poichè la frequenza della rete domestica è di 50 Hz (60 Hz in alcune nazioni), che è una frequenza molto bassa, il trasformatore ed il condensatore divengono molto grandi al crescere della potenza richiesta. Utilizzare un alimentatore lineare per il PC sarebbe una follia in quanto avrebbe dimensioni e peso eccessivi. La soluzione consiste quindi nell'uso di un alimentatore switching ad alta frequenza.

Caratteristiche Alimentatore Lineare:
Ingombrante, pesante, poco efficiente (30-40%), costoso, struttura semplice, Interferenza Elettromagnetica (EMI) basso rumore.
Adatti per situazioni in cui c'è bisogno sopratutto di precisione esempio nell'Hi-Fi. Genera rumore alla frequenze di rete quindi a 50-60Hz facilmente mitigabile. I due problemi principali sono l'ingombro e la bassa efficienza dovuta alla dissipazione dall'integrato di regolazione di tensione, della restante parte inutilizzata.

Si passa quindi agli alimentori Switching ad alta frequenza (50-100 kHz) che hanno quindi queste caratteristiche:
Sono piccoli, leggeri, efficienti (70-95%), economici, struttura complessa, EMI da filtrare assolutamente.
Vanno filtrati poiché funzionano a frequenze elevate dai 50 ai 100 kHz creando rumore elettronico alla frequenza di commutazione, ma grazie a questo trucco non c'è bisogno di PSU giganti in quanto viene innalzata ad alta frequenza prima di arrivare al trasformatore. Sfrutta quindi il PWM (Modulo di ampiezza di impulsi, che fa aumentare o diminuire il duty-cycle della tensione applicata al trasformatore in funzione del consumo del PC)
L'alimentatore si autoregola in funzione del carico che gli viene applicato e quando il PC consuma poco eroga una minore corrente sottoponendo i propri componenti critici ad un minore stress e quindi generando minore calore. Questo vantaggio non si ha invece negli alimentatori lineari che sono progettati per fornire la loro potenza massima anche quando questa non viene erogata con il risultato che la quantità di calore generata è rilevante e costituisce un ulteriore inconveniente per questo tipo di dispositivo.

La struttura di un alimentatore a commutazione senza PFC (Power Factor Correction) quindi è così composta:
Entra la 220V o a 120V AC
1) Filtro, per filtrare picchi e fenomeni indesiderati.
2) Commutatore di tensione (uno switcher) tra 125V e 220V.
2b) Se si usa una 125V utilizzeremo il duplicatore di tensioni
3) Raddrizzatore
....
o se abbiamo un PSU Switching con PFC:
Entra la 220V o a 120V AC
1) Filtro, per filtrare picchi e fenomeni indesiderati.
2) Raddrizzatore
3) PFC Attivo

4) Switcher

Primario
--------------------------------------
Secondario

5) Trasformatore (entra ed esce un onda quadrata e quindi abbiamo già la Corrente Continua, e per questo detti convertitori DC-DC)
6) Ponte raddrizzatore
7) Filtro
8) PWM (che funziona da regolatore in un anello chiuso ovvero se la tensione che esce dal filtro non è corretta, manda un segnale a monte - tipo un ormone di feedback nel sangue - cambiando il duty circle applicato al transistor, e quindi controlla più attentamente le tensioni come se ci fosse un sorvegliante che vi guarda mentre lavorate e vi cazzea e vi corregge con le sue mani se sbagliate) è isolato dalla zona del primario grazie ad un piccolo trasformatore ad isolamento
9) Isolatore

escludendo quindi eventuali protezione etc.

Concludendo più questa tensione erogata dal PSU sarà penosa e più si rifletterà sulle tensioni in arrivo alla CPU a causa dell'oscillazione di tensione (ripple) che si ripercuoterà sulla stabilità del sistema.



Struttura e funzione VRM

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Questa in foto è come siamo abituati a vedere una scheda madre, in genere però la zona dei VRM è spesso nascosta dai grandi heatsink (componenti in metallo, che attuano una dissipazione passiva del calore, un po' come i dissipatori ad aria della CPU ma senza una ventola, sebbene schede madri di fascia molto alta possano anche prevederla).

Principalmente gli heatsink vanno a posizionarsi sopra i MOSFET, come in figura sul lato sinistro nella Zona Rossa, mentre sopra vediamo i MOSFETs senza heatsink, questi in genere sono sempre visibili in coppia chiamati High-Side MOSFET (acronimo è spesso Hi-FeT) e Low-Side MOSFET (acronimo è spesso Lo-FeT).
Al di sotto in blu troviamo i Chokes o induttori ovvero i tanto amati quadratini spesso visibili anche sotto gli heatsink che molti furbamente utilizzano per contare in maniera errata le fasi, in quanto il conto degli induttori non darà come risultato il numero di fasi purtroppo.
Sotto ancora in verde troviamo i Condensatori o Capacitors, in genere sono facilmente riconoscibili anche ai meno addetti.

Queste sono le componenti principali delle cosiddette Fasi (o Phases o Phase al singolare) che insieme al PWM e alla restante circuiteria formano il cosiddetto VRM (Voltage Regulator Module, o tradotto in Modulo Regolatore di Tensioni), quindi questo spiega il primo grande fraintendimento nel Tech, infatti il VRM non è un unica cosa ma un insieme di parti. Ricapitolando quindi da cosa è composto il VRM e da cosa sono composte le fasi in maniera sintetica:

VRM = PWM + Phases + Capacitors + Other

Phases = Driver MOSFET + MOSFETs + Chokes

I VRM sulle schede madri ATX si basano sulla conversione della Corrente Continua in altra Corrente Continua e per questo definito Convertitore DC-DC.
Per essere un po' più specifici, è necessario convertire una tensione più alta in un valore più basso e il convertitore DC-DC a cui siamo interessati è chiamato Convertitore step-down (buck).
La sua funzione è quella di tagliare una tensione di Corrente Continua (CC o DC - Direct Current) per mezzo di un interruttore e di levigare nuovamente il segnale che risulta a forma di onda quadra. Dopo che l'elemento filtrante ha levigato le tensioni, le imposta ad una tensione CC desiderata, che deve sempre essere impostata secondo il principio della più piccola tensione di ingresso.
I seguenti componenti elettrici sono in genere utilizzati sulle schede madri ATX per implementare un tale convertitore:


  • MOS-FET
M etal- O xide- S emiconductor F ield- e ffect T Transistor:
Spiegazione Facile: Sono interruttori con cui è possibile controllare i circuiti.

Nel dettaglio:
I transistor sono considerati i più importanti componenti dell'elettronica al momento. Di solito, i cosiddetti transistor ad effetto di campo (quindi anche chiamati solo FET) a canale n sono utilizzati nei VRM per le schede madri ATX. In breve, questi consistono in un canale di corrente di un semiconduttore la cui resistenza è controllata da un campo elettrico.
Detto canale di corrente (Current Channel) si pone tra i due elettrodi, la sorgente (Source) e il pozzo (Drain), attraverso del materiale semiconduttore elettricamente isolato chiamato porta (Gate). Il controllo è eseguito in tensione, poiché è noto che ogni tensione elettrica è accompagnata da un campo elettrico.
La sorgente (Source) e il substrato semiconduttore drogato con p sono elettricamente collegati, poiché una differenza di potenziale tra sorgente e substrato può modificare le proprietà elettriche dell'intero FET.
Questa connessione è chiamata diodo inverso (o body diode o inverse diode) e di conseguenza viene disegnata nel simbolo di commutazione come un diodo, che
blocca un flusso di corrente dallo scarico alla fonte.


↑ Simbolo di commutazione di un MOSFET a canale n.


↑ MOSFET​
  • Bobina o Induttore (Inductor o nello specifico Choke)
Spiegazione Facile: L’induttanza ha il compito di opporre una resistenza ai 12 V dell’alimentatore in modo da portarlo alla tensione richiesta tramite la regolazione svolta dai MOSFET. Le induttanze non producono calore ma creano un “campo magnetico” attorno a loro man mano che trattengono corrente. Si oppone ai cambiamenti di corrente.

Nel dettaglio:
I campi magnetici sorgono con ogni flusso di corrente attraverso un conduttore elettrico. Se questo conduttore elettrico è ora avvolto attorno a un nucleo (questo nucleo può essere anche dell'aria o un pezzo di acciaio o di ferrite) si forma quindi una bobina, e quindi il campo magnetico decade in quel punto.
Dal punto di vista elettrico, le bobine resistono ai rapidi cambiamenti di corrente e accumulano il campo magnetico quando la corrente lo attraversa, questa proprietà è chiamata induzione magnetica.
Le bobine utilizzate nei VRM sulle schede madri sono solitamente fili di rame su un nucleo ferrimagnetico. I ferrimagnetici possono aumentare notevolmente l'induttanza della bobina in virtù della loro magnetizzabilità simile a quella dei ferromagneti. Tuttavia i ferromagneti sono isolanti, quindi non c'è alcuna perdita se introduciamo delle correnti parassite nel nucleo. Inoltre, queste bobine sono messe in isolatori rigidi (come spesso vediamo sulle schede madri quei quadratini), in modo che l'oscillazione meccanica della bobina possa essere soppressa sul nucleo ad alta frequenza, che può portare ad un ronzio udibile ad alta frequenza.


↑ Simboli Induttanze


↑ Bobina e bobina con isolatore​
  • Condensatori (Capacitor)
Spiegazione Facile: i condensatori fanno da filtro, e sopprimono i picchi di tensione.

Nel dettaglio:
Un condensatore è fondamentalmente la controparte della bobina, resiste ai rapidi cambiamenti di tensione.
La ragione di ciò è l'energia immagazzinata dal campo elettrico, che si accumula tra i due elettrodi del condensatore quando viene applicata la tensione.
L'energia dal campo può continuare a mantenere la tensione elettrica per il momento in cui, per esempio, dovrebbe essere spenta bruscamente dagli interruttori (a mò di UPS).
Vengono utilizzati i cosiddetti condensatori elettrolitici, poiché con essi si possono ottenere capacità elettriche molto elevate. Ciò è dovuto alla piccola distanza tra gli elettrodi, che è possibile perché un elettrodo è fatto di alluminio mentre l'altro è un acido debole. Il dielettrico è solo un sottile strato di ossido sull'anodo di alluminio.
Nuovi e sempre più utilizzati sono anche i dry Tantalum Elkos. Il tantalio come anodo viene sinterizzato per una superficie più grande e immerso nella soluzione di nitrato di manganese. Con il riscaldamento, il biossido di manganese solido si forma come un secondo elettrodo.
Ogni condensatore è costruito per avere una quantità specifica di capacitanza. La capacità di un condensatore indica la quantità di carica che è in grado di memorizzare, più capacità significa più capacità di immagazzinare una carica. L'unità standard di capacità viene chiamata Farad , abbreviato F .
Si scopre che un farad è un sacco di capacità, anche 0.001F (1 milifarad - 1MF) è un grande condensatore.

