Drivers, mosfets en spoelen
Twee belangrijke onderdelen van een fase – of ‘set componenten’ zoals we zonet beschreven, maar we trachten het enigszins begrijpelijk te houden – zijn de drivers en de mosfets. In principe zijn dit losse componenten, waarbij de mosfet is opgedeeld in een high-side en low-side mosfet voor respectievelijk de input (opbouwen spanning) en output (laten dalen spanning). Aangezien de inkomende spanning veel hoger is dan de gewenste spanning, is de low-side mosfet doorgaans langer ingeschakeld en wordt die dus zwaarder belast. Omwille van technische voordelen en kosten is echter al enige tijd de trend gaande om deze zo veel mogelijk te integreren. Er zijn al de nodige tijd ‘DrMOS’-componenten – MSI was hier een jaar of tien terug groot aanjager van – wat simpelweg een afkorting is van driver en mosfet in één. Inmiddels is het toepassen van dergelijke ‘powerstages’ gebruikelijk vanaf het middensegment.
Een schematische weergave van een cpu-stroomvoorziening.
Powerstages of losse mosfets
De meest gebruikte powerstages zijn de zogenaamde ‘PowIRstages’ van International Rectifier, die uiteraard gecombineerd dienen te worden met de pwm-controllers van dezelfde fabrikant. Onder de modelnummers IR3553, IR3556 en IR3555 verkoopt dit bedrijf powerstages met een rating van respectievelijk 40, 60 en 50 ampère. Het is niet veelzeggend om deze aanduidingen om te rekenen naar vermogen. In de praktijk zijn er al bij lagere vermogens beperkingen, voornamelijk qua koeling. Wel zeggen ze iets in relatie tot elkaar: een 60A-powerstage uit dezelfde serie levert een bepaalde hoeveelheid stroom efficiënter dan een lager gespecificeerde variant, of je hebt er minder van nodig om hetzelfde resultaat te bereiken.
Losse mosfets komen we voornamelijk nog tegen in het lagere segment. Het is niet zo dat een powerstage inherent beter is dan losse mosfets, maar als je losse high- en low-side mosfets tegenkomt is dat tegenwoordig dus wel een indicatie dat je vermoedelijk met een minder luxe moederbord van doen hebt. Veel gebruikte losse mosfets zijn bijvoorbeeld de 4C06N en 4C10N van Onsemi. Aangezien ze per stuk een relatief hoge weerstand hebben, wordt er soms voor gekozen om per fase drie mosfets te monteren: één high-side en twee low-sides. Het tegenovergestelde zien we ook weleens op échte budgetborden, namelijk dat twee fasen deels dezelfde componenten delen. Nu valt er best een casus te bedenken waarin dat te rechtvaardigen valt, maar in de praktijk is het vrijwel altijd een signaal dat er flink op de vrm’s is beknibbeld.
Spoelen
Na de feitelijke spanningsconversie gaat de stroom door spoelen (chokes in het Engels), die de stroom zo veel mogelijk zuiveren van ongewenste frequenties voordat die daadwerkelijk aan de processor wordt geleverd. Daarnaast bouwt zich terwijl de high-side mosfet open staat een magnetisch veld op in de spoel, waarvan de polariteit omkeert zodra de low-side mosfet opent. De opgeslagen energie wordt dan gebruikt om de condensator nog iets verder op te laden. In absolute zin kan er niet veel energie worden opgeslagen in het magnetisch veld van een spoel, vanwege het beperkte volume en het gebruikte kernmateriaal. Daarom schakelt de controller op een relatief hoge frequentie van doorgaans enkele honderden kilohertz.
De spoelen zijn herkenbaar als de grijze blokjes die in een L-vorm om de socket heen zitten. Vaak zijn deze het enige zichtbare onderdeel van de stroomvoorziening; de rest zit doorgaans verstopt onder heatsinks. Dit zorgt ervoor dat veel computerbouwers die wel hebben begrepen dat vrm’s een belangrijk onderdeel zijn van het moederbord, maar geen verstand hebben van hoe de stroomvoorziening is opgebouwd, letterlijk blokjes gaan tellen. Dat heeft weinig zin, aangezien spoelen in principe weinig spannende componenten zijn en niet heel veel invloed op de efficiëntie van de stroomvoorziening als geheel hebben.
