A9595baf43d12fa635dbab6c3287a260 約略從這幾代的主機板開始,不少廠商將負責控制電壓調整模組的PWM控制器更換為數位版本,並強調更好的功率控制以及電壓精準度。究竟PWM控制器是什麼?數位或是類比又差在哪裡?本文將給大家1個基礎上的認知與了解。

PWM與VRD的關係

為了解 PWM 控制器,我們先來簡單認識一下 VRD(Voltage Regulator-Down)這個東西。如果晶片或是其它耗能產品的所需電壓無法從電源供應器直接取用,那麼 VRD 就有出場的機會,把傳來的電壓改為晶片或是耗能產品可接受的電壓範圍,再供應給後端使用。

了解 VRD 的作用之後,我們還須理解現今對於高耗電產品的「多相」電源設計。一般來說 1 相設計可負載大約 30W~40W 的電力消耗,若是現在的電力消耗超過這個範圍,一般來說會使用多相並聯供應。假如我們現在有消耗功率 120W 的處理器,便可採用 4 相電源並聯,每一相在單位時間 1/4 內負責 40W 的電力輸出,合併起來就是 120W 了。(當然也可以做出 1 相供應 120W 的電壓調整模組,但是因為某些優缺點取捨目前處理器 VRD 還是以多相為主,原因在此不作探討)為了控制這多向電源模組,便需要 1 個東西負責統合調派,而這東西就是 PWM 控制器,PWM 則是脈寬調變的英文首字縮寫。


▲PWM 控制晶片和整個 VRD 的大小比較,雖然占比非常小卻是整個 VRD 的心臟。

電源控制就是不斷比較和調整

進入正式的主題之前,我們還需要了解 PWM 控制器調整電壓的原理,小編這邊就直接以 CPU 做個例子。通常我們會餵給處理器 1 個電壓,而這個電壓也會餵給 PWM 控制器作為電壓回饋,PWM 控制器就可以知道目前輸出的電壓與想要的電壓差了多少,藉以控制每相電源供應的電量多寡。如此不斷循環下去修正,就長時間來看的確可以得到我們所需要的電壓,而類比或是數位式 PWM 的差異,就在於電壓回饋以及 PWM 控制器如何藉由此回饋變更其輸出的方法。

類比式的控制方式

首先輸入到處理器的電壓,也被輸入至 1 個誤差放大器中,在這誤差放大器中被輸入的電壓會和 1 個參考電壓做出比較,此差異接著被輸入至 PWM 產生器之中,以便產生方波驅動電源調整模組,藉此修正電壓(事實上還有調整電流,但在此我們簡化探討)。

數位式的控制方式

數位式首先拋棄了傳統的誤差放大器,而是改用 A/D 轉換器,將輸入的電壓轉換為 1 串有意義的0與1,接著這串 0 與 1 進入控制模組,藉由 PID演算法(比例、積分、微分演算法)決定出下一步該怎麼做,接著就把結果丟去 PWM 產生器中輸出。


▲類比式 PWM 控制器的簡圖。


▲數位式 PWM 控制器的簡圖。

兩者各有優缺點

類比式對於電壓的控制相當簡單,藉由不斷的比較輸出電壓和參考電壓的差距,如果輸出電壓太低,PWM 控制器就讓電壓高一些,直到電壓過高超過容許值,再讓電壓低一些。

而數位式一切都經過了數位化處理,也就代表了所有一切都是可計算的,可精準算出目前需要多少的電量,控制電源調整模組運作,而不是如類比式 PWM 控制器須等到電壓太高或太低再進行調整。

類比式 PWM 控制器也並非完全沒有優點,由於數位式須經過 A/D 轉換以及運算,會有時間上的誤差,類比式則因為完全是硬體架構,所以其調整速度能夠非常快速。

所以說兩者其實並沒有誰好誰壞的問題,最終還是得看電路設計優秀與否,才能決定最終產品的穩定度。而事實上現在處理器 VRD 裡的 PWM 控制器幾乎已經沒有純類比式的了,因為他們也接受處理器傳來調整電壓的 SVID 和 DVID 數位指令。

 

延伸閱讀:

解析Android 電源管理策略,不同Governor 的效能差異實測給你看

Haswell電源全攻略,0.05A極低電流考驗+12V最低輸出極限

使用 Facebook 留言

發表回應

謹慎發言,尊重彼此。按此展開留言規則