Sulla scheda madre si può subito notare che nel VRM ci sono principalmente 2 tipi di condensatori uno a 12 V e uno a 3 V dovendo filtrare tensioni diverse, infatti quelli a 12 V filtrano le tensioni in arrivo al VRM, mentre quelli a 3 V fanno parte delle fasi e filtrano la tensione che sta per uscire dal VRM verso la CPU.



↑ Simbolo dei condensatori


↑ Condensatori​
  • Circuiti integrati o IC (Integrated Circuit)
Questo termine copre tutti i componenti che combinano un intero gruppo di componenti in un unico alloggiamento. Questo viene fatto oggi da strutture elettricamente conduttive create su una sottile piastra di semiconduttore con tecniche di esposizione e / o incisione complesse, che hanno le proprietà dei singoli componenti. I conduttori di ingresso e di uscita sono quindi collegati ai perni dell'alloggiamento, in modo che il circuito con larghezze strutturali parzialmente inferiori alla gamma dei micron
possa essere installato nella sua applicazione e utilizzato lì.
Tali circuiti in VRM sono il controllorer PWM che controlla l'intero VRM e altri controlli come i Driver MOSFET.

Sulla scheda madre ASUS, in foto sopra, dove sono segnati chokes mosfet etc. quest'ultima ha incorporato anche un EPU (Energy Processing Unit) è un chip di risparmio energetico in tempo reale del sistema che rileva automaticamente il carico del sistema corrente e modera in modo intelligente l'utilizzo di energia. Va disabilitato durante un overclock spinto.


↑ Controller PWM AS1400BT


↑ Driver MOSFET


↑ Driver MOSFET iscrizioni spiegate
  • Modulazione di Larghezza di Impulso o PWM
Lo strumento per un convertitore di switch con controllo attivo è il cosiddetto Pulse Width Modulation, insomma PWM.
Un controller PWM di fascia alta permetterà una miglior regolazione della tensione diretta alla CPU e un segnale di maggior qualità.

Le caratteristiche di tale segnale sono la frequenza, il ciclo di lavoro (Duty Circle) e il valore di picco. Anche un segnale PWM è sempre periodico, quindi si ripete nel tempo, che è stato definito come un punto. In questo periodo, il segnale può assumere due stati: High o Low o 1 o 0, ecc ...
Per quanto tempo si applica uno dei due stati, questo determina il ciclo di lavoro (inglese: Duty Circle). Generalmente viene espresso come percentuale del periodo totale.


Ad esempio, di seguito in nero è un segnale PWM con il duty cycle del 10% su più periodi. Se per esempio il totale di un periodo è di 10 secondi, e abbiamo segnale per 1 solo secondo, abbiamo il 10% di Duty Circle. Tradotto in termini di Volt in entrata nella CPU modulati dal segnale PWM: U DC = 12V * 10% = 1.2V Input
+12 V la tensione di ingresso imposterà teoricamente una tensione di uscita di +1,2 V quando il controller è impostato ad un duty cycle pari al 10%.

In passato, il VRM utilizzava il controllo analogico. Questo tipo di controllo non era molto preciso e poteva richiedere più tempo per reagire a picchi e a cadute di potenza.
Le schede più recenti utilizzano VRM a controllo digitale, che reagisce molto più rapidamente e mantiene la CPU e gli altri componenti alimentati in modo più fluido.
Ma approfondiremo meglio a breve.

Il PWM indica il valore della tensione in volt (Voltage) da erogare alla CPU, e la regola tramite apertura e chiusura dei MOSFET. Lo fa utilizzando un segnale PWM con il quale si va a gestire anche la Switching Frequency (tradotta come frequenza di commutazione, ovvero la frequenza di accensione e spegnimento del MOSFET).

In genere i controller digitali vanno da valori di Switching Frequency da 350 KHz a 500 KHz. Più la velocità di questa commutazione sarà elevata, più la tensione erogata al vostro processore sarà precisa e stabile, ma a sua volta aumenterà il valore di current loss ovvero la dispersione termica dei MOSFET durante il loro cambiamento di stato da acceso a spento.
Quindi ad un valore di Switching Frequency di 350 KHz, il cambio di stato dei MOSFET sarà meno veloce, e la tensione meno precisa e stabile (rispetto ai 500KHz) ma ci saranno meno perdite di energia disperse in calore.
Mentre invece ad un valore di Switching Frequency di 500 KHz, il cambio di stato dei MOSFET sarà più veloce, e la tensione più precisa e stabile (rispetto ai 350KHz) ma ci saranno più perdite di energia disperse in calore.
Più dispersione di calore significa che i vostri MOSFET inizieranno a diventare sempre più caldi, ciò significa che potrebbero raggiungere il loro rating (valore limite) e superarlo andando a lavorare a temperature per le quali non sono stati progettati, accorciando la vita della vostra scheda madre inficiando anche sulla vita dei condensatori, se non rilevato questo aumento di temperature dal sensore preposto e nel caso in cui non siano prevenuti i danni con un preventivo arresto della tensioni, questa situazione potrebbe portare alla rottura del MOSFET bruciatosi per le temperature di esercizio troppo alte.


↑ Controller PWM Multifase RT8894A




VRM Monofase e Controller
Il MOSFET High Side (Si trova nel punto A) chiude il circuito lasciando passare per un breve lasso di tempo la corrente.

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Al punto A avremo quindi 12 V. Quando la 12 V viene applicata all'induttore, l'induttore crea un campo magnetico che crea una caduta di tensione sull'output. Se il lasso di tempo aumentasse più questo aumenta e più aumenta la tensione al punto B arrivando fino ai 12V. Prima che ciò avvenga si apre il circuito nell'High Side MOSFET, altrimenti friggiamo la CPU. L'induttore ti dà il tempo necessario a chiudere il MOSFET grazie alla caduta di tensione, altrimenti arriverebbe subito a 12V.

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Naturalmente nel lasso di tempo che è aperto non avremo corrente (in un circuito aperto non passa corrente, come quando mettete un tasto su 0 spegnete quel dispositivo, mentre su 1 lo accendete). Da qui però avremo una seconda parte composta dal Low Side MOSFET, dall'induttore e dal condensatore. L'induttore funge da generatore e ha un campo magnetico finché l'energia passa, se non passa collassa il campo magnetico in breve tempo. Nasce però un problema senza il MOSFET Low Side, brucerebbe l'high side per un picco di tensione o flyback.

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Aprendo quindi il circuito nell'High Side MOSFET, in A abbiamo 0 V. L'induttore è ancora bello carico dal precedente passaggio poiché è come un ingorgo lento a smaltire le macchine. Il campo magnetico inizia quindi il suo collasso. La corrente c'è quindi nel punto B ma quest'ultima darebbe un picco di tensione quando riapriamo il MOSFET High Side trovandosi a 12V. Per questo c'è un diodo detto flyback (ovvero l'improvviso picco di tensione) che lo elimina chiudendo l'interruttore Low Side MOSFET.

Quando il MOSFET si apre, la corrente istantaneamente dovrebbe andare a zero; l'induttore tende però ad impedire questo repentina diminuzione. La tensione sul Drain del MOSFET di conseguenza tende a salire a valori molto elevati. Infatti: Immaginiamo il MOSFET che si apre come una resistenza che, improvvisamente, diventa molto elevata ; l'induttore tenta di far passare in questa "resistenza elevata" la stessa corrente presente quando il MOSFET si comporta come un interruttore chiuso; la tensione ai capi del MOSFET, per la legge di ohm, deve quindi aumentare ( V = R x I ). In pratica la tensione sul Drain arriva a valori molto elevati, molto superiori alla tensione di alimentazione danneggiando il MOSFET. Per evitare questo fenomeno distruttivo viene inserito in parallelo un diodo, durante la conduzione del MOSFET nel diodo non passa corrente, in quanto polarizzato inversamente. La stessa corrente che prima attraversava il MOSFET ora passa nel diodo "di ricircolo", in pratica "va in salita". Ovviamente questa situazione si esaurisce abbastanza rapidamente, mancando generatori in grado di mantenere nel tempo il passaggio di corrente. Nel circuito non è presente alcuna tensione superiore a quella di alimentazione e quindi non c'è il rischio di distruzione del MOSFET.

L'obiettivo finale del circuito è fornire una tensione costante a nostra scelta. Su un CPU moderno questa dovrebbe essere di circa 1,2 volt. Per ottenere 1,2 V, il circuito deve interrompere la carica dell'induttore quando la tensione nel punto B raggiunge 1,2 V. Una volta che ciò accade, la tensione inizierà a scendere e il circuito tornerà a caricare l'induttore. L'intero ciclo viene ripetuto per sempre attraverso una tecnica nota come modulazione dell'ampiezza dell'impulso , mantenendo la tensione media alla tensione operativa desiderata. A un duty cycle di circa il 50%, la tensione di uscita al punto B sarà 6 V. Per ottenere il nostro desiderato 1.2 V il ciclo di lavoro dovrebbe essere del 10%.



PWM e Duplicator
Quello che determina l'apertura e la chiusura dei MOSFET è un PWM insieme ad un driver MOSFET o ad un Duplicatore. Dato che la CPU non è costante con le richieste, il PWM
corregge il ciclo di feedback in base alle richieste. Il PWM è deputata a gestire l'apertura degli High MOSFET di ogni Monofase.

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Il PWM scandisce il tempo per ogni mono fase. Naturalmente il PWM deve essere scelto in modo tale da riuscire a gestire il numero di fasi che possiede la motherboard altrimenti le altre fasi in più non possono essere gestite in quanto vanno oltre le competenze reali del PWM e non credete che non ci siano state scelte di questo genere...
Come vede sotto ogni scaglionamento delle fasi genera una catena continua di tensione, che oscillazione tra le tensioni (ripple) tra un valore detto Max Voltage (Tensione Massima) e un Min Voltage (Tensione Minima), arrivando poi a scendere nel mentre non lavora in un picco chiamato Min Voltage per Phase (Tensione minima per Fase).

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VRM Multi Fase o Fasi Parallele
Inoltre considerando le multi fasi questo permette alla CPU di non rimanere senza tensione, in quel determinato periodo. Più fasi ci sono, meno si osserva l'effetto a catena perché c'è una riduzione nell'ampiezza dell'onda di ripple e quindi di corrente. Inoltre, con più fasi la riduzione dell'effetto si riduce anche. Ossia, passando da 2 fasi a 4 fasi, la riduzione del ripple è molto più che passare da 6 fasi a 8 fasi o a 10.

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Le Fasi sono guidate da un controller PWM che di solito arriva a gestire un massimo di 4, 6 o 8 fasi reali. Ci sono alcuni PWM piuttosto rari, in genere di classe server, che arrivano fino a 10, 12 o più fasi, ma la stragrande maggioranza dei PWM, sono PWM a 4, 6 e 8 fasi e solo grazie ad un doubler o sdoppiatore o duplicatore riescono a gestire le famose schede madri con 12 o 16 fasi (che sono composte da 6/8 fasi reali e 6/8 virtuali).

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Duplicatore: Fasi Vere (True Phases) e Fasi False (Virtual Phases)

Un duplicatore di fase raddoppia il numero di fasi generando due segnali intercalati che si formano usando l'originale. L'uso di duplicatori generalmente aumenta i costi perché la scheda madre ha ora il doppio della quantità di circuiti integrati richiesti ma riduce molte cose come la corrente di carico su una data fase in modo simile a una "multi-fase" vera ma senza i benefici della più stretta tolleranza di tensione. È anche una soluzione molto più comune che si trova su molte schede madri che pubblicizzano 8 o 16 fasi (composte rispettivamente da 4 e 8 fasi "reali").

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I termini True Phase e Virtual Phase sono stati sviluppati per distinguere tra le fasi che provengono direttamente dal controller PWM e i vari altri schemi come quelli utilizzati dai duplicatori. L'uso di fasi virtuali può a volte indurre in errore a credere che la scheda madre abbia un VRM migliore di quello che effettivamente fa.
In oltre c'è una terza tipologia di fase, ovvero le Fasi in Parallelo, ovvero 2 fasi che sembrano 2 ma sono in parallelo fra loro, e risultano soltanto come un unica "grossa" fase.
Il numero di fasi naturalmente non aumenta con quelle Virtuali o in Parallelo ma, la qualità delle fasi aumenta, migliorando l'uscita della tensione e la temperatura di esercizio anche se magari non arrivano a fare quello che farebbe una fase in più come spiegato sopra l'effetto a catena che si creerebbe.

Questo significa che contare i Choke (Induttori, per essere chiari i quadratini) è molto inutile, poiché potrebbero essere in realtà meno se sono messe in parallelo o utilizzano fasi virtuali. Se penso a schede madri come le Gigabyte B450 Aorus Pro, B450 Aorus M, X470 Ultra Gaming tutte dichiarano 8+3 o invece come la MSI X470 Gaming Plus che invece di mentirvi come fa Gigabyte, preferisce non dire proprio che la sua MB è una 8+2 fasi anche se in realtà è una 4+2, ancora ASRock B350M Pro4 fa come MSI non vi dice che il suo 6+3 è in realtà un 3+3, ancora lo stesso fa ASUS se prendiamo una ROG STRIX Z390-G, questa non è una 8+2. Sono tutte schede madri con fasi in parallelo.

In sintesi

Tipo​

Schema Circuitale​

Diagramma Temporale​

→Fasi Reali​

→Sdoppiatore​

- Singole Fasi Reali

Ogni fase hardware è direttamente pilotata dal controller.

1561556942966.png

1561556960052.png

1​

-​

- Fasi pseudo doppie.

I Mosfet di due fasi hardware sono
pilotati dallo stesso segnale del controller.


1561556995223.png

1561556981844.png

1 X 2​

-​

- Fasi raddoppiate reali.

Uno sdoppiatore interrompe un segnale PWM e dal controller partono due segnali a metà frequenza che sono sfasati tra di
loro di 180 gradi

1561557003146.png

1561557019935.png

1​

1X Sdoppiatore​



In sintesi sui VRM

Quindi circuito chiuso in High Side MOSFET, arrivano 12V al punto A passa per l'induttore e appena il punto B raggiunge 1,2 V si stacca (10% del duty circle quindi per esempio su 1 secondo rimane aperto per 0,1 secondo), qui c'è la parte secondaria che evita il flyback (picco di tensione) nel punto B grazie al diodo e al Low Side MOSFET.

La componentistica è fondamentale, sicuramente quello che ricerchiamo come Choke sono i Premium Alloy Choke (fatti con super ferrite) e come Condensatori, i Dark Capacitor o anche detti Condensatori Jappo.
Naturalmente il lavoro del MOSFET genera un enorme quantità di calore, maggiore rispetto a tutti gli altri componenti del VRM, sono quindi necessari dei buoni heatsink al sopra della zona dei MOSFET. La scelta migliore per questi Heatsink è a forma di lamelle, per aumentare il rapporto superficie/volume. Ancora meglio se sull'heatsink dei VRM fosse posta una ventola come si fa per le schede video; in genere sono molte poche le schede madri che le montano, a memoria ricordo qualche ASUS ed EVGA.
I MOSFET sono componenti fragili e la loro rottura, o anche un numero insufficiente di MOSFET o fasi rispetto alla piena potenza, può essere causata da un over-heat o un over-capacity, causando la morte della scheda madre.
Ci sono MOSFET di alta qualità con un ottimo design, e con una migliore efficienza (tra source, il drain, e il gate).
Ci sono MOSFET di bassa qualità ai limiti degli standard dell'Amperage Rating, che naturalmente pregiudicano la salute della scheda madre in overclock.

Il carico è suddiviso tra le fasi, che forniscono una frazione della potenza richiesta dalla CPU, creando un continuum di tensione grazie alla sincronizzazione delle varie fasi data dal PWM che deve essere in grado di gestire un determinato numero di fasi e non deve essere quindi sottodimensionato rispetto alle fasi stesse. Inoltre il PWM cerca di evitare i Voltage Drop o anche detto VDrop, ovvero le cadute di tensione. Un sufficiente numero di fasi con un buon PWM, possono garantire una migliore stabilità dell'overclock con tensioni più esigue o raggiungere tensioni maggiori e reggere maggiormente OC più spinti ed estremi.


Fasi totali, Acronimi e differenze tra Mainboard AMD e Intel
Nelle specifiche della scheda madre non vi diranno mai se le fasi sono fasi vere o fasi false, e la composizione quindi dei VRM ma quasi sicuramente vi diranno il numero di fasi totali che montano (8 Digiphases!! 20 fasi di alimentazione!! 300.000 Fasi :roftl !! ecc) bisogna però fare attenzione le fasi totali non sono tutte per la CPU ma si dividono in questo modo anche in base al produttore della CPU:

Con schede madri AMD abbiamo:

  • Voltage Core della CPU (acronimo V CC o V Core)

  • Voltage System on Chip (acronimo V SoC) che modula le tensioni per il resto della mainboard e per l'iGPU

  • Inoltre ci sono VRM minori come le quasi mai citate fasi per le RAM (acronimo V DRAM).

Quindi se leggete su di una scheda madre AMD questa composizione dei VRM: 4*2 + 2*2 + 1 oppure 8+8 + 2+2 + 2 oppure 4+2+1
Deduciamo che:
Nella prima operazione abbiamo le fasi per il V Core, nella seconda parte le fasi per il V SoC e nella terza parte quelle per le V DRAM (in genere mai nominata neanche nelle review). Più spesso leggerete: 4+3, 6+1, 8+2 ecc...
In questo caso è importante sapere che il primo si riferisce esclusivamente al V Core e il secondo a quelle esclusive per il V SoC.
Altra cosa come detto alcune fasi potrebbero essere in parallelo e segnate quindi come [4*2] + [2], mentre le fasi sdoppiate vengono in genere segnate così [4+4] + [2].
Tecnicamente entrambe potrebbero dire di avere 10 fasi totali definendole come delle 8+2 ma in realtà le uniche 8 fasi le ha quella sdoppiata [4+4] + [2] mentre quella in parallelo non può definirsi un 8+2 o una 10 fasi.
Purtroppo non c'è una nomenclatura univoca ma in genere vengon meglio definite, spesso potreste trovare anche 10 + 2 (VCore + VSoC) e poco dopo la scritta 5x IR3599 Doppler quindi in pratica le fasi vengono sdoppiate e quivale a scrivere [5+5] + [2].

Con le schede madri Intel invece abbiamo un Main VRM e Minor VRM:
  • il Main VRM è composto dal Voltage Core (acronimo V CC o V Core) e dal Voltage per la iGPU (acronimo V CC GT o V GPU)

  • il Minor VRM è composto dal Voltage per l'Integrated Memory Controller o IMC (acronimo VCCIO o VTT) e dal Voltage per il System Agent (acronimo VCCSA) utilizzato per migliorare la stabilità durante l'OC tramite il BLCK
Quando quindi mettiamo per iscritto qualcosa sui VRM Intel, in genere troveremo scritto 4*2+1 o 8+2, con i quali intendiamo quindi il primo è VCC e il secondo è VCCGT.
In poche realtà troverete esempi super completi tipo questo:

[6+6]+[2]+[1]+[1] quindi [VCC]+[VCCGT]+[VCCIO]+[VCCSA]

Vi lascio a qualche domanda spesso fatta (FAQ = Frequently Asked Question) che potreste quindi porvi sulle nozioni appena apprese o che comunque possono attanagliare la vostra mente.

Per chi vuole appronfondire la questione delle tensioni e del loro utilizzo ecco a voi un excursus su questa parte:


FAQ

  • Quali vantaggi hanno più fasi reali?
I seguenti vantaggi:

1) Meno corrente ai MOSFET e all'induttore

Indicando con "n" il numero delle fasi, la l'intensità corrente per una fase (in inglese phase) corrisponde a:

Intensità per Fase (phase) = Intensità totale / numero di fasi

I pp = I tot / n

Se abbiamo 120 Ampere in totale, questi si divideranno in egual modo su 4 fasi quindi con 120 / 4 = 30 A
Se abbiamo 120 Ampere in totale, questi si divideranno in egual modo su 6 fasi quindi con 120 / 6 = 20 A
Se abbiamo 120 Ampere in totale, questi si divideranno in egual modo su 8 fasi quindi con 120 / 8 = 15 A
Se abbiamo 120 Ampere in totale, questi si divideranno in egual modo su 12 fasi quindi con 120 / 12 = 10 A
Se abbiamo 180 Ampere in totale, questi si divideranno in egual modo su 4 fasi quindi con 180 / 4 = 45 A
Se abbiamo 180 Ampere in totale, questi si divideranno in egual modo su 6 fasi quindi con 180 / 6 = 30 A

Pertanto, con più fasi è possibile utilizzare correnti più grandi ma senza modificare i componenti oppure utilizzando componenti meno affidabili per dirigere le stesse correnti attraverso il convertitore.


2) Minori picchi di corrente o ripple (oscillazioni di tensione) residui sui condensatori di ingresso e di uscita

Il vantaggio di più condensatori è una conseguenza data dal primo vantaggio sopra menzionato. L'altezza dei picchi della corrente di ingresso è infatti dimezzata.
Pertanto, con due fasi, un maggiore intensità di corrente può fluire attraverso il convertitore rispettando le disposizioni per il ripple residuo, rispetto ad una con una fase fase.

Il diagramma in alto a sinistra mostra come vengano divisi i picchi tra due correnti in entrata.
Il diagramma in basso a sinistra mostra con una linea tratteggiata come sarebbe l'estensione dei picchi di corrente nel caso ci fosse una sola fase.
Il diagramma a destra mostra la relazione tra il ripple e il ciclo di lavoro (duty circle) con diverso numero diverso di fasi (N Phases = Numero Fasi), in questo caso da 1 a 6.


Due condensatori, presentano, presenteranno un ripple residuo minore rispetto a un condensatore.
Il diagramma in basso a sinistra mostra questo, nella parte superiore sono i due segnali PWM delle fasi, queste due correnti sommate danno come risultato la nuova corrente di uscita, che possiamo vedere nella parte bassa del diagramma con meno differenza tra il valore massimo (sul vertice) e il valore minimo (a valle).
Il diagramma a destra, mostra nuovamente il ciclo di lavoro rispetto al moltiplicatore del ripple in base al numero di fasi.


3) Comportamento migliorato in caso di transitori di carico

È possibile ottenere un miglior comportamento in caso di grandi over o under-shoots delle tensioni in uscita. Il miglioramento può essere raggiunto se le modifiche al controllo risultano più veloci di un cambiamento di una tensione di uscita. Per ottenere questo effetto, l'alta frequenza di commutazione viene utilizzata in combinazione con una piccola induttanza della bobina, poiché la corrente scorre più velocemente con una bassa induttanza.

A differenza dei condensatori, gli induttori paralleli si comportano come resistori resistivi paralleli: non aggiungono, ma producono una nuova induttanza totale che è sempre inferiore alla maggiore induttanza singola. Questa proprietà è sfruttata dal fatto che il controller pulsa tutte le fasi contemporaneamente in uno scenario transitorio conosciuto, che mette tutte le bobine in un circuito parallelo e quindi riduce significativamente l'induttanza effettiva (a seconda del numero di fasi).

Ora che i condensatori di uscita possono essere caricati più velocemente, viene impedito quindi un forte undershoot, che non può però arrivare ad un overshoot poichè viene immagazzinata meno energia nel campo delle bobine.
  • Ma quindi più fasi sono meglio?
Più fasi hanno anche alcuni svantaggi, oltre i vantaggi citati sopra. Mentre le perdite ohmiche dei componenti iniziali sono diventate più piccole nel tempo, a tali perdite si sono aggiunte quelle di nuovi componenti. Le simulazioni mostrano che i design multi-fase sono abbastanza inefficienti, soprattutto a bassi carichi, rispetto ad un numero moderato di fasi.

Molto dipende da come vengono realmente implementati quest'ultime nei VRM, e spetta quindi agli ingegneri sfruttarle al meglio.
Pertanto, la risposta a questa domanda deve essere generalmente: No, ma dipende.

Sfortunatamente, questo argomento è troppo specifico in base al caso preso in esame per dare una buona risposta generale.
  • Di quante fasi ho bisogno?
È consigliabile non caricare ogni singola fase con più di 30 A nel carico più elevato, e quindi valutare prima di acquistare una scheda madre con relativo processore e carico.
Si applica in modo "approssimativo" questo schema:

Numero Fasi (N Phases)

Intesità di Corrente Max

Potenza in Uscita @ 1,3 V

3​

90 A​

117 W​

4​

120 A​

156 W​

6​

180 A​

234 W​

8​

240 A​

312 W​



Successivamente, è necessario verificare in che modo si comportano i componenti del VRM della scheda madre alla massima corrente. Questo poiché ci sono delle perdite che sono definite dalla qualità dei MOSFET, in base al loro range di perdita. In quel caso i dissipatori passivi (heatsink) potranno far ben poco per ovviare a questo problema, per quanto grandi essi siano.
Ovviamente può anche accadere il contrario, ovvero con soluzioni di altissima qualità, 30 A per fase possono non aver raggiunto i limiti anche sotto carico continuo.
  • Quanto può essere caldo un VRM?
I transistor di potenza non possono essere utilizzati a oltre 150 ° C nella maggior parte dei casi se parliamo di fascia alta, mentre quelli di fascia media si fermano già a 125°, ma ci sono anche altri valori che non dovrebbero superare i 100° rimanendo quindi dei ratings consigliati dal produttore.

I condensatori utilizzati nei VRM, sono solitamente specificati per una temperatura operativa massima di 105 ° C. A questa temperatura, i produttori promettono una durata di vita da 5.000 a 12.000 ore. Questo periodo di vita si prolunga considerevolmente a temperature operative più basse.
Comunque a causa delle loro perdite piuttosto basse, non raggiungono quasi mai la fine della loro vita, ma più che altro il pericolo proviene dal surriscaldamento di altri componenti nelle immediate vicinanze.

Fondamentalmente, è necessario innanzitutto assicurarsi che cosa esattamente il sensore sulla scheda madre stia misurando e in quale punto, quindi deve essere valutato di conseguenza se quella stessa temperatura è considerata critica o no. In genere oltre 100 ° C non dovreste mai essere soddisfatti di questo valore e preoccuparvi nel dissipare meglio la mainboard.


Elenco Liste Mainboard Focus sui VRM ma non solo!

Lista X570 con dettagli VRM by R3d3x

Lista X470 con dettagli VRM by R3d3x

Lista B450 con dettagli VRM by R3d3x

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NB: È vietato riprodurre parzialmente o interamente la guida senza l'autorizzazione dell'autore.
Ringrazio troppe persone per i miglioramenti apportati alla guida, ma era un contenuto che in Italia probabilmente mancava nella nostra lingua in modo così dettagliato.
Si ringrazia Hardwareluxx per molte informazioni, e tabelle; ma soprattutto le tante spiegazioni di Buildzoid.
 
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#2
Ciao! Buona guida, ottima l'iniziativa di voler far chiarezza su un argomento poco chiaro e trattato, sopratutto in Italia.
Ci sono però delle imprecisioni, soprattutto nella prima parte che vorrei farti notare.
Quando hai parlato di tensione efficace non hai dato una buona definizione. I valori efficaci di tensione o corrente sono i valori che in corrente continua e con lo stesso carico resistivo dissiperebbero la stessa potenza media.
Per quanto riguarda gli alimentatori, nello specifico quelli switching utilizzati nei nostri pc, non sono fatti proprio come li hai descritti te. Sempre rimanendo sul superficiale, la tensione viene dapprima raddrizzata, poi livellata tramite tutti i vari componenti presenti nel primario, quali condensatori, induttori, zener, ecc, per poi essere oscillata ad alta frequenza (qualche decina di kHz) e a questo punto trasformata dal trasformatore. Questo è fondamentale in quanto permette di utilizzare trasformatori notevolmente più piccoli a parità di potenza, in quanto lavorano a frequenze molto più alte.
Il PWM, come hai ben detto sta per modulazione dell'ampiezza tramite un onda impulsiva. E' quindi una tecnica di modulazione della tensione. L'High-side mosfet, che possiamo vedere un po' come un interruttore, apre e chiude il circuito con una frequenza molto alta originando un'onda quadra. Questo permette di ottenere una tensione media inferiore rispetto ai 12V, di valore pari ai classici 1.2V, 1.3V, ecc. Giusto per fare un esempio, se l'high side mosfet aprisse il circuito e lo richiudesse per uno stesso lasso di tempo, sarebbe circa come se alla cpu arrivassero 6V. La tensione non è però continua e qua entrano in gioco condensatore, induttore e Low-side mosfet. Per farla breve i primi due servono a livellare la tensione, l'ultimo a permettere il passaggio di corrente anche quando il primo mosfet apre il circuito, sfruttando l'energia immagazzinata dall'induttore.
Ripeto nuovamente che questi sono solo piccoli appunti per rendere il contenuto ancora migliore e se ho commesso qualche imprecisione fatemelo pure notare :)
 
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Ciao! Buona guida, ottima l'iniziativa di voler far chiarezza su un argomento poco chiaro e trattato, sopratutto in Italia.
Ci sono però delle imprecisioni, soprattutto nella prima parte che vorrei farti notare.
Quando hai parlato di tensione efficace non hai dato una buona definizione. I valori efficaci di tensione o corrente sono i valori che in corrente continua e con lo stesso carico resistivo dissiperebbero la stessa potenza media.
Per quanto riguarda gli alimentatori, nello specifico quelli switching utilizzati nei nostri pc, non sono fatti proprio come li hai descritti te. Sempre rimanendo sul superficiale, la tensione viene dapprima raddrizzata, poi livellata tramite tutti i vari componenti presenti nel primario, quali condensatori, induttori, zener, ecc, per poi essere oscillata ad alta frequenza (qualche decina di kHz) e a questo punto trasformata dal trasformatore. Questo è fondamentale in quanto permette di utilizzare trasformatori notevolmente più piccoli a parità di potenza, in quanto lavorano a frequenze molto più alte.
Il PWM, come hai ben detto sta per modulazione dell'ampiezza tramite un onda impulsiva. E' quindi una tecnica di modulazione della tensione. L'High-side mosfet, che possiamo vedere un po' come un interruttore, apre e chiude il circuito con una frequenza molto alta originando un'onda quadra. Questo permette di ottenere una tensione media inferiore rispetto ai 12V, di valore pari ai classici 1.2V, 1.3V, ecc. Giusto per fare un esempio, se l'high side mosfet aprisse il circuito e lo richiudesse per uno stesso lasso di tempo, sarebbe circa come se alla cpu arrivassero 6V. La tensione non è però continua e qua entrano in gioco condensatore, induttore e Low-side mosfet. Per farla breve i primi due servono a livellare la tensione, l'ultimo a permettere il passaggio di corrente anche quando il primo mosfet apre il circuito, sfruttando l'energia immagazzinata dall'induttore.
Ripeto nuovamente che questi sono solo piccoli appunti per rendere il contenuto ancora migliore e se ho commesso qualche imprecisione fatemelo pure notare :)
Grazie per gli appunti. Hai fatto bene a farmeli notare vedrò di apportare le modifiche e di rifare al volo il video domani mattina. È stata un po' un improvvisata a dir il vero e le mie conoscenze di elettronica e degli alimentatori sono abbastanza ridotte rispetto a Blume e Falco.
Probabilmente ho utilizzato uno schema degli alimentatori lineari invece di uno scheda di quelli switching dato che molte delle mie conoscenze sugli alimentatori sono provenute da lo studio di quest'ultimi.

@Blume deformazione professionale, ho detto sinusale come il ritmo cardiaco :ninja

Faccio un ricapitolo delle correzioni da fare:
Onda Sinusoidale.

Migliore definizione di tensione efficace.

Schema degli Switching invece dei lineari. Raddrizzatore > Filtro > Trasformatore

Andare più nel dettaglio per l' high side MOSFET.
 
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#5
@SirPlatypus Con la spiegazione dei lineari penso che anche un bambino la capiva, andando negli Switching mi sembra difficile renderlo facile a tutti. Sto tipo a 4 pagine di appunti :scared per cercare di renderlo più facile.

vediamo se questo ricapitolo va bene:

In un onda Sinusoidale distinguiamo due valori, di picco (valore massimo) e tensione efficace. In un onda sinusoidale i valori di picco sono 2 in un solo ciclo. Il valore efficace è quindi dato dal V max x 0,707 (numero valido solo per onde sinusoidali), che è semplicemente l'inverso della radice di 2 (il numero di picchi in un ciclo). Il valore efficace di una corrente alternata è l’intensità della corrente continua (parliamo di ampere giusto?) che, attraversando lo stesso conduttore, dissiperebbe per effetto Joule (ok) la stessa potenza della corrente alternata (non mi è proprio chiara sta parte).
Se ho ben capito dovrebbe anche essere un valore dato per convenzione a 220 V.

Un alimentatore Lineare dovrebbe quindi funzionare così:
Entra la 220V AC
1) Trasformatore, riduce il carico a 12V.
2) Il Ponte Raddrizzatore, con l'uso di diodi si raddrizza la corrente in una corrente unidirezionale (quindi va solo in avanti e non avanti e dietro) a onda intera o a semi onda.
3) Filtro a condensatore per livellare la tensione a livelli richiesti
4) Regolatore di tensione. Dopo il condensatore la tensione oscilla ancora un po' (ripple) e quindi è necessario un regolatore di tensione realizzato con un circuito integrato (voltage regulator) o con un semplice diodo zener.
Esce la DC

Funzionano bene per basse potenze, ma se sale la potenza richiesta le dimensioni diventano troppo ingombranti in quanto la grandezza del trasformatore e del condensatore di filtro è inversamente proporzionale alla frequenza di ingresso della tensione alternata. Poichè la frequenza della rete domestica è di 50 Hz (60 Hz in alcune nazioni), che è una frequenza molto bassa, il trasformatore ed il condensatore divengono molto grandi al crescere della potenza richiesta. Utilizzare un alimentatore lineare per il PC sarebbe una follia in quanto avrebbe dimensioni e peso eccessivi. La soluzione consiste quindi nell'uso di un alimentatore switching ad alta frequenza.

Caratteristiche Alimentatore Lineare:
Ingombrante, pesante, poco efficiente (30-40%), costoso, struttura semplice, Interferenza Elettromagnetica (EMI) basso rumore.
Adatti per situazioni in cui c'è bisogno sopratutto di precisione esempio nell'Hi-Fi. Genera rumore alla frequenze di rete quindi a 50-60Hz facilmente mitigabile. I due problemi principali sono l'ingombro e la bassa efficienza dovuta alla dissipazione dall'integrato di regolazione di tensione, della restante parte inutilizzata.

Si passa quindi agli alimentori Switching ad alta frequenza (50-100 kHz) che hanno quindi queste caratteristiche:
Sono piccoli, leggeri, efficienti (70-95%), economici, struttura complessa, EMI da filtrare assolutamente.
Vanno filtrati poiché funzionano a frequenze elevate dai 50 ai 100 kHz creando rumore elettronico alla frequenza di commutazione, ma grazie a questo trucco non c'è bisogno di PSU giganti in quanto viene innalzata ad alta frequenza prima di arrivare al trasformatore. Sfrutta quindi il PWM (Modulo di ampiezza di impulsi, che fa aumentare o diminuire il duty-cycle della tensione applicata al trasformatore in funzione del consumo del PC)
L'alimentatore si autoregola in funzione del carico che gli viene applicato e quando il PC consuma poco eroga una minore corrente sottoponendo i propri componenti critici ad un minore stress e quindi generando minore calore. Questo vantaggio non si ha invece negli alimentatori lineari che sono progettati per fornire la loro potenza massima anche quando questa non viene erogata con il risultato che la quantità di calore generata è rilevante e costituisce un ulteriore inconveniente per questo tipo di dispositivo.

La struttura di un alimentatore a commutazione senza PFC (Power Factor Correction) quindi è così composta:
Entra la 220V o a 120V AC
1) Filtro, per filtrare picchi e fenomeni indesiderati.
2) Commutatore di tensione (uno switcher) tra 125V e 220V.
2b) Se si usa una 125V utilizzeremo il duplicatore di tensioni
3) Raddrizzatore
....
o se abbiamo un PSU Switching con PFC:
Entra la 220V o a 120V AC
1) Filtro, per filtrare picchi e fenomeni indesiderati.
2) Raddrizzatore
3) PFC Attivo

4) Switcher

Primario
--------------------------------------
Secondario

5) Trasformatore (entra ed esce un onda quadrata e quindi abbiamo già la Corrente Continua, e per questo detti convertitori DC-DC)
6) Ponte raddrizzatore
7) Filtro
8) PWM (che funziona da regolatore in un anello chiuso ovvero se la tensione che esce dal filtro non è corretta, manda un segnale a monte - tipo un ormone di feedback nel sangue - cambiando il duty circle applicato al transistor, e quindi controlla più attentamente le tensioni come se ci fosse un sorvegliante che vi guarda mentre lavorate e vi cazzea e vi corregge con le sue mani se sbagliate) è isolato dalla zona del primario grazie ad un piccolo trasformatore ad isolamento
9) Isolatore

escludendo quindi eventuali protezione etc.


Passando alla parte dei VRM dove credo di essere almeno un po' più ferrato l'High Side chiude il circuito lasciando passare per un breve lasso di tempo la corrente a 1,2 - 1,3 V. Naturalmente nel lasso di tempo che è aperto non avremo corrente, quindi grazie all'immagazzinamento dei condensatori, al filtraggio degli induttori ma sopratutto al low side mosfet che chiude il circuito abbiamo una corrente continua applicata alla CPU.

Ditemi se ci sono, o sto andando fuori strada alle 2 di notte...
 
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#6
@SirPlatypus Con la spiegazione dei lineari penso che anche un bambino la capiva, andando negli Switching mi sembra difficile renderlo facile a tutti. Sto tipo a 4 pagine di appunti :scared per cercare di renderlo più facile.

vediamo se questo ricapitolo va bene:

In un onda Sinusoidale distinguiamo due valori, di picco (valore massimo) e tensione efficace. In un onda sinusoidale i valori di picco sono 2 in un solo ciclo. Il valore efficace è quindi dato dal V max x 0,707 (numero valido solo per onde sinusoidali), che è semplicemente l'inverso della radice di 2 (il numero di picchi in un ciclo). Il valore efficace di una corrente alternata è l’intensità della corrente continua (parliamo di ampere giusto?) che, attraversando lo stesso conduttore, dissiperebbe per effetto Joule (ok) la stessa potenza della corrente alternata (non mi è proprio chiara sta parte).
Se ho ben capito dovrebbe anche essere un valore dato per convenzione a 220 V.

Un alimentatore Lineare dovrebbe quindi funzionare così:
Entra la 220V AC
1) Trasformatore, riduce il carico a 12V.
2) Il Ponte Raddrizzatore, con l'uso di diodi si raddrizza la corrente in una corrente unidirezionale (quindi va solo in avanti e non avanti e dietro) a onda intera o a semi onda.
3) Filtro a condensatore per livellare la tensione a livelli richiesti
4) Regolatore di tensione. Dopo il condensatore la tensione oscilla ancora un po' (ripple) e quindi è necessario un regolatore di tensione realizzato con un circuito integrato (voltage regulator) o con un semplice diodo zener.
Esce la DC

Funzionano bene per basse potenze, ma se sale la potenza richiesta le dimensioni diventano troppo ingombranti in quanto la grandezza del trasformatore e del condensatore di filtro è inversamente proporzionale alla frequenza di ingresso della tensione alternata. Poichè la frequenza della rete domestica è di 50 Hz (60 Hz in alcune nazioni), che è una frequenza molto bassa, il trasformatore ed il condensatore divengono molto grandi al crescere della potenza richiesta. Utilizzare un alimentatore lineare per il PC sarebbe una follia in quanto avrebbe dimensioni e peso eccessivi. La soluzione consiste quindi nell'uso di un alimentatore switching ad alta frequenza.

Caratteristiche Alimentatore Lineare:
Ingombrante, pesante, poco efficiente (30-40%), costoso, struttura semplice, Interferenza Elettromagnetica (EMI) basso rumore.
Adatti per situazioni in cui c'è bisogno sopratutto di precisione esempio nell'Hi-Fi. Genera rumore alla frequenze di rete quindi a 50-60Hz facilmente mitigabile. I due problemi principali sono l'ingombro e la bassa efficienza dovuta alla dissipazione dall'integrato di regolazione di tensione, della restante parte inutilizzata.

Si passa quindi agli alimentori Switching ad alta frequenza (50-100 kHz) che hanno quindi queste caratteristiche:
Sono piccoli, leggeri, efficienti (70-95%), economici, struttura complessa, EMI da filtrare assolutamente.
Vanno filtrati poiché funzionano a frequenze elevate dai 50 ai 100 kHz creando rumore elettronico alla frequenza di commutazione, ma grazie a questo trucco non c'è bisogno di PSU giganti in quanto viene innalzata ad alta frequenza prima di arrivare al trasformatore. Sfrutta quindi il PWM (Modulo di ampiezza di impulsi, che fa aumentare o diminuire il duty-cycle della tensione applicata al trasformatore in funzione del consumo del PC)
L'alimentatore si autoregola in funzione del carico che gli viene applicato e quando il PC consuma poco eroga una minore corrente sottoponendo i propri componenti critici ad un minore stress e quindi generando minore calore. Questo vantaggio non si ha invece negli alimentatori lineari che sono progettati per fornire la loro potenza massima anche quando questa non viene erogata con il risultato che la quantità di calore generata è rilevante e costituisce un ulteriore inconveniente per questo tipo di dispositivo.

La struttura di un alimentatore a commutazione senza PFC (Power Factor Correction) quindi è così composta:
Entra la 220V o a 120V AC
1) Filtro, per filtrare picchi e fenomeni indesiderati.
2) Commutatore di tensione (uno switcher) tra 125V e 220V.
2b) Se si usa una 125V utilizzeremo il duplicatore di tensioni
3) Raddrizzatore
....
o se abbiamo un PSU Switching con PFC:
Entra la 220V o a 120V AC
1) Filtro, per filtrare picchi e fenomeni indesiderati.
2) Raddrizzatore
3) PFC Attivo

4) Switcher

Primario
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Secondario

5) Trasformatore (entra ed esce un onda quadrata e quindi abbiamo già la Corrente Continua, e per questo detti convertitori DC-DC)
6) Ponte raddrizzatore
7) Filtro
8) PWM (che funziona da regolatore in un anello chiuso ovvero se la tensione che esce dal filtro non è corretta, manda un segnale a monte - tipo un ormone di feedback nel sangue - cambiando il duty circle applicato al transistor, e quindi controlla più attentamente le tensioni come se ci fosse un sorvegliante che vi guarda mentre lavorate e vi cazzea e vi corregge con le sue mani se sbagliate) è isolato dalla zona del primario grazie ad un piccolo trasformatore ad isolamento
9) Isolatore

escludendo quindi eventuali protezione etc.


Passando alla parte dei VRM dove credo di essere almeno un po' più ferrato l'High Side chiude il circuito lasciando passare per un breve lasso di tempo la corrente a 1,2 - 1,3 V. Naturalmente nel lasso di tempo che è aperto non avremmo corrente, quindi grazie all'immagazzinamento dei condensatori, al filtraggio degli induttori ma sopratutto al low side mosfet che chiude il circuito abbiamo una corrente continua applicata alla CPU.

Ditemi se ci sono, o sto andando fuori strada alle 2 di notte...
Alla faccia degli appunti :asd

Comunque per il discorso dei valori efficaci forse così ti è più chiaro. Se prendiamo un resistore da 230 Ohm e lo colleghiamo alla rete di casa, la potenza che dissipa non sarà costante, dato che corrente e tensione variano nel tempo. Possiamo però trovare un valore medio di potenza (230W). I valori efficaci di tensione e corrente sono quei valori che in corrente continua dissiperebbero quella stessa potenza con lo stesso resistore. L'avevi spiegato bene comunque :ok
Il valore della tensione presente nelle nostre abitazioni è stata stabilita da una normativa europea (che l'ha cambiata dagli ex 220V) non mi ricordo quanti anni fa. Il fornitore deve garantire 230V +/-10% e frequenza di 50Hz +/-1%.
La parte dell'alimentatore switching mi sembra ben spiegata ed esaustiva, visto il contesto. Vedi te se metterla tutta o un riassunto ancora più breve visto che l'argomento del video sono i VRM. Ovviamente aspetta il parere di gente che è più esperta (@Blume e @Falco75).
Per il discorso low-side, anche l'induttore funge da generatore, insieme al condensatore, quando l'High side apre il circuito. L'induttore accumula energia tramite il campo magnetico, ma riesce a farlo fin tanto che una corrente lo attraversa. Quando questa cambia, soprattutto se repentinamente, il campo collassa. L'induttore cerca quindi di mantenere il flusso di corrente costante e, se non ci fosse il Low-Side mosfet, genererebbe una sovratensione ai suoi capi che farebbe un gran casino distruggendo con buona probabilità l'High side. Il Low side permette invece di far circolare corrente, facendo scaricare l'induttore e alimentando al tempo stesso la cpu.
Comunque mi rendo conto che spiegare questi concetti rendendoli semplici anche a persone che hanno poche conoscenze in materia è piuttosto difficile.
 
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Alla faccia degli appunti :asd
Comunque per il discorso dei valori efficaci forse così ti è più chiaro. Se prendiamo un resistore da 230 Ohm e lo colleghiamo alla rete di casa, la potenza che dissipa non sarà costante, dato che corrente e tensione variano nel tempo. Possiamo però trovare un valore medio di potenza (230W). I valori efficaci di tensione e corrente sono quei valori che in corrente continua dissiperebbero quella stessa potenza con lo stesso resistore. L'avevi spiegato bene comunque :ok
Il valore della tensione presente nelle nostre abitazioni è stata stabilita da una normativa europea (che l'ha cambiata dagli ex 220V) non mi ricordo quanti anni fa. Il fornitore deve garantire 230V +/-10% e frequenza di 50Hz +/-1%.
La parte dell'alimentatore switching mi sembra ben spiegata ed esaustiva, visto il contesto. Vedi te se metterla tutta o un riassunto ancora più breve visto che l'argomento del video sono i VRM. Ovviamente aspetta il parere di gente che è più esperta (@Blume e @Falco75).
Per il discorso low-side, anche l'induttore funge da generatore, insieme al condensatore, quando l'High side apre il circuito. L'induttore accumula energia tramite il campo magnetico, ma riesce a farlo fin tanto che una corrente lo attraversa. Quando questa cambia, soprattutto se repentinamente, il campo collassa. L'induttore cerca quindi di mantenere il flusso di corrente costante e, se non ci fosse il Low-Side mosfet, genererebbe una sovratensione ai suoi capi che farebbe un gran casino distruggendo con buona probabilità l'High side. Il Low side permette invece di far circolare corrente, facendo scaricare l'induttore e alimentando al tempo stesso la cpu.
Comunque mi rendo conto che spiegare questi concetti rendendoli semplici anche a persone che hanno poche conoscenze in materia è piuttosto difficile.
Il problema principale è questo. Riuscire a rendere facile un discorso abbastanza complesso e ampio a persone che hanno poche basi.
Andrebbero fatti due video, uno come arriva la corrente alternata e come viene trasformata da un lineare e come viene trasformata da uno switching.
L'altro dovrebbe essere un focus sui VRM.
Rimanendo sul semplice e sul vago su entrambi però.
Cmq si ora mi è chiaro il valore efficace (spero), vedo di spiegarlo nel modo più semplice che riesco:
Immaginiamo un resistore (elemento che causa una resistenza [per questo spesso chiamati erroneamente così] al passaggio e quindi una caduta di tensione in base a quanta resistenza oppongono Ω . Facendo un analogia con le auto: una strettoia ad una corsia in una strada a 3 corsie che fa decadere la velocità della macchina quella zona sarà più calda poiché ci saranno più macchina che stanno consumando troppo per fare 2 passi alla volta. Sto facendo un esempio errato?) attraversato da corrente elettrica si riscalda per effetto Joule, quindi una parte dell'energia in arrivo viene dissipata in calore, questa potenza dissipata che arriva alla presa non è costante poiché varia l'intensità e la tensione in una corrente alternata, un po' come nell'onda sinusoidale vediamo questa fluttuazione dei valori e abbiamo momenti di più o meno potenza dissipata. Il valore efficace è quindi un valore medio che invece di averli come corrente alternata li avessimo come corrente continua, dissiperebbero quella stessa potenza con lo stesso resistore.

La normativa europea ha fissato questo valore ad un 230 V +/- 10% e a frequenza di 50 Hz +/- 1%.

Qui dovremmo aver risolto :roftl ma chi me l'ha fatto fare! Era meglio che parlavo solo dei VRM.
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"Passando alla parte dei VRM dove credo di essere almeno un po' più ferrato. Cit."

Il MOSFET High Side chiude il circuito lasciando passare per un breve lasso di tempo la corrente.

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Al punto A avremo quindi 12 V. Quando la 12 V viene applicata all'induttore, l'induttore crea un campo magnetico che crea una caduta di tensione sull'output. Se il lasso di tempo aumentasse più questo aumenta e più aumenta la tensione al punto B arrivando fino ai 12V.
Prima che ciò avvenga si apre il circuito nell'High Side MOSFET, altrimenti friggiamo la CPU.
L'induttore ti dà il tempo necessario a chiudere il MOSFET grazie alla caduta di tensione, altrimenti arriverebbe subito a 12V.

Naturalmente nel lasso di tempo che è aperto non avremo corrente (in un circuito aperto non passa corrente, come quando mettete un tasto su 0 spegnete quel dispositivo, mentre su 1 lo accendete). Da qui però avremo una seconda parte composta dal Low Side MOSFET, dall'induttore e dal condensatore. L'induttore funge da generatore e ha un campo magnetico finché l'energia passa se non passa collassa il campo magnetico, quindi grazie all'immagazzinamento dei condensatori, cerca di mantenere il flusso di corrente costante alle componenti. Nasce però un problema senza il MOSFET Low Side, brucerebbe l'high side per un picco di tensione.

Aprendo quindi il circuito nell'High Side MOSFET, in A abbiamo 0 V. L'induttore è ancora bello carico dal precedente passaggio poiché è come un ingorgo lento a smaltire le macchine. Il campo magnetico inizia quindi il suo collasso. La corrente c'è quindi nel punto B ma quest'ultima darebbe un picco di tensione quando riapriamo il MOSFET High Side trovandosi a 12V.
Per questo c'è un diodo detto flyback (ovvero l'improvviso picco di tensione) che lo elimina chiudendo l'interruttore Low Side MOSFET

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1558863264751.png 1558862808140.png

L'obiettivo finale del circuito è fornire una tensione costante a nostra scelta. Su un CPU moderno questa dovrebbe essere di circa 1,2 volt. Per ottenere 1,2 V, il circuito deve interrompere la carica dell'induttore quando la tensione nel punto B raggiunge 1,2 V. Una volta che ciò accade, la tensione inizierà a scendere e il circuito tornerà a caricare l'induttore. L'intero ciclo viene ripetuto per sempre attraverso una tecnica nota come modulazione dell'ampiezza dell'impulso , mantenendo la tensione media alla tensione operativa desiderata. A un duty cycle di circa il 50% , la tensione di uscita al punto B sarà 6 V. Per ottenere il nostro desiderato 1.2 V il ciclo di lavoro dovrebbe essere del 10%.

Facendola super easy:
Quindi circuito chiuso in High Side MOSFET, arrivano 12V al punto A passa per l'induttore e appena il punto B raggiunge 1,2 V si stacca (10% del duty circle quindi per esempio su 10 secondi rimane aperto per 1 secondo), qui c'è la parte secondaria che evita il flyback (picco di tensione) nel punto B grazie al diodo e al Low Side MOSFET.

Quello che determina l'apertura e la chiusiura dei MOSFET è un PWM insieme ad un driver Mosfet o ad un Duplicatore.

Inoltre considerando le multi fasi questo permette alla CPU di non rimanere senza tensione, in quel determinato periodo.
Più fasi ci sono, meno si osserva l'effetto a catena perché c'è una riduzione nell'ampiezza dell'onda di ripple e quindi di corrente. Inoltre, con più fasi la riduzione dell'effetto si riduce anche. Ossia, passando da 2 fasi a 4 fasi, la riduzione del ripple è molto più che passare da 6 fasi a 8 fasi.


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I VRM sono guidati da un controller PWM che di solito arriva in 4, 6 o 8 fasi. Ci sono alcuni PWM piuttosto rari che arrivano fino a 10 ma la stragrande maggioranza dei PWM là fuori sono PWM a 4 e 6 fasi e sono molto più comuni di 8 fasi. Le schede madri offrono VRM a 12, 16 e 24 fasi attraverso i duplicatori. Un duplicatore di fase raddoppia il numero di fasi generando due segnali intercalati che si formano usando l'originale.
L'uso di duplicatori generalmente aumenta i costi perché la scheda madre ha ora il doppio della quantità di circuiti integrati richiesti ma riduce molte cose come la corrente di carico su una data fase in modo simile a una "multi-fase" vera ma senza i benefici della più stretta tolleranza di tensione. È anche una soluzione molto più comune che si trova su molte schede madri che pubblicizzano 8 o 16 fasi (composte rispettivamente da 4 e 8 fasi "reali").
I termini True Phase e Virtual Phase sono stati sviluppati per distinguere tra le fasi che provengono direttamente dal controller PWM e i vari altri schemi come quelli utilizzati dai duplicatori .
L'uso di fasi virtuali può a volte indurre in errore a credere che la scheda madre abbia un VRM migliore di quello che effettivamente fa.

Dato che la CPU non è costante con le richieste, il PWM corregge il ciclo di feedback in base alle richieste.

Detto questo penso che posso anche buttare la testa sotto l'acqua fredda.
 

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Sì dai come spiegazione va più che bene :D
Ripeto, complimenti per il grande impegno che c'hai messo :)

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Nichdroid

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#12
Veramente la X570 Aorus Master ha 12 fasi piene senza sdoppiatori gestite da un controller da 16 fasi di classe server:asd
 

Nichdroid

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#14
Duplicatore, Fasi Vere e Fasi False
Un duplicatore di fase raddoppia il numero di fasi generando due segnali intercalati che si formano usando l'originale. L'uso di duplicatori generalmente aumenta i costi perché la scheda madre ha ora il doppio della quantità di circuiti integrati richiesti ma riduce molte cose come la corrente di carico su una data fase in modo simile a una "multi-fase" vera ma senza i benefici della più stretta tolleranza di tensione. È anche una soluzione molto più comune che si trova su molte schede madri che pubblicizzano 8 o 16 fasi (composte rispettivamente da 4 e 8 fasi "reali").
I termini True Phase e Virtual Phase sono stati sviluppati per distinguere tra le fasi che provengono direttamente dal controller PWM e i vari altri schemi come quelli utilizzati dai duplicatori. L'uso di fasi virtuali può a volte indurre in errore a credere che la scheda madre abbia un VRM migliore di quello che effettivamente fa.
Io sapevo che esistono tre tipi di fasi: le fasi nude e crude, quelle sono e quelle restano, le fasi duplicate, rendono come le fasi vere (quasi, dipende anche dal doubler), ma con maggior ripple introdotto dal doubler (cui si può ovviare overcloccando lo switching frequency) e le fasi collegate in parallelo, che rendono come se fossero la metà...

Quindi quando leggiamo 4+1 o 4+3 o 8+2, il primo numero sono le fasi destinate alla CPU, il secondo numero sono le fasi destinate alla RAM ed altri componenti siti sulla motherboard.
Giusto, il primo numero sono le fasi Vcore, ma il secondo sono le fasi SOC, le fasi per la ram non sono quasi mai indicate, sarebbe scritto ad esempio 4+2+1 (per una mobo con 4 fasi Vcore, 2 SOC e 1 per la ram), 4*2+2+1 (per una mobo con 4 fasi Vcore "grosse" perché collegate in parallelo, 2 SOC e 1 ram), 8+2+1 (le fasi duplicate le indicano come quelle non duplicate).
Sempre se non fanno i furbi, per esempio Gigabyte e Asrock le indicano come se utilizzassero i doubler, quando invece il controller non glielo permetterebbe, quindi sono collegate in parallelo (il riferimento è alle X470:sisi).
 
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#15
Io sapevo che esistono tre tipi di fasi: le fasi nude e crude, quelle sono e quelle restano, le fasi duplicate, rendono come le fasi vere (quasi, dipende anche dal doubler), ma con maggior ripple introdotto dal doubler (cui si può ovviare overcloccando lo switching frequency) e le fasi collegate in parallelo, che rendono come se fossero la metà...


Giusto, il primo numero sono le fasi Vcore, ma il secondo sono le fasi SOC, le fasi per la ram non sono quasi mai indicate, sarebbe scritto ad esempio 4+2+1 (per una mobo con 4 fasi Vcore, 2 SOC e 1 per la ram), 4*2+2+1 (per una mobo con 4 fasi Vcore "grosse" perché collegate in parallelo, 2 SOC e 1 ram), 8+2+1 (le fasi duplicate le indicano come quelle non duplicate).
Sempre se non fanno i furbi, per esempio Gigabyte e Asrock le indicano come se utilizzassero i doubler, quando invece il controller non glielo permetterebbe, quindi sono collegate in parallelo (il riferimento è alle X470:sisi).
Ho fatto qualche accorgimento.

Per quelle in parallelo cercavo uno schema fatto bene, ho sotto mano proprio una AB350M con 6+3 di cui le prime 6 non sono altro che 3 fasi poiché ogni fase è in parallelo quindi un (3+3).
 

Nichdroid

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#16
Si, anche se alla fine, soprattutto Gigabyte e Asrock, indicano le fasi in parallelo come fossero duplicate. E qui c'è una bella differenza. Perché le fasi duplicate rendono come le true phases (il doubler qui la fa da padrone, adesso non sono troppo informato, ma mi pare ce ne sia qualcuno con funzione di current balancing; questi fanno rendere le fasi esattamente come fossero vere, invece alcuni, come gli Infineon IR3599 non hanno questa funzione e può capitare che una fase venga maxata, mentre l'altra resta in idle, ma comunque vengono forniti due segnali pwm, quindi all'atto pratico rende come una true phase nella maggior parte dei casi con una leggera latenza, che va a peggiorare leggermente il transient response. Questa latenza si può ridurre aumentando lo switching frequency, ma normalmente è già così bassa che la cpu non ne risente e, comunque così facendo si va a perdere efficenza con un vrm che scalderà di più per erogare lo stesso amperaggio).
Due fasi in parallelo si attiveranno e spegneranno sempre allo stesso momento generando un solo segnale pwm, consentono soltanto alla fase di erogare più corrente.

Quindi, non c'è alcun problema se le fasi duplicate vengono indicate come fossero vere, di fatto agiscono come tali.
Il problema è quando indicano le fasi in parallelo come fossero vere, perché non potranno mai avere le stesse performance, neanche lontanamente.

Tutto questo ovviamente a grandi linee, se poi entrano in gioco i vari controller con le varie funzioni, possono far rendere meglio o peggio un certo layout, ma ancora non saprei dove sbatterci la testa... :asd

EDIT: Forse nel mio messaggio precedente non mi ero espresso in maniera corretta o completa. Quello era un esempio secondo me di "nomenclatura" utilizzata in maniera corretta, ed è anche il modo in cui le indica Hardwareluxx.de (grande fonte per andare a scoprire come sono strutturate le schede madri).

Attualmente non c'è alcuna regola e i produttori quando c'è di mezzo il marketing fanno ciò che vogliono. Ad esempio, @R3d3x per la mobo che hai citato (Asrock Pro4, giusto?) viene indicata una 6 fasi Vcore e 3 fasi Vsoc. Il problema è che quelle 6 fasi Vcore rendono come fossero tre perché in parallelo. Prendiamo ad esempio la X470 Taichi. Viene indicata come una 16 fasi e basta. Avrà dunque 6 fasi Vcore duplicate che rendono quasi come una true phase da 12 (peggior signaling, ma in realtà con leggermente più efficienza, data la frequenza pwm dimezzata) e 2 fasi Vsoc duplicate. Le fasi Vram non vengono quasi mai indicate, ma non c'è nessun problema, le DDR4 non consumano praticamente nulla, già avere una sola fase è più che sufficiente, alcune mobo sovradimensionate arrivano a 2.

Una volta compreso come è strutturata la nostra mobo, se dovesse essere inserita in una guida, per esempio, mettiamo caso abbia 12 fasi (8Vcore, 4Vsoc e 1Vram), si potrebbe indicare così:

-Se sono fasi reali: 8+4+1
-Se sono duplicate, quindi 4Vcore duplicate, magari con un buon doubler, non per forza uno con funzione di current balancing come l'ISL6617, ma anche un più comune IR3599 o 3598, non è troppo un problema indicarla come una true phase, basta aggiungere che fa uso di doubler e si capisce come è strutturata, anche perché tende ad avere performance molto vicine ad una true phase; quindi 8+4+1 (4*IR3599 Vcore + 2*IR3598 Vsoc) per esempio.
-Se sono in parallelo: 4+2+1, anche se concettualmente sono 12 (non contando la Vram), perché rendono come 6, oppure, se si vuole essere più precisi, 4*2+2*2+1 per far capire che, diversamente da quelle duplicate o vere, essendo in parallelo, non avrà le stesse performance.
-Analogamente, se solo le fasi Vcore sono in parallelo: 4+4+1 (o meglio 4*2+4+1)


Per quelle in parallelo cercavo uno schema fatto bene
Mobo con le fasi in parallelo ce ne sono fin troppe:D, per esempio, quasi tutte le Asrock B450 e X470, quindi Pro4, Fatality K4, che siano B450 o X470 sono tutte con fasi in parallelo tranne la Taichi che le ha duplicate. Stessa cosa Gigabyte, prendendo sempre le AM4, son tutte così tranne la Gaming 7. (In realtà le B450 sono strane, perché hanno solo metà mosfet in parallelo, perché non sono complete, mi pare abbiano un highside e due lowside ogni due fasi collegate in parallelo). Le MSI, tutte in parallelo tranne la M7. Asus, X470 Prime e Strix-F sono true phases, la Crosshair usa doubler, su quelle di fascia più bassa non sono molto informato. Non ho contato le ITX in questo elenco.
 
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#17
Si, anche se alla fine, soprattutto Gigabyte e Asrock, indicano le fasi in parallelo come fossero duplicate. E qui c'è una bella differenza. Perché le fasi duplicate rendono come le true phases (il doubler qui la fa da padrone, adesso non sono troppo informato, ma mi pare ce ne sia qualcuno con funzione di current balancing; questi fanno rendere le fasi esattamente come fossero vere, invece alcuni, come gli Infineon IR3599 non hanno questa funzione e può capitare che una fase venga maxata, mentre l'altra resta in idle, ma comunque vengono forniti due segnali pwm, quindi all'atto pratico rende come una true phase nella maggior parte dei casi con una leggera latenza, che va a peggiorare leggermente il transient response. Questa latenza si può ridurre aumentando lo switching frequency, ma normalmente è già così bassa che la cpu non ne risente e, comunque così facendo si va a perdere efficenza con un vrm che scalderà di più per erogare lo stesso amperaggio).
Due fasi in parallelo si attiveranno e spegneranno sempre allo stesso momento generando un solo segnale pwm, consentono soltanto alla fase di erogare più corrente.

Quindi, non c'è alcun problema se le fasi duplicate vengono indicate come fossero vere, di fatto agiscono come tali.
Il problema è quando indicano le fasi in parallelo come fossero vere, perché non potranno mai avere le stesse performance, neanche lontanamente.

Tutto questo ovviamente a grandi linee, se poi entrano in gioco i vari controller con le varie funzioni, possono far rendere meglio o peggio un certo layout, ma ancora non saprei dove sbatterci la testa... :asd

EDIT: Forse nel mio messaggio precedente non mi ero espresso in maniera corretta o completa. Quello era un esempio secondo me di "nomenclatura" utilizzata in maniera corretta, ed è anche il modo in cui le indica Hardwareluxx.de (grande fonte per andare a scoprire come sono strutturate le schede madri).

Attualmente non c'è alcuna regola e i produttori quando c'è di mezzo il marketing fanno ciò che vogliono. Ad esempio, @R3d3x per la mobo che hai citato (Asrock Pro4, giusto?) viene indicata una 6 fasi Vcore e 3 fasi Vsoc. Il problema è che quelle 6 fasi Vcore rendono come fossero tre perché in parallelo. Prendiamo ad esempio la X470 Taichi. Viene indicata come una 16 fasi e basta. Avrà dunque 6 fasi Vcore duplicate che rendono quasi come una true phase da 12 (peggior signaling, ma in realtà con leggermente più efficienza, data la frequenza pwm dimezzata) e 2 fasi Vsoc duplicate. Le fasi Vram non vengono quasi mai indicate, ma non c'è nessun problema, le DDR4 non consumano praticamente nulla, già avere una sola fase è più che sufficiente, alcune mobo sovradimensionate arrivano a 2.

Una volta compreso come è strutturata la nostra mobo, se dovesse essere inserita in una guida, per esempio, mettiamo caso abbia 12 fasi (8Vcore, 4Vsoc e 1Vram), si potrebbe indicare così:

-Se sono fasi reali: 8+4+1
-Se sono duplicate, quindi 4Vcore duplicate, magari con un buon doubler, non per forza uno con funzione di current balancing come l'ISL6617, ma anche un più comune IR3599 o 3598, non è troppo un problema indicarla come una true phase, basta aggiungere che fa uso di doubler e si capisce come è strutturata, anche perché tende ad avere performance molto vicine ad una true phase; quindi 8+4+1 (4*IR3599 Vcore + 2*IR3598 Vsoc) per esempio.
-Se sono in parallelo: 4+2+1, anche se concettualmente sono 12 (non contando la Vram), perché rendono come 6, oppure, se si vuole essere più precisi, 4*2+2*2+1 per far capire che, diversamente da quelle duplicate o vere, essendo in parallelo, non avrà le stesse performance.
-Analogamente, se solo le fasi Vcore sono in parallelo: 4+4+1 (o meglio 4*2+4+1)



Mobo con le fasi in parallelo ce ne sono fin troppe:D, per esempio, quasi tutte le Asrock B450 e X470, quindi Pro4, Fatality K4, che siano B450 o X470 sono tutte con fasi in parallelo tranne la Taichi che le ha duplicate. Stessa cosa Gigabyte, prendendo sempre le AM4, son tutte così tranne la Gaming 7. (In realtà le B450 sono strane, perché hanno solo metà mosfet in parallelo, perché non sono complete, mi pare abbiano un highside e due lowside ogni due fasi collegate in parallelo). Le MSI, tutte in parallelo tranne la M7. Asus, X470 Prime e Strix-F sono true phases, la Crosshair usa doubler, su quelle di fascia più bassa non sono molto informato. Non ho contato le ITX in questo elenco.
Si per le schede madri in parallelo le ho appunto citate alcune tra queste che ricordavo con fasi parallele, vedrò di aggiungere queste altre.
In realtà volevo uno schema elettrico ma va bene anche così, ho riorganizzato meglio la guida.
Ho fatto pure una piccola parentesi su questi che mentono con le fasi parallele.

Ottimo Hardwareluxx.de, personalmente ho seguito spesso Actually Hardware Overclocking, che hanno fatto parecchi teardown dei VRM di parecchie schede madri. Alla fine quello che permettono le fasi in parallelo è una temperatura di esercizio minore, in quanto si splitta su due fasi parallele non dando alcun beneficio in termini pratici se non una fase "leggermente migliore" rispetto ad una monofase con una tensione di uscita più corretta e minor stress sulla fase stessa.

Per quanto riguarda le multifasi si, alla fine risultano come avere realmente più fasi grazi al doubler. Premetto che sono ancora ignorante suij chip e le loro differenze ma ho appena finito alcuni dei grandi esami che mi mancavano quindi posso approfondire di molto il mio studio e i miei appunti sui VRM.

Personalmente non saprei neanche io come indicarle per bene per differenziare true phases, virtual phases e fasi parallele (che se ho ben capito, loro le intendono come multiphases). Probabilmente farei:

8 + 4 + 1 True Phases
8 (4*2) + 4 (2*2) + 1 Virtual Phases
4 (4+4) + 2 (2+2) + 1 Multi Phases

Che ne pensi?
 

Nichdroid

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#18
Actually HardCORE Overclocking:)
Buildzoid ne sa...:asd

Per quanto riguarda le multifasi si, alla fine risultano come avere realmente più fasi grazi al doubler. Premetto che sono ancora ignorante suij chip e le loro differenze ma ho appena finito alcuni dei grandi esami che mi mancavano quindi posso approfondire di molto il mio studio e i miei appunti sui VRM.
Probabilmente sono ancora molto più ignorante, anché perché è soltanto per passione, in realtà di elettronica, so veramente poco, ma i video di Buildzoid son fatti bene e aiutano, gran parte, l'ho capito da lui:D

Per la nomenclatura non saprei, qui Hardwareluxx con le Gigabyte AM4:


Le elencano contando solo le fasi vere, quindi 4+3 per la DS3H, 4+3 per la Gaming 5 e 5+2 per la Gaming 7. Solo che poi si capisce tutto solo guardando il resto della tabella.

Bisognerebbe riunire il tutto in una sigla chiara e comprensibile, magari appunto con le parentesi.

Conterei le fasi in parallelo come se fossero singole (quando incomplete come l'esempio della PRO) credo non ci sarebbe molta differenza.

Si potrebbe fare così per esempio per la B450 Aorus Pro, che ha 4 fasi, ma con mosfet discreti e due lowside per fase, di fatto sono 8 fasi in parallelo incomplete.
4+3.

Per una che ce le ha complete, almeno diamoglielo il contentino :D; X470 Ultra Gaming:
4 (4 x 2)+3

Per una coi doubler, sinceramente non saprei, se monta un doubler con current balancing, rende davvero quasi come una true phase, se invece ha un doubler senza questa caratteristica, comunque non è distantissima da una true phase, sicuramente (es. la Gaming 7) non si comporterà mai come una 5 fasi, ma molto spesso potrebbe farlo come una 10 fasi.
Quindi, alla fine:
5 (5 x *) +2
5 (5 x IR3599) + 2 nel caso della Gaming 7.

Sarebbe secondo me la scelta migliore, anche perché per esempio un IR3599 può suddividere il segnale PWM in 4. (Lì sarebbe un bel problema con il segnale PWM a frequenze così basse... :roftl)
In quel caso, il numero di doubler sarebbe dimezzato.. :asd
Certo, che prendere una mobo con fasi pari, così da poter fare un esempio, non potevo prenderla, giusto? Proprio la Gaming 7 che ha 5 fasi... :asd
Vabbè, dai, facciamo finta che la Crosshair VI monti IR3599 splittati in 4 (in realtà usa gli IR3598 che non so se consentono questa cosa, ma pazienza)

E' una 4 (4 x IR3598) +2 (2 x IR3598).

Facciamo finta che abbia IR3599 con segnale diviso in 4, solo sulle fasi Vcore, sarebbe:
4 (2 x IR3599) + 2 (2 x IR3598) ******

Se non si conosce il nome del doubler perché non si trova una foto del retro del PCB con risoluzione abbastanza buona da capirlo :asd si potrebbe indicare con un asterisco o una lettera da mettere in legenda. Mettiamo caso che non conosciamo la Gaming 7, sarebbe 5 (5 x *) + 2

Ovviamente nessun problema per la X570 Aorus Extreme che è una 16 fasi reali:
14 + 2 e via di azoto, non ha altri scopi utili quella mobo...




*****EDIT: Wait a second, mi sa che mi sono incartato da solo, sarebbero 2 segnali PWM, quindi 2 fasi:
2(2 x IR3599 x2) + 2 (2 x IR3598)

Così è incasinato, ma per la nostra Crosshair VI azzoppata suona già meglio:kingsmile
 
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#20
Aggiunte informazioni in più sulla struttura dei VRM, che andrò a sistemare. (Hardwareluxx)

Aggiunto un link di reddit per i consigli per l'OC con i nuovi Ryzen.

Messa un po' di roba dei commenti iniziali sotto spoiler.
 
